2021年高考化學(xué)考點(diǎn)隔膜電解池的應(yīng)用

知識(shí)梳理

1.常見(jiàn)的隔膜

隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：

(1)陽(yáng)離子交換膜，簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜，只允許陽(yáng)離子通過(guò)，即允許H+和其他陽(yáng)離子通

過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。

⑵陰離子交換膜，簡(jiǎn)稱陰膜，只允許陰離子通過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)。

⑶質(zhì)子交換膜，只允許H+通過(guò)，不允許其他陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)。

2.隔膜的作用

⑴能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

⑵能選擇性的通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

3.離子交換膜選擇的依據(jù)

離子的定向移動(dòng)。

4.離子交換膜的應(yīng)用

—海水淡化陰、陽(yáng)離子交換膜（電滲法）

一燃料電池

應(yīng)用

一物質(zhì)制備隔膜、質(zhì)子交換膜

—氯堿工業(yè)離子交換膜電解槽

提升思維能力?深度思考

1.用下面的裝置制取NaOH、氏和CI2,此裝置有何缺陷?

答案缺陷1：CU和H2混合而引起爆炸；

缺陷2：CU與NaOH反應(yīng)生成NaClO,影響NaOH的產(chǎn)量

答累/

2.用下圖裝置電解飽和食鹽水，其中陽(yáng)離子交換膜的作用有哪些?

陽(yáng)離子交換膜

Cl2ill114

ooNa+ooH

飽和NaClooOO2L稀NaOH溶液

O

溶液一(或去離子水)

陰極

陽(yáng)極O

O

ONa：

oOH-尸NaOH溶液

離子交換膜電解槽示意圖

答案(1)平衡電荷，形成閉合回路；

(2)防止。2和H2混合而引起爆炸;

(3)避免Cb與NaOH反應(yīng)生成NaClO,影響NaOH的產(chǎn)量;

(4)避免C1-進(jìn)入陰極區(qū)導(dǎo)致制得的NaOH不純。

解題探究

題組一離子交換膜在原電池中的應(yīng)用

1.已知：電流效率等于電路中通過(guò)的電子數(shù)與消耗負(fù)極材料失去的電子總數(shù)之

比。現(xiàn)有兩個(gè)電池IsII,裝置如圖所示。[―0_

下列說(shuō)法正確的是

A.I和II的電池反應(yīng)不相同

B.能量轉(zhuǎn)化形式不同

I的電流效率低于n的電流效率

n

D.5min后，I、II中都只含1種溶質(zhì)

解析I、n裝置中電極材料相同，電解質(zhì)溶液部分相同，電池反應(yīng)，負(fù)極

反應(yīng)和正極反應(yīng)式相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

I和n裝置的能量轉(zhuǎn)化形式都是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

I裝置中銅與氯化鐵直接接觸，會(huì)在銅極表面發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分能量損失

（或部分電子沒(méi)有通過(guò)電路），電流效率降低，而n裝置采用陰離子交換膜，銅

與氯化銅接觸，不會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，放電過(guò)程中交換膜左側(cè)負(fù)極的電極反應(yīng)式

為Cu-2e-===Cu2+,陽(yáng)離子增多，右側(cè)正極的電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-

==2Fe2+,負(fù)電荷過(guò)剩，Cl-從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，電流效率高于I裝置,

C正確；

放電一段時(shí)間后，I裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，II裝置中交換膜左側(cè)生

成氯化銅，右側(cè)生成了氯化亞鐵，可能含氯化鐵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

2.(2018?黔東南州一模)二甲醛(CH30cH3)燃料電池的工作原理如圖，有關(guān)敘述

正確的是

A.該裝置能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能100%轉(zhuǎn)化為電能

B.電子移動(dòng)方向?yàn)椋篴極一b極f質(zhì)子交換膜fa極

電極的電極反應(yīng)式為：CH30cH3+3H2O-12e-

+

=2CO2+12H

交換膜

D.當(dāng)b電極消耗22.4LO2時(shí)，質(zhì)子交換膜有4molH+通過(guò)

解析A項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，不可能100%轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤；

導(dǎo)綏

B項(xiàng)，電子不能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液，所以電子由a極二極，錯(cuò)誤；

C項(xiàng)，a為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH30cH3-12e-+3H2。===

2co2+12H+,正確；

D項(xiàng)，狀況不知，無(wú)法由體積求物質(zhì)的量，所以通過(guò)H+的物質(zhì)的量不知，錯(cuò)誤。

3.隨著各地“限牌”政策的推出，電動(dòng)汽車成為汽車族的“新寵"某電動(dòng)汽車

使用的是鉆酹里（LiCoOJ電池,其工作原理如圖所示且電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li+

