◇ 安徽 吕旭东 廖程和

电化学是每年高考必考的核心理论知识之一,特别是对离子交换膜的考查真可谓是常考常新.离子交换膜是膜状的离子交换树脂,可以选择性透过溶液中的阳离子或阴离子,以达到使离子选择性定向移动的目的,在提升电池性能、物质的制备和分离提纯等方面有着广泛的应用.按照透过离子的电性,高中阶段将离子交换膜分为阳离子交换膜(简称“阳膜”)和阴离子交换膜(简称“阴膜”).阳膜可以选择性透过阳离子而阻挡阴离子,阴膜可以选择性透过阴离子而阻挡阳离子,此外,还有一种只允许氢离子透过的质子交换膜.本文将离子交换膜在近年高考试题中的考查情况进行梳理,以期对大家高考复习起到借鉴作用.

1 离子交换膜在提升电池性能方面的应用

例1(2020年全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图1,其中在VB2电极发生反应:VB2＋16OH－－11e－＝VO3－4＋2B(OH)－4＋4H2O.该电池工作时,下列说法错误的是( ).

图1

A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)O2参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为

4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O＝8B(OH)－4＋4VO3－4

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

由图1所示的电池结构和题干信息可知,VB2电极为

解析负极,复合碳电极为正极.正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－,每转移0.04mol电子时,消耗0.01molO2,在标准状况下为0.224L.由电极反应式可知,负极消耗OH－使负极区OH－浓度减小,pH降低,而正极生成大量的OH－使正极区pH升高,同时OH－透过离子选择性膜从正极区移向负极区.电池中,电子由VB2电……