含离子交换膜电池的应用

王晓波

(内蒙古赤峰市内蒙古师范大学锦山实验中学 024400)

近几年全国卷的高考中，涉及离子交换膜的试题较多，且常考常新.离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜.根据透过的微粒类型，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中，主要出现的是阳离子交换膜(如2018·全国卷ⅠT27、2018·全国卷ⅢT27)、阴离子交换膜和质子交换膜(2018·全国卷ⅠT13、)三种，其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质，从而制备、分离或提纯某些物质.

一、重难点拨

1．离子交换膜的类型和作用

2．多室电解池

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

②阳离子交换膜的作用

它只允许Na+通过，而阻止阴离子(Cl-)和气体(Cl2)通过.这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了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.

(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.

二、考法精析

应用一 用于物质的分离和提纯

典例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

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

备考方略含离子交换膜电化学装置题的解题步骤(如图所示).

应用二 用于物质的制备

类型一 判断离子的迁移方向

典例2 (1)(2018·全国卷Ⅲ节选)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____.

(2)(2018·全国卷Ⅰ节选)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.

备考方略有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法(如图所示).

类型二 判断离子交换膜的类型

典例3 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

解析由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H+，阴极上H2O放电生成H2和OH-；H+透过c，Cl-透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na+透过a，NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH-)升高，pH升高，Ⅱ中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(H+)增大，pH减小，Ⅳ中H+移向Ⅲ，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H+)增大，pH减小，C不正确.答案：D

备考方略离子交换膜类型的判断方法：