備考2025屆高考化學一輪復習強化訓練第六章化學反應與能量變化第6講電解池工作原理的常規(guī)應用及金屬的腐蝕與防護模型建構(gòu)-電化學中的離子交換膜

素養(yǎng)：模型建構(gòu)——電化學中的離子交換膜命題特點：陽離子膜、陰離子膜、質(zhì)子交換膜、雙極膜等，跨模塊（物質(zhì)結(jié)構(gòu)、反應機理等）、跨學科（物理或數(shù)學）融合。（1）離子交換膜→電極反應須要、制備物質(zhì)；（2）雙極膜→電極確定哪側(cè)交換H＋或OH－。1.交換膜類型及特點交換膜類型陽膜陰膜雙極膜特定的交換膜允許通過的離子及移動方向陽離子移向原電池的正極（電解池的陰極）陰離子移向原電池的負極（電解池的陽極）中間層中的H2O解離出H＋和OH－，H＋移向原電池的正極（電解池的陰極），OH－移向原電池的負極（電解池的陽極）只允許特定的離子或分子通過，如質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，氯離子交換膜只允許Cl－通過通性無論是原電池還是電解池中，陽離子均移向得電子的一極，陰離子均移向失電子的一極2.離子遷移方向的推斷離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”電解CO2制HCOOH的原理如圖所示右側(cè)：通入CO2，生成HCOO－，發(fā)生還原反應，多孔錫作陰極，電極反應為[1]CO2＋H＋＋2e－HCOO－，消耗H＋。左側(cè)：Pt片作陽極，水電離產(chǎn)生的OH－放電，電極反應為[2]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，生成H＋。離子移動方向：H＋通過質(zhì)子交換膜從左側(cè)移向右側(cè)離子從“濃→稀”的溶液區(qū)移出，移向“稀→濃”的溶液區(qū)電化學制備K2Cr2O7的原理如圖所示，其中a、b均為石墨電極左側(cè)：“稀→濃”的溶液區(qū)，則右側(cè)的K＋通過K＋交換膜移向左側(cè)，a極為陰極，電極反應為[3]2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，產(chǎn)生的OH－結(jié)合移入的K＋生成KOH。右側(cè)：b極為陽極，電極反應為[4]2H2O－4e－4H＋＋O2↑，促使溶液中的反應2CrO42－＋2H＋?Cr2O72－＋H2O正向進行，生成K離子從“原料區(qū)”移向“產(chǎn)物區(qū)”電解Na[B（OH）4]溶液制備H3BO3的原理如圖所示M室為陽極室，電極反應為[5]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，N室為陰極室，電極反應為[6]2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，原料室中的陰離子[B（OH）4]－通過b膜進入產(chǎn)品室，發(fā)生的反應為[7][B（OH）4]－＋H＋H3BO3＋H2O，Na＋通過c膜進入N室，M室中氫離子通過a膜進入產(chǎn)品室，a膜、c膜為[8]陽離子交換膜，b膜為[9]陰離子交換膜1.利用電解原理制備物質(zhì)可分為兩個類型：“解離”型電解池構(gòu)造膜類型①膜1：陽離子交換膜；膜2：陰離子交換膜“組合”型電解池構(gòu)造膜類型②膜3：陽離子交換膜；膜4：陰離子交換膜解析①依據(jù)離子從“濃→稀”移向“稀→濃”可知，中間室中的An＋移向左側(cè)，Bm－移向右側(cè)，則膜1是陽離子交換膜，膜2是陰離子交換膜。②依據(jù)離子從“原料區(qū)”移向“產(chǎn)品區(qū)”可知，左側(cè)的An＋移向中間室，右側(cè)的Ya－移向中間室，An＋和Ya－結(jié)合成產(chǎn)物AaYn，則膜3為陽離子交換膜，膜4為陰離子交換膜。2.[2024濟南模擬]雙極膜（BPM）是一種由陰、陽離子交換膜和中間親水層組成的離子交換復合膜，在直流電場作用下，中間界面層的水發(fā)生解離，在膜兩側(cè)分別得到H＋和OH－。利用如圖裝置可去除葡萄酒中部分酒石酸鉀（2，3－二羥基丁二酸鉀），以穩(wěn)定產(chǎn)品。下列說法正確的是（B）A.膜M為陽離子交換膜B.裝置工作時b池產(chǎn)物中含不對稱碳原子C.用此方法處理過的葡萄酒pH增大D.通過各層離子交換膜的微粒數(shù)目完全相同解析左側(cè)電極為陽極，右側(cè)電極為陰極，去除葡萄酒中部分酒石酸鉀，酒石酸根離子通過膜M向b池移動，K＋通過膜N向d池移動，則膜M為陰離子交換膜，膜N為陽離子交換膜；左側(cè)雙極膜中解離出的OH－向a池移動，H＋向b池移動，則b池得到酒石酸；右側(cè)雙極膜解離出的H＋向e池移動，OH－向d池移動，則d池得到KOH。膜M為陰離子交換膜，A項錯誤；裝置工作時b池產(chǎn)物為HOOCCOOH，連有羥基的碳原子為手性碳原子，B項正確；酒石酸鉀水解使溶液呈堿性，用此方法處理過的葡萄酒中酒石酸鉀濃度降低，溶液pH減小，C項錯誤；通過各層離子交換膜的電量相等，但酒石酸根離子帶2個單位電荷，而K＋、H＋、OH－帶1個單位電荷，所以通過各層離子交換膜的微粒數(shù)不完全相同，D項錯誤。3.[2024四川攀枝花模擬]在直流電場作用下雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并分別向兩極遷移。如圖所示裝置，可將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為CaCO3而礦化封存，削減碳排放，同時得到氧氣、氫氣、高濃度鹽酸等產(chǎn)品。下列說法正確的是（D）A.CaCO3在堿室形成B.兩個雙極膜中間層中的H2O解離出的H＋均向右移動C.向堿室中加入NaHCO3固體，有利于CO2的礦化封存D.b極為陽極，電極反應式為4OH－－4e－O2↑＋2H2O解析由各室產(chǎn)物可知，Cl－、H＋移向酸室得到高濃度鹽酸，CO32－移向中間室生成CaCO3，A項錯誤。右側(cè)雙極膜中間層的H2O解離出的H＋進入酸室形成鹽酸，左側(cè)雙極膜中間層中的H2O解離出的H＋左移，在電極a上發(fā)生還原反應生成H2，兩個雙極膜中間層中的H2O解離出的H＋均向左移動，B項錯誤。堿室中二氧化碳和堿反應生成CO32－，CO3