1．常見的隔膜隔膜又叫離子交換膜，離子交換膜是具有離子交換性能的，對溶液中的離子具有選擇性透過能力的高分子特殊材料薄膜。1950年W?朱達(dá)首先合成了離子交換膜。1956年首次成功地用于電滲析脫鹽工藝上。離子交換膜在應(yīng)用時，主要利用它的離子選擇透過性，由于制膜的主要原料是離子交換樹脂，故又稱為離子交換(樹脂)膜。離子交換膜具有非常廣泛的應(yīng)用，它是分離裝置、提純裝置以及電化學(xué)組件中的重要組成部分，在氯堿工業(yè)、水處理工業(yè)、重金屬回收、濕法冶金以及電化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域都起到舉足輕重的作用。2．離子交換膜分四類：(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子或分子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子或分子通過。(3)質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。(4)雙極性膜，膜的一側(cè)為陽膜，只允許陽離子通過，另一側(cè)為陰膜，只允許陰離子通過。
陰離子交換膜、陽離子交換膜
離子選擇性定向移動、維持電荷守恒
陰極：放氫生堿2H2O +2e- = H2↑ +2OH-
陽極：2Cl--2e- = Cl2↑
為什么用陽離子交換膜？
電解硫酸鈉溶液產(chǎn)生硫酸和燒堿溶液的裝置如圖所示，其中陰極和陽極均為惰性電極。測得同溫同壓下，氣體甲與氣體乙的體積比約為1∶2。
陽極：放氧生酸2H2O-4e- = O2↑ +4H+
Na+SO42-
兩膜三室電解硫酸鈉溶液
三膜四室電解制備Ca(H2PO4)2
CaCl2溶液濃度減小
膜兩側(cè)相同離子與膜的類別是否有關(guān)系？
雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。
2Br--2e- = Br2↑失電子為陽極
所得Br2繼續(xù)氧化乙二醛為乙醛酸OHCCHO+Br2+ 2OH- =HOOCCHO+H2O+2Br-
乙二酸得電子轉(zhuǎn)化為乙醛酸HOOCCOOH+ 2e- + 2H+ =HOOCCHO+H2O
四膜五室電解氯化鈉溶液制備HCl和NaOH
陰極：放氫不生堿2H+ +2e- = H2↑
陽極：放氧不生酸4OH- -4e- = O2↑ +2H2O
NaCl溶液濃度減小a>b
四膜五室NaBr溶液的電滲析裝置
陽極：OH－-4e- = O2↑ +2H2O
陰極：2H+ +2e- = H2↑
Na2SO4溶液濃度不變
Li1－xCO2 +xe－＋xLi＋===LiCO2
LixC6 - xe－===xLi＋＋6C
放電時，石墨層間的Li失去電子變?yōu)長i＋ ，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極， Li＋通過隔膜向正極移動，進(jìn)入正極材料的空隙，同時變價金屬得電子化合價降低，與Li＋形成化合物。
總反應(yīng)： LixC6 + Li1－xCO2 ====LiCO2 + 6C
1．（2024·福建T9）一種兼具合成功能的新型鋰電池工作原理如圖。電解質(zhì)為含Li+有機溶液。放電過程中產(chǎn)生(CF3SO2)2NLi，充電過程中電解LiCl產(chǎn)生Cl2。下列說法正確的是
A．交換膜為陰離子交換膜B．電解質(zhì)溶液可替換為LiCl水溶液C．理論上每生成1mlCl2，需消耗2mlLiD．放電時總反應(yīng)：6Li+ N2+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl
正極：N2+6e- +6Li+= 2Li3N
2Li3N+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl
2．（2024·河北T13）我國科技工作者設(shè)計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設(shè)計克服了MgCO3導(dǎo)電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。下列說法錯誤的是
A．放電時，電池總反應(yīng)為2CO2+Mg=MgC2O4B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移D．放電時，每轉(zhuǎn)移1ml電子，理論上可轉(zhuǎn)化1ml CO2
CO2得電子為正極：2CO2 + 2e- + Mg2+ = MgC2O4
負(fù)極：Mg - 2e- = Mg2+
3．（2022·全國甲T10）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SO42-通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C． MnO2電極反應(yīng)：MnO2＋2e-＋4H+＝Mn2+＋2H2OD．電池總反應(yīng)：Zn＋4OH-＋MnO2＋4H+＝Zn(OH)42-＋Mn2+＋2H2O