放電一

的高分子材料，隔膜只允許Li+通過(guò)，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)i￡6+Li17coe）2茂市

C6+LiCo02o下列說(shuō)法不正確的是

A.放電時(shí)，正極鋰的化合價(jià)未發(fā)生改變

B.充電時(shí)Li+移動(dòng)方向：右室一左室

C.放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式：UQ-泥一=

+

C6+xLi

W矣電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：Li】_￡0。2+

xLi++xe-=LiCoO2電解質(zhì)隔膜

解析放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為口36-xe-==C6+xLi+,正極的電極反

應(yīng)式為L(zhǎng)i]_%CoC)2+xLi++xe-=LiCoO2,放電時(shí)正極上鉆的化合價(jià)降低、鋰

的化合價(jià)不變，A、C項(xiàng)正確；

充電時(shí)左側(cè)為陰極，右側(cè)為陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陽(yáng)離子由陽(yáng)

極移向陰極，B項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤。

歸納總結(jié)

在原電池中應(yīng)用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷

導(dǎo)電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應(yīng)，提高電

能效率。

題組二離子交換膜在電解池中的應(yīng)用

4.（2018?合肥第一次教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)）利用LiOH和鉆氧化物可制備鋰離子電池正極

材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH,裝置如下圖所示。下列說(shuō)法中正確的是

A.電極B連接電源正極

陽(yáng)離子交換膜

￡極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液

C.陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2。+2e-=H2t+2OH-

D.每生成1molH2Z有1molLi+通過(guò)該離子交換膜

解析由題意知，電解LiCl溶液制備LiOH,由于B電極生成氫氣，A與B用陽(yáng)

離子交換膜隔開(kāi)，所以B為陰極，B極區(qū)為L(zhǎng)iOH溶液，A極區(qū)為L(zhǎng)iCl溶液。電

極B上產(chǎn)生氫氣，所以B為陰極，B連接電源負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

陽(yáng)極反應(yīng)式為2C1--2e-=C12t,C項(xiàng)錯(cuò)誤；

每生成1molH2,有2molLi+通過(guò)該離子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

5.（2019-長(zhǎng)春質(zhì)檢）某科研小組研究采用BMED膜堆（示意圖如下），模擬以精制

濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜

和雙極膜（A、D）o已知：在直流電源的作用下,雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水

混合堿

的解離，生成H+和OH,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是m

A.電極a連接電源的正極

P左為陽(yáng)離子交換膜

OH-H+

電解質(zhì)溶液采用。溶液可避免有害電

C.Na2s4極

氣體的產(chǎn)生b

D.II口排出的是淡水D

Na2sO4溶液H2O濃海水H2ONa2so溶液

解析根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰

極移動(dòng)，所以電極a為陽(yáng)極，連接電源的正極，A正確；

水在雙極膜A解離后，氫離子吸引陰離子透過(guò)B膜到左側(cè)形成酸，B為陰離子

交換膜，B錯(cuò)誤；

電解質(zhì)溶液采用NazSO,溶液，電解時(shí)生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)

生，C正確；

海水中的陰、陽(yáng)離子透過(guò)兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動(dòng)，淡水從H口排出，D正確。

6.（2018?河南天一大聯(lián)考階段檢測(cè)）普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì),

利用下面的雙膜（陰離子交換膜和過(guò)濾膜）電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關(guān)

敘述中正確的是

A.電極a為粗銅，電極b為精銅

B.甲膜為過(guò)濾膜，可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)

C.乙膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū)

必電路中通過(guò)1mol電子時(shí)，可生成32g精銅

解析由題意結(jié)合電解原理可知，電極a是陰極，為精銅，電極b是陽(yáng)極，為

粗銅，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

甲膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

乙膜為過(guò)濾膜，可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子時(shí)，可生成0.5mol精銅，其質(zhì)量為32g,D項(xiàng)正確。

7.（2018?哈爾濱模擬）用一種陰、陽(yáng)離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的NHJ,模

擬裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

透過(guò)膜

A.陽(yáng)極室溶液由無(wú)色變成棕黃色

B.陰極的電極反應(yīng)式為40H--4e-=2H2O+O2t

V龜解一段時(shí)間后，陰極室溶液中的pH升高

D.電解一段時(shí)間后，陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是（NHJPO4

解析陽(yáng)極上Fe發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液由無(wú)色變?yōu)闇\綠色，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

+

陰極上H+發(fā)生還原反應(yīng)：2H+2e-