电化学：盐桥与离子交换膜
胡征善
盐桥
在双液原电池中，用阴、阴离子迁移速率相近的盐制成胶状（通常用琼脂，保证阴、阳离子在其中能自由扩散），要求盐与双液电池中的电解质溶液不发生化学反应
2020年全国I卷化学第27(2)题：
电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∝)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择_____作为电解质。
u∝×108/(m2·S—1·V—1) 阴离子 u∝×108/(m2·S—1·V—1) Li+ 4.07 HCO3— 4.61 Na+ 5.19 NO3— 7.40 Ca2+ 6.59 Cl— 7.91 K+ 7.62 SO42— 8.27 【解析】根据题给信息：根据“电迁移率(u∝)应尽可能地相近”，电迁移率(u∝)+与SO42—不仅电迁移率(u∝)阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应离子
具有离子选择性透过的薄膜。在有广泛的应用。离子交换膜不仅可以在电解质溶液中作隔膜，防止某离子或气体通过，保证得到电解产物或提高产物纯度，而且可以包裹住电极防止电极与电解质溶液反应。
水溶液锂电池
能让Li+通过H2O和H+不能通过
【辨析】
锂电池与锂离子电池是两种不同的电池，但都同属锂系电池。锂电池是金属锂或锂合金作电池的负极，Li失去电子形成Li+，而将化学能转化为电能。锂电池通常是一次电池，亦有二次电池，但因其循环寿命过低和充电易爆不安全而受到制约。
锂离子电池是将Li+嵌入材料（常用碳素材料）中作负极（富Li+电极），
经过Li+的嵌入/脱嵌来存储与释放电能。锂离子电池是二次电池。
(VB2)-空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH——11e—=VO43—+2B(OH)4—+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是
负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应
正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
电池总反应为4VB2+11O2+20OH—+6H2O=8B(OH)4—+4VO43—
电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
【答案B
【解析A选项：电路中有0.04moI电子通过，正极消耗0.01moIO2，电极反应为：O24e—+2H2O==4OH—
B选项：根据题给的负极反应和上述正极反应可知，负极消耗溶液中OH，电极附近溶液pH减小，正极产生OH，电极附近溶液pH增大。
C选项：将负极反应×4正极反应×11得C选项的电池反应。
D选项：注意题目指定电流流动方向，叙述正确。若是电子流动方向与电流流动方向相反且电子不能通过电解质溶(熔)液。
注：
（1）电流是承载电荷的载子（自由电子或自由离子等）的定向移动。电流要有闭合电路，在电化学中是电子导体和离子导体共同传递电荷，在电极上实现电子导体和离子导体的转化。
（2）本题中电池的离子选择性膜是阴离子交换膜，让正极产生的OH一向负极迁移。阴、阳离子交换膜只让阴或阳离子通过定向迁移传递电荷，电解质溶（熔）液中是阴阳离子迁移共同承当。
（1）写出阳极的电极反应式_____________________________。
（2）分析产品室可得到H3PO2的原因_________________________。
↑+4H+阴极：4H2O+4e—=2H2↑+4OH—
（2）原料室中Na+通过阳膜进入原料室，平衡阴极室产生OH—的电荷，原料室中的H2PO2—通过阴膜进入产品室，阳极产生的H+通过阳膜加入产品室。H2PO2—+H+=H3PO2。
（3）H2PO2—具有强还原性，在阳极失电子被氧化。因NaH2PO2溶液呈碱性，所以其电极反应为H2PO2——4e—+4OH—=H2PO4—+2H2O
【例2】电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知:3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O
下列说法不正确的是
A．右侧发生的电极方程式：2H2O+2e—==H2↑+2OH—
B．电解结束时，右侧溶液中含有IO3—
C．电解槽内发生反应的总化学方程式
KI+3H2O===KIO3+3H2↑
D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变
【解析】电解的电极反应为：
阳极2I——2e—==I2左侧溶液变蓝色
3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O一段时间后，蓝色变浅
阴离子交换膜
向阳极迁移
阴极2H2O+2e—==H2↑+2OH—右侧放出氢气
如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：
电极反应为：阳极2I——2e—==I2多余K+阴极2H2O+2e—==H2↑+2OH—保证两边溶液呈电中性
用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾
试分析其制备过程(电解反应、离子迁移、产品出口)。若交换膜互换，情况又如何？
【解析】电极a为阳极，电极反应为2H2O—4e—=O2↑+4H+，B出口是O2。
硫酸钾溶液中的SO42—通过阴离子交换膜，平衡阳极产生的H+，得到较浓
的硫酸，从A出口输出。电极b为阴极，电极反应为4H2O+4e—=2H2↑+
4OH—，C出口是H2。硫酸钾溶液中的K+通过阳离子交换膜，平衡阴极产生的OH—，得到较浓的氢氧化钾溶液，从D出口输出。因为K2SO4溶液中的K+和SO42—分别向阴极室和阳极室迁移，从E出口的是K2SO4稀溶液，补充K2SO4进行循环。
电解整个过程实质是电解消耗水，靠离子交换膜控制离子的迁移方向，得到需要产品。
若离子交换膜互换，阳极产生的H+和阴极产生的OH—都向K2SO4溶液中迁移，并中和生成H2O，K2SO4溶液变稀，且硫酸和氢氧化钾溶液都变浓，本质消耗水得到H2和O2，但各种溶液中溶质的物质的量都没有变化，并没有制得硫酸和氢氧化钾。
在电渗析中的应用(电渗析除盐)
电渗析除盐在海水淡化、废水处理中有重要作用。
【例】海水成分复杂，几种主要离子的平均含量Cl—：19.10g/kg10.62g/kg，SO42—：2.71g/kg。利用下列装置模拟海水综合处理——制淡水：
指出交换膜a、b是何种交换膜？出口A、B是何产品？写出所发生的化学反应。设通过交换膜的Na+和SO42—的物质的量分别为x、ymol，则通过交换膜Cl—的物质的量是多少？
【解析】交换膜a是阳离子交换膜、交换膜b是阴离子交换膜。A出口时淡水，B出口是浓盐水。H++OH—=H2O。根据电荷守恒式n(Na+)=n(Cl—)+
2n(SO42—)可求的n(Cl—)=(x—2y)mol。
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