張艷瓊

近幾年高考中，涉及離子交換膜的應(yīng)用及電解液介質(zhì)對(duì)電極反應(yīng)的影響的試題比較多，且常出常新，離子交換膜的功能在于選擇性地通過(guò)某些離子，電解液介質(zhì)主要對(duì)電極反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生影響。本文重點(diǎn)分析題型考法、隔膜類型及作用，通過(guò)真題分析讓考生掌握該類題型的解答。

一、題型考法

（一）隔離某些物質(zhì)防止副反應(yīng)的發(fā)生。

（二）隔膜在原電池中的應(yīng)用。

（三）膜在生活、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

二、題型通解

（一）常見(jiàn)的隔膜

隔膜又叫離子交換膜，由特殊高分子材料制成，離子交換膜分三類。

1.陽(yáng)離子交換膜，簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜，只允許陽(yáng)離子通過(guò)，不允許陰離于通過(guò)。

2.陰離子交換膜，簡(jiǎn)稱陰膜，只允許陰離子通過(guò)，不允許陽(yáng)離于通過(guò)。

3.質(zhì)子交換膜，只允許H+通過(guò)，不允許其他離子通過(guò)。

（二）離子交換膜在電化學(xué)中的作用

1.能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量，防止引發(fā)不安全因素。

2.能選擇性地通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

3.主要用于物質(zhì)的制備、分離提純，能提高產(chǎn)品的純度。

（三）解答步驟

第一步，分清隔膜類型。即交換膜屬于陽(yáng)膜、陰膜、質(zhì)子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過(guò)隔膜。

第二步，寫出電極反應(yīng)式。即判斷交換膜兩側(cè)離子變化，推斷電荷變化，根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移方向。

第三步，分析隔膜作用。在產(chǎn)品制備中，隔膜作用主要是提高產(chǎn)品純度，避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)，或避免產(chǎn)物因發(fā)生反應(yīng)而造成危險(xiǎn)。

典例1? ?隔離某些物質(zhì)防止副反應(yīng)的發(fā)生

（2016年全國(guó)高考卷I）三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如下圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na＋和SO42－可通過(guò)離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。下列敘述正確的是（? ? ）。

A.通電后中間隔室的SO42－向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大

B.該法在處理含Na2SO4。廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品

C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O－4e- = O2＋4H＋，負(fù)極區(qū)溶液pH降低

D.當(dāng)電路中通過(guò)1 mol電子時(shí)，就會(huì)有0.5 mol O2生成

分析? 在電解池中，陰離子向陽(yáng)極（正極區(qū)）移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極（負(fù)極區(qū)）移動(dòng)，中間隔室的Na＋ 通過(guò)ab 膜進(jìn)入負(fù)極區(qū)，故ab為陽(yáng)離子交換膜，在陰極，溶液中的H＋放電，溶液呈堿性，得到NaOH溶液；SO42－通過(guò)cd膜進(jìn)入正極區(qū)，故cd為陰離子交換膜，在陽(yáng)極，溶液中的OH- 放電，溶液呈酸性，得到H2SO4溶液。

負(fù)極區(qū)（陰極）電極反應(yīng)為

4H+＋4e- = 2H2↑

正極區(qū)（陽(yáng)極）電極反應(yīng)為

40H--4e- = 2H2O＋O2↑

選項(xiàng)A，通電后 SO42- 向正極移動(dòng)，正極區(qū)OH-放電，溶液酸性增強(qiáng)，pH減小，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。選項(xiàng)C，負(fù)極反應(yīng)為4H+＋4e-=2H2↑，溶液pH增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。選項(xiàng)D，當(dāng)電路中通過(guò)1 mol電子的電量時(shí)，會(huì)有0.25 mol O2生成，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

答案選B。

典例2? ?離子交換膜在原電池中的應(yīng)用

在原電池中，離子交換膜的作用與鹽橋相似，將原電池分為正半電池和負(fù)半電池，從而提高原電池的工作效率。

（2015年全國(guó)高考卷I）微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如下圖所示，下列有關(guān)微生物電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（? ?）。

A.正極反應(yīng)中有CO2生成

B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移

C.質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

D.電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2 = 6CO2＋6H2O

分析? 在原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。由圖可知：通氧氣的一極為正極，加葡萄糖的一極為負(fù)極；在原電池內(nèi)部，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，故質(zhì)子（H＋）由負(fù)極區(qū)通過(guò)質(zhì)子交換膜移向正極區(qū)。

選項(xiàng)A，根據(jù)圖知，負(fù)極上C6H12O6失電子，正極上O2得電子和H＋反應(yīng)生成水，負(fù)極反應(yīng)式為

C6H12O6＋6H2O-24e- = 6CO2＋24H＋

正極反應(yīng)式為 O2＋4e-＋4H＋ = 2H2O

因此CO2在負(fù)極產(chǎn)生，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。

選項(xiàng)B，葡萄糖在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，形成原電池，有電流產(chǎn)生，所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故選項(xiàng)B正確。選項(xiàng)C，通過(guò)原電池的電極反應(yīng)可知，負(fù)極區(qū)產(chǎn)生了H＋，根據(jù)原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，可知質(zhì)子（H＋）通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，故選項(xiàng)C正確。選項(xiàng)D，該反應(yīng)屬于燃料電池，燃料電池的電池反應(yīng)式和燃燒反應(yīng)式相同，則電池反應(yīng)式為C6H12O6＋6O2 = 6CO2＋6H2O，故選項(xiàng)D正確。

答案選A。

提醒? 1.在原電池中，正極區(qū)的陰離子通過(guò)陰離子交換膜到負(fù)極區(qū)；負(fù)極區(qū)的陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜到正極區(qū)。2.相同時(shí)間內(nèi)，外電路中通過(guò)電子所帶電量等于內(nèi)電路中通過(guò)離子交換膜的離子所帶電量。3.如果為質(zhì)子交換膜，一般負(fù)極反應(yīng)要生成H＋，正極反應(yīng)要消耗H＋。