王曉波

(內(nèi)蒙古赤峰市內(nèi)蒙古師范大學(xué)錦山實(shí)驗(yàn)中學(xué) 024400)

近幾年全國(guó)卷的高考中，涉及離子交換膜的試題較多，且?？汲Ｐ?離子交換膜是一種含有離子基團(tuán)的、對(duì)溶液中離子具有選擇性透過(guò)的高分子膜.根據(jù)透過(guò)的微粒類(lèi)型，離子交換膜可以分為多種，在高考試題中，主要出現(xiàn)的是陽(yáng)離子交換膜(如2018·全國(guó)卷ⅠT27、2018·全國(guó)卷ⅢT27)、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜(2018·全國(guó)卷ⅠT13、)三種，其功能是在于選擇性通過(guò)某些離子和阻斷某些離子或隔離某些物質(zhì)，從而制備、分離或提純某些物質(zhì).

一、重難點(diǎn)撥

1．離子交換膜的類(lèi)型和作用

2．多室電解池

多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，即允許帶某種電荷的離子通過(guò)而限制帶相反電荷的離子通過(guò)，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到濃縮、凈化、提純及電化學(xué)合成的目的.

(1)兩室電解池

①制備原理：工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿

②陽(yáng)離子交換膜的作用

它只允許Na+通過(guò)，而阻止陰離子(Cl-)和氣體(Cl2)通過(guò).這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量.

(2)三室電解池

利用三室電解裝置制備N(xiāo)H4NO3，其工作原理如圖所示.

(3)多室電解池

利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示.

二、考法精析

應(yīng)用一 用于物質(zhì)的分離和提純

典例1 一種三室微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示.下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是( ).

A．Cl-由中間室移向左室

B．X氣體為CO2

D．電路中每通過(guò)4 mol電子，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下X氣體的體積為22.4 L

備考方略含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟(如圖所示).

應(yīng)用二 用于物質(zhì)的制備

類(lèi)型一 判斷離子的遷移方向

典例2 (1)(2018·全國(guó)卷Ⅲ節(jié)選)KIO3可采用“電解法”制備，裝置如圖所示.

①寫(xiě)出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式____.

②電解過(guò)程中通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子主要為_(kāi)___，其遷移方向是____.

(2)(2018·全國(guó)卷Ⅰ節(jié)選)制備N(xiāo)a2S2O5可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___.電解后，____室的NaHSO3濃度增加.將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5.

備考方略有“膜”條件下離子定向移動(dòng)方向的判斷方法(如圖所示).

類(lèi)型二 判斷離子交換膜的類(lèi)型

典例3 四室式電滲析法制備鹽酸和NaOH的裝置如圖所示.a、b、c為陰、陽(yáng)離子交換膜.已知：陰離子交換膜只允許陰離子透過(guò)，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過(guò).下列敘述正確的是( ).

A．b、c分別依次為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜

B．通電后Ⅲ室中的Cl-透過(guò)c遷移至陽(yáng)極區(qū)

C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高

解析由圖中信息可知，左邊電極與負(fù)極相連為陰極，右邊電極為陽(yáng)極，所以通電后，陰離子向右定向移動(dòng)，陽(yáng)離子向左定向移動(dòng)，陽(yáng)極上H2O放電生成O2和H+，陰極上H2O放電生成H2和OH-；H+透過(guò)c，Cl-透過(guò)b，二者在b、c之間的Ⅲ室形成鹽酸，鹽酸濃度變大，所以b、c分別為陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜；Na+透過(guò)a，NaOH的濃度變大，所以a也是陽(yáng)離子交換膜，故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)誤；電解一段時(shí)間后，Ⅰ中的溶液的c(OH-)升高，pH升高，Ⅱ中為NaCl溶液，pH不變，Ⅲ中有HCl生成，故c(H+)增大，pH減小，Ⅳ中H+移向Ⅲ，H2O放電生成O2，使水的量減小，c(H+)增大，pH減小，C不正確.答案：D

備考方略離子交換膜類(lèi)型的判斷方法：