備考2025屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)強(qiáng)化訓(xùn)練第六章化學(xué)反應(yīng)與能量變化第6講電解池工作原理的常規(guī)應(yīng)用及金屬的腐蝕與防護(hù)模型建構(gòu)-電化學(xué)中的離子交換膜

素養(yǎng)：模型建構(gòu)——電化學(xué)中的離子交換膜命題特點(diǎn)：陽(yáng)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(yīng)機(jī)理等）、跨學(xué)科（物理或數(shù)學(xué)）融合。（1）離子交換膜→電極反應(yīng)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(diǎn)交換膜類型陽(yáng)膜陰膜雙極膜特定的交換膜允許通過(guò)的離子及移動(dòng)方向陽(yáng)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(fù)極（電解池的陽(yáng)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(fù)極（電解池的陽(yáng)極）只允許特定的離子或分子通過(guò)，如質(zhì)子交換膜只允許H＋通過(guò)，氯離子交換膜只允許Cl－通過(guò)通性無(wú)論是原電池還是電解池中，陽(yáng)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(yīng)，多孔錫作陰極，電極反應(yīng)為[1]CO2＋H＋＋2e－HCOO－，消耗H＋。左側(cè)：Pt片作陽(yáng)極，水電離產(chǎn)生的OH－放電，電極反應(yīng)為[2]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，生成H＋。離子移動(dòng)方向：H＋通過(guò)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(xué)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(guò)K＋交換膜移向左側(cè)，a極為陰極，電極反應(yīng)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(yáng)極，電極反應(yīng)為[4]2H2O－4e－4H＋＋O2↑，促使溶液中的反應(yīng)2CrO42－＋2H＋?Cr2O72－＋H2O正向進(jìn)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(yáng)極室，電極反應(yīng)為[5]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，N室為陰極室，電極反應(yīng)為[6]2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，原料室中的陰離子[B（OH）4]－通過(guò)b膜進(jìn)入產(chǎn)品室，發(fā)生的反應(yīng)為[7][B（OH）4]－＋H＋H3BO3＋H2O，Na＋通過(guò)c膜進(jìn)入N室，M室中氫離子通過(guò)a膜進(jìn)入產(chǎn)品室，a膜、c膜為[8]陽(yáng)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(gè)類型：“解離”型電解池構(gòu)造膜類型①膜1：陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)離子交換膜，膜4為陰離子交換膜。2.[2024濟(jì)南模擬]雙極膜（BPM）是一種由陰、陽(yáng)離子交換膜和中間親水層組成的離子交換復(fù)合膜，在直流電場(chǎng)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(shuō)法正確的是（B）A.膜M為陽(yáng)離子交換膜B.裝置工作時(shí)b池產(chǎn)物中含不對(duì)稱碳原子C.用此方法處理過(guò)的葡萄酒pH增大D.通過(guò)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(yáng)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(guò)膜M向b池移動(dòng)，K＋通過(guò)膜N向d池移動(dòng)，則膜M為陰離子交換膜，膜N為陽(yáng)離子交換膜；左側(cè)雙極膜中解離出的OH－向a池移動(dòng)，H＋向b池移動(dòng)，則b池得到酒石酸；右側(cè)雙極膜解離出的H＋向e池移動(dòng)，OH－向d池移動(dòng)，則d池得到KOH。膜M為陰離子交換膜，A項(xiàng)錯(cuò)誤；裝置工作時(shí)b池產(chǎn)物為HOOCCOOH，連有羥基的碳原子為手性碳原子，B項(xiàng)正確；酒石酸鉀水解使溶液呈堿性，用此方法處理過(guò)的葡萄酒中酒石酸鉀濃度降低，溶液pH減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；通過(guò)各層離子交換膜的電量相等，但酒石酸根離子帶2個(gè)單位電荷，而K＋、H＋、OH－帶1個(gè)單位電荷，所以通過(guò)各層離子交換膜的微粒數(shù)不完全相同，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.[2024四川攀枝花模擬]在直流電場(chǎng)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(shí)得到氧氣、氫氣、高濃度鹽酸等產(chǎn)品。下列說(shuō)法正確的是（D）A.CaCO3在堿室形成B.兩個(gè)雙極膜中間層中的H2O解離出的H＋均向右移動(dòng)C.向堿室中加入NaHCO3固體，有利于CO2的礦化封存D.b極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)誤。右側(cè)雙極膜中間層的H2O解離出的H＋進(jìn)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(yīng)生成H2，兩個(gè)雙極膜中間層中的H2O解離出的H＋均向左移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤。堿室中二氧化碳和堿反應(yīng)生成CO32－，CO3