高考化学 微专题五 离子交换膜在电化学中的应用教案（含解析）-人教版高三全册化学教案VIP专享VIP免费

离子交换膜在电化学中的应用[知识必备]离子交换膜在原电池和电解池中均有较广泛的应用，且常出常新。1．离子交换膜的功能使离子选择性定向迁移，其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。2．交换膜在电化学中的作用(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(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)用于物质的分离、提纯等。(3)用于制备纯净的物质。3．离子交换膜的类型根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，另外还有特殊离子交换膜，只允许相应的离子通过。4．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：(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。(3)在利用电解原理制备物质时，选择离子交换膜的类型，既要考虑阴、阳极电极反应式，同时也要考虑产品室和原料室在装置图中的位置。如：利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：阳极室放出O2，消耗OH－余出H＋，则H＋应向产品室移动，阴极室放出H2，消耗H＋余出OH－，则原料室中的Na＋应向阴极室移动，B(OH)应向产品室移动，所以a膜、c膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。[例1](2018·全国Ⅰ，节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛，生产Na2S2O5通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为___________________________________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。解析：阳极发生氧化反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。答案：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑a[例2](2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成解析：B[A.电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间隔室的SO离子向正极迁移；正极区氢氧根放电，产生氢离子，所以正极区溶液pH减小，错误；B.阳极区氢氧根离子放电，产生硫酸，阴极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，正确；C.负极区氢离子得到电子使溶液中c(H＋)减小，所以负极区溶液pH升高，错误；D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，错误。][对点训练]1．下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是()A．a、b极不能使用同种电极材料B．工作时，a极的电势低于b极的电势C．工作一段时间之后，a极区溶液的pH增大D．b极的电极反应式为：CH3COO－＋4H2O－8e－===2HCO＋9H＋解析：D[A项：电极a、b上发生的反应不同，因而两极间形成电势差，故电极材料可同可异，A错误；B项：工作时，电极b上CH3COO－→HCO，碳元素从平均0价失电子升至＋4价，电极b是原电池的负极，则电极a是电池的正极，a极的电势高于b极的电势，B错误；C项：电极a(正极)电极反应为＋H＋＋2e－→＋Cl－，正极每得到2mol电子时，为使溶液电中性，必有2molH＋通过质子交换膜进入a极溶液，同时电极反...