人教高中化学热点06 含“膜”型电化学装置分析（解析版）.docx

热点06 含“膜”型电化学装置分析
1、离子交换膜的含义和作用
(1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成
(2)作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应，如：在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸
②能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用
③用于物质的分离、提纯等
④用于物质的制备，电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质
2、离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜——只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子透过阳离子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜——只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过
以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②阳极反应式：2I－－2e－===I2
③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
④阴离子透过阴离子交换膜电解池阳极(或原电池的负极)
(3)质子交换膜——只允许H＋和水分子通过
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋透过质子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)
3、离子交换膜类型的判断——根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型
方法与
技巧
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型
实例分析：电解饱和食盐水
分析
方法
电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜
（建议用时：45分钟）
【真题再现】
1．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
2．（2022·山东卷）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被