兩側(cè)均有K＋，為陽離子交換膜
兩側(cè)均有SO42- ，為陰離子交換膜
MnO2＋2e-＋4H+＝Mn2+＋2H2O
Zn —2e- ＋4OH-＝Zn(OH)42-＋2H2O
4. (2022 ·河北T12)科學(xué)家研制了一種能在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學(xué)裝置，工作原理示意圖如圖。
兩側(cè)均為NaOH，無法直接判定
[Fe(CN)6]4- —e- =[Fe(CN)6]3—
DHPS+2H2O +2e- = DHPS-2H +2OH-
DHPS-2H=DHPS+H2
4[Fe(CN)6]3-＋4OH－=4[Fe(CN)6]4-＋O2↑＋2H2O
5．(2023·湖北T10)我國科學(xué)家設(shè)計如圖所示的電解池，實現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xml?h-1。下列說法錯誤的是
A．b電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－ B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜 D．海水為電解池補水的速率為2xml?h-1
4OH――4e－＝O2↑＋2H2O
6．（2024·江西T11）我國學(xué)者發(fā)明了一種新型多功能甲醛﹣硝酸鹽電池，可同時處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說法正確的是
A．CuAg電極反應(yīng)為2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣B．CuRu電極反應(yīng)為NO3﹣+ 6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣C．放電過程中，OH﹣通過質(zhì)子交換膜從左室傳遞到右室D．處理廢水過程中溶液pH不變，無需補加KOH
NO3﹣+6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣
2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O
8HCHO+ NO3﹣+7OH-=NH3↑+8HCOO-+4H2↑+2H2O
7．（2024·湖北T14）我國科學(xué)家設(shè)計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學(xué)催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉(zhuǎn)化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+ OH- [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H·。下列說法錯誤的是
A．電解一段時間后陽極區(qū)c(OH-)減小B．理論上生成1mlH3N+CH2COOH雙極膜中有4ml H2O解離C．陽極總反應(yīng)式為2HCHO+4OH-- 2e-= 2HCOO-+ H2↑+2H2OD．陰極區(qū)存在反應(yīng)H2C2O4+ 2H++2e-=CHOCOOH+ H2O
H2C2O4+2e-+2H+=OHCCOOH+H2O
HOOCCH=NOH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O
陰極總方程式：H2C2O4+HON+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O
8．（2024·廣東T16）一種基于氯堿工藝的新型電解池(下圖)，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是
A．陽極反應(yīng)：2Cl--2e-=Cl2↑B．陰極區(qū)溶液中OH-濃度逐漸升高C．理論上每消耗1mlFe2O3，陽極室溶液減少213gD．理論上每消耗1mlFe2O3，陰極室物質(zhì)最多增加138g
Fe2O3+6e- +3H2O= 2Fe+ 6OH-
2Cl--2e- = Cl2↑
兩側(cè)均有Na＋，且向陰極移動
3×71+6×23=351g
鋰電池只允許Li＋自由通過
兩側(cè)有相同離子的一般可直接判斷
復(fù)雜模型需結(jié)合裝置目的及電極反應(yīng)變化具體分析
①離子遷移種類的判斷：依據(jù)膜的類型選擇性定向移動，平衡電荷②離子遷移方向及電極屬性判斷：電解池陰陽相吸，原電池正正負(fù)負(fù)③電極方程式書寫：一定注意電解質(zhì)環(huán)境，尤其是質(zhì)子交換膜，一定需用H+配平電荷

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