隔膜在电化学装置中的应用
1．隔膜的分类
隔膜(又叫离子交换膜)由特殊高分子材料制成。离子交换膜分四类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
(4)双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－分别通过双极膜向两侧迁移，作为H＋和OH－的离子源。
2．隔膜的作用
(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。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子通过隔膜的定量关系
(1)通过隔膜的离子所带的电荷数等于电路中电子转移数。
(2)离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。
双极膜在电渗析中应用广泛，它由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是( )
A．出口2的产物为HBr溶液
B．出口5的产物为稀硫酸
C．Br－可从盐室最终进入阳极液中
D．当阳极产生1 mol气体时，通过阴离子交换膜的Br－为4 mol
[思路点拨]
原理图分析如下：
含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
说明：原电池中阴(阳)离子通过阴(阳)离子交换膜移向负(正)极，电解池中阴(阳)离子通过阴(阳)离子交换膜移向阳(阴)极。
1．(2024·遂宁模拟)八钼酸铵[(NH4)4Mo8O26]可用于染料、催化剂、防火剂等。该化合物可通过电渗析法获得，工作原理如图。下列说法错误的是( )
A．a连接电源正极
B．生成的反应为＋6H2O
C．电解一段时间后，b极附近氨水的浓度减小
D．双极膜附近的OH－移向左侧
2．(2024·广东卷，T16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
3．一种三室微生物燃料电池污水净化系统的原理如图所示，图中含酚废水中的有机物可用C6H5OH表示。
下列说法不正确的是( )
A．右室电极为该电池的正极
B．右室电极附近溶液的pH增大
C．左侧离子交换膜为阳离子交换膜
D．左室电极反应式可表示为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋
微专题14 隔膜在电化学装置中的应用
[典例导航]
D
[对点训练]
1．C [由题图可知，b为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，则a为阳极；双极膜释放出氢离子向阴极移动和Mo反应生成Mo8。电解一段时间后，b极附近生成的氢氧根离子和左侧迁移过来的铵根离子生成一水合氨，氨水的浓度变大，故C错误。]
2．C [右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl-－2e-===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e-===2Fe＋6OH-；中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为2Cl-－2e-===Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e-===2Fe＋6OH-，消耗水产生OH-，阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na+由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。]
3．C [根据题图可知左室电极为电池的负极，电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e-===6CO2↑＋28H+，右室电极为电池的正极，电极反应式为2N＋10e-＋6H2O===N2↑＋12OH-。左侧溶液中H+增多，Cl-通过交换膜移向左侧，左侧离子交换膜为阴离子交换膜，C错误。]
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微专题14 隔膜在电化学装置中的应用
第一篇 考点突破
第四部分 化学反应原理
第六章 化学反应与能量
1．隔膜的分类
隔膜(又叫离子交换膜)由特殊高分子材料制成。离子交换膜分四类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
(4)双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－分别通过双极膜向两侧迁移，作为H＋和OH－的离子源。
2．隔膜的作用
(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。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子通过隔膜的定量关系
(1)通过隔膜的离子所带的电荷数等于电路中电子转移数。
(2)离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。
双极膜在电渗析中应用广泛，它由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是( )
A．出口2的产物为HBr溶液
B．出口5的产物为稀硫酸
C．Br－可从盐室最终进入阳极液中
D．当阳极产生1 mol气体时，通过阴离子交换膜的Br－为4 mol
√
[思路点拨]
原理图分析如下：
含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
说明：原电池中阴(阳)离子通过阴(阳)离子交换膜移向负(正)极，电解池中阴(阳)离子通过阴(阳)离子交换膜移向阳(阴)极。
1．(2024·遂宁模拟)八钼酸铵[(NH4)4Mo8O26]可用于染料、催化剂、防火剂等。该化合物可通过电渗析法获得，工作原理如图。下列说法错误的是( )
A．a连接电源正极
B．生成的反应为
＋6H2O
C．电解一段时间后，b极附近氨水的浓度减小
D．双极膜附近的OH－移向左侧
√
C [由题图可知，b为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，则a为阳极；双极膜释放出氢离子向阴极移动和反应生成。电解一段时间后，b极附近生成的氢氧根离子和左侧迁移过来的铵根离子生成一水合氨，氨水的浓度变大，故C错误。]
2．(2024·广东卷，T16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
√
C [右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电
子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。]
3．一种三室微生物燃料电池污水净化系统的原理如图所示，图中含酚废水中的有机物可用C6H5OH表示。
下列说法不正确的是( )
A．右室电极为该电池的正极
B．右室电极附近溶液的pH增大
C．左侧离子交换膜为阳离子交换膜
D．左室电极反应式可表示为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋
√
C [根据题图可知左室电极为电池的负极，电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，右室电极为电池的正极，电极反应式为＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－。左侧溶液中H＋增多，Cl－通过交换膜移向左侧，左侧离子交换膜为阴离子交换膜，C错误。]
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