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隔膜在电化学中的功能总结

1．常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许 H＋和其他阳离子通过，不允许阴
离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许 H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜选择的依据
离子的定向移动。
4．离子交换膜的应用


1．用下面的装置制取 NaOH、H 和 Cl ，此装置有何缺陷？
2 2

答案 缺陷 1：Cl 和 H 混合而引起爆炸；
2 2
缺陷 2：Cl 与 NaOH 反应生成 NaClO，影响 NaOH 的产量
2 : .
2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？

答案 (1)平衡电荷，形成闭合回路；
(2)防止 Cl 和 H 混合而引起爆炸；
2 2
(3)避免 Cl 与 NaOH 反应生成 NaClO，影响 NaOH 的产量；
2
(4)避免 Cl－进入阴极区导致制得的 NaOH 不纯。

题组一 离子交换膜在原电池中的应用
1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。现有两个
电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是( )
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5 min 后，Ⅰ、Ⅱ中都只含 1 种溶质
答案 C
解析 Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应
式相同，A 项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B 项错误；Ⅰ装置
中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电
路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电
过程中交换膜左侧负极的电极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右侧正极的电极反应
式为 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，
C 正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化
铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D 项错误。 : .
2．二甲醚(CH OCH )燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是( )
3 3

A．该装置能实现化学能 100%转化为电能
B．电子移动方向为：a 极→b 极→质子交换膜→a 极
C．a 电极的电极反应式为：CH OCH ＋3H O－12e－===2CO ＋12H＋
3 3 2 2
D．当 b 电极消耗 L O 时，质子交换膜有 4 mol H＋通过
2
答案 C
解析 A 项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B 项，电子不能经
导线
过电解质溶液，所以电子由 a 极――→b 极，错误；C 项，a 为负极，发生氧化反应，电极反
应式为：CH OCH －12e－＋3H O===2CO ＋12H＋，正确；D 项，状况不知，无法由体积求物
3 3 2 2
质的量，所以通过 H＋的物质的量不知，错误。
3．随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“新宠”。某电动汽车使用的是钴
酸锂(LiCoO )电池，其工作原理如图所示，且电解质为一种能传导 Li＋的高分子材料，隔膜只
2
＋ 放电
允许 Li 通过，电池反应式为 Li C ＋Li CoO C ＋LiCoO 。下列说法不正确的是
x 6 1－x 2 6 2
充电
( )

A．放电时，正极锂的化合价未发生改变
B．充电时 Li＋移动方向：右室→左室
C．放电时负极的电极反应式：Li C －xe－===C ＋xLi＋
x 6 6
D．充电时阳极的电极反应式：Li CoO ＋xLi＋＋xe－===LiCoO
1－x 2 2
答案 D
解析 放电时，负极的电极反应式为 Li C －xe－===C ＋xLi＋，正极的电极反应式为 Li CoO
x 6 6 1－x 2
＋xLi＋＋xe－===LiCoO ，放电时正极上钴的化合价降低、锂的化合价不变，A、C 项正确；
2 : .
充电时左侧为阴极，右侧为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，阳离子由阳极移向阴极， B
项正确、D 项错误。

在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷导电的作用，另
一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电能效率。

题组二 离子交换膜在电解池中的应用
4．利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl 溶液制备 LiOH，装置
如下图所示。下列说法中正确的是( )

A．电极 B 连接电源正极
B．A 极区电解液为 LiCl 溶液
C．阳极反应式为 2H O＋2e－===H ↑＋2OH－
2 2
D．每生成 1 mol H ，有 1 mol Li＋通过该离子交换膜
2
答案 B
解析 由题意知，电解 LiCl 溶液制备 LiOH，由于 B 电极生成氢气，A 与 B 用阳离子交换膜
隔开，所以 B 为阴极，B 极区为 LiOH 溶液，A 极区为 LiCl 溶液。电极 B 上产生氢气，所以
B 为阴极，B 连接电源负极，A 项错误；阳极反应式为 2Cl－－2e－===Cl ↑，C 项错误；每生
2
成 1 mol H ，有 2 mol Li＋通过该离子交换膜，D 项错误。
2
5．某科研小组研究采用 BMED 膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。
BMED 膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，
双极膜内中间界面层发生水的解离，生成 H＋和 OH－。下列说法错误的是( )

A．电极 a 连接电源的正极 : .
B．B 为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用 Na SO 溶液可避免有害气体的产生
2 4
D．Ⅱ口排出的是淡水
答案 B
解析 根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电
极 a 为阳极，连接电源的正极，A 正确；水在双极膜 A 解离后，氢离子吸引阴离子透过B 膜
到左侧形成酸，B 为阴离子交换膜，B 错误；电解质溶液采用Na SO 溶液，电解时生成氢气
2 4
和氧气，可避免有害气体的产生，C 正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，
淡水从Ⅱ口排出，D 正确。
6．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)
电解装置可制备高纯度的 Cu。下列有关叙述中正确的是( )

A．电极 a 为粗铜，电极 b 为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过 1 mol 电子时，可生成 32 g 精铜
答案 D
解析 由题意结合电解原理可知，电极 a 是阴极，为精铜，电极 b 是阳极，为粗铜，A 项错
误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B 项错误；乙膜为过滤膜，可阻
止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C 项错误；当电路中通过 1 mol 电子时，可生成 mol
精铜，其质量为 32 g，D 项正确。 : .
7．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH＋，模拟装置如图所示。下列说法
4
正确的是( )

A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为 4OH－－4e－===2H O＋O ↑
2 2
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的 pH 升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH ) PO