讲义10 破解电解池中膜的作用-2021年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】

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讲义 10 电化学中离子交换膜的作用

1、离子交换膜的类型和作用

2、“隔膜”电解池的解题步骤

第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜

第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向

第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造

成

危险

3、多室电解池中膜的应用：多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子

通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的

(1)两室电解池

① 制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱

阳极室中电极反应：2Cl －

－ 2e －

== =Cl 2↑，阴极室中的电极反应：2H2O ＋ 2e －

== =H 2↑ ＋ 2OH －

，阴极区 H＋放电，破坏了水的电

离平衡，使 OH－浓度增大，阳极区 Cl－放电，使溶液中的 c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的

Na ＋

通过阳离子交换膜

与阴极室中生成的

OH －

结合，得到浓的 NaOH 溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质

② 阳离子交换膜的作用

防止了两极产生的 H2和Cl2混合爆炸。避免了 Cl2和阴极产生的 NaOH 反应生成 NaClO 而影响烧碱的质量

(2)三室电解池

利用三室电解装置制备 NH4NO3，其工作原理如图所示。

阴极的 NO 被还原为 NH：NO ＋ 5e －

＋ 6H ＋

== =NH ＋ H 2O，NH 通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的 NO 被氧化为 NO：NO －

3e －

＋ 2H 2O == =NO ＋ 4H ＋

，NO 通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应： 8NO＋

7H2O=====3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为 NH4NO3，补充适量 NH3

可以使电解产生的 HNO3转化为 NH4NO3。

(3)多室电解池

利用“四室电渗析法”制备 H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。

电解稀硫酸的阳极反应：2H2O － 4e －

== =O 2↑ ＋ 4H ＋

，产生的 H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的 H2PO

穿过阴离子

交换膜进入产品室，与 H＋结合生成弱电解质 H3PO2；电解 NaOH 稀溶液的阴极反应：4H2O ＋ 4e －

== =2H 2↑ ＋ 4OH －

，原料室中

的Na ＋

通过阳离子交换膜进入阴极室

【常见题型归纳】

应用一　用于物质的分离和提纯

1、一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用 C6H10O5表示。下列

有关说法不正确的是(　　)

A．Cl－由中间室移向左室 B．X气体为 CO2

C．处理后的含 NO 废水的 pH 降低 D．电路中每通过 4 mol 电子，产生标准状况下 X气体的体积为 22.4 L

应用二　判断离子的迁移方向

2、KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。

① 写出电解时阴极的电极反应式________________________________

② 电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________

3、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

应用三　判断离子交换膜的类型

4、四室式电渗析法制备盐酸和 NaOH 的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，

阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是(　　)

A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜

B．通电后Ⅲ室中的 Cl－透过 c迁移至阳极区

C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的 pH 均升高

D．电池总反应为 4NaCl＋6H2O=====4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑

【课后作业】

1、用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．阳极室溶液由无色变成棕黄色

B．阴极的电极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．电解一段时间后，阴极室溶液的 pH 升高

D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4

2、高铁酸盐(如Na2FeO4)已经被广泛应用在水处理方面，以铁质材料为阳极，在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁

酸盐，装置如图。下列说法不正确的是(　　)

A．a为阳极，电极反应式为 Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O

B．为防止高铁酸根扩散被还原，则离子交换膜为阳离子交换膜

C．在电解过程中溶液中的阳离子向 a极移动

D．铁电极上有少量气体产生原因可能是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

3、海水中含有大量 Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是(

)

A．b膜是阳离子交换膜 B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成

C．淡化工作完成后 A、B、C三室中 pH 大小为 pHA<pHB<pHC D．B极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝

4、用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH 溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)

A．电极 N为阳极，电极 M上H＋发生还原反应 B．电极 M的电极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．d处流进粗KOH 溶液，e处流出纯 KOH 溶液 D．b处每产生 11.2 L 气体，必有1 mol K＋穿过阳离子交换膜

5、如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为 Na2S2和NaBr3，放电后分别变为 Na2S4和NaBr。下列

叙述正确的是(　　)

A．放电时，负极反应为 3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋ B．充电时，阳极反应为 2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋

C．放电时，Na＋经过离子交换膜由 b池移向 a池 D．用该电池电解饱和食盐水，产生 2.24 L H2时，b池生成 17.40 g Na2S4

6、电解 Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和 NaOH 溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．阴极产生的物质 A是H2 B．溶液中 Na＋由阳极室向阴极室迁移

C．阳极 OH－放电，H＋浓度增大，CO 转化为 HCO D．物质 B是NaCl，其作用是增强溶液导电性

7、一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是(　　)

A．气体 X是氢气，电极 E是阴极 B．H＋由左室进入右室，发生还原反应

C．该储氢过程就是C6H6与氢气反应的过程 D．电极 D的电极反应式为 C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

8、最近我国科学家设计了一种 CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中 CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分

别为 ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为

EDTA①Fe2＋－e－===EDTAFe3＋ ②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋。该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)

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