离子交换膜在电化学中的应用

高中电化学中“离子交换膜”的理解和应用

高中电化学中“离子交换膜”的理解和应用作者：杜雪文来源：《文理导航·教育研究与实践》 2020年第5期浙江省金华市第六中学杜雪文【摘要】离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。

因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在电化学的工业生产中应用广泛。

高中教材对于交换膜的介绍非常有限，但在近几年的选考试题中带膜的电化学装置却频频出现，有质子交换膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜等。

如何判断膜的类型，理解膜的作用？本文特选取几道与离子交换膜有关的试题来理解、探究其在解决电化学问题中的应用。

【关键词】交换膜；离子；迁移高中阶段离子交换膜通常分为四种类型：①阳离子交换膜（只允许阳离子和水分子通过，其他的阴离子和气体分子不能通过）；②阴离子交换膜（只允许阴离子和水分子通过，其他的阳离子和气体分子不能通过）；③质子交换膜（只允许氢离子和水分子通过，其他的离子和气体分子都不能通过）。

离子交换膜在电化学工业中应用非常广泛，因此浙江省的选考试题中带离子交换膜的电化学装置备受亲睐。

一、离子交换膜在原电池中的应用离子交换膜可以选择性的通过离子，不仅可以起到平衡电荷、形成闭合回路，还能阻止两极区域的物质直接反应从而提高电池的电流效率。

离子交换膜有盐桥的作用，但又不需要像盐桥一样定时更换或再生，它是盐桥的延伸。

例：某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。

TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4转化为Na2S。

下列说法正确的是（）。

A.充电时，太阳能转化为化学能，化学能又转化为电能B.放电时，a为负极C.充电时，阳极的电极反应式为I3--2e-=3I-D.M可以使用阴离子交换膜解析：充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能储存起来，A错误；充电时Na2S4转化为Na2S，a为阴极，那么放电时Na2S转化为Na2S4，a为负极，B正确；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为3I--2e-=I3-，C错误；电池放电时负极区域S2-被氧化，正极区域I3-被还原，只有采用阳离子交换膜才能避免S2-和I3-直接接触，提高电流效率，D错误。

高中化学专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用(教案)

专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用“隔膜”又叫离子交换膜，在新型化学电源或电解池中有广泛的应用，高考试题中经常出现带有“隔膜”的电化学装置，此类试题源于最新科研成果或化工生产实际，使高考试题情境更加真实，要求考生在复杂的电化学情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现《中国高考评价体系》关于学习掌握、实践探索、思维方法等学科素养的考查，要求考生运用学科相关能力，高质量地认识电化学问题，分析并解决问题。

1．常见离子交换膜的种类离子交换膜由高分子特殊材料制成，通常分三类：(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．离子交换膜的作用(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。

应用示例：用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：①平衡电荷，形成闭合回路；②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。

3．离子交换膜选择的依据依据电极反应及电解质溶液中离子的定向移动进行选择。

4．离子交换膜的应用应用燃料电池海水淡化——阴、阳离子交换膜（电渗法）物质制备氯碱工业——离子交换膜电解槽(2021·黔东南州检测)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )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 3OCH 3＋3H 2O ＋12e －===2CO 2＋12H ＋D ．当b 电极消耗标准状况下22.4 L O 2时，质子交换膜有4 mol H ＋通过D [化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，A 项错误；电子不能经过电解质溶液，则电子由a 极――→导线b 极，B 项错误；a 为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH 3OCH 3－12e －＋3H 2O===2CO 2＋12H ＋，C 项错误；当b 电极消耗标准状况下22.4 L O 2时，电路中通过4 mol e －，结合b 电极反应式(O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O)可知，反应消耗4 mol H ＋，为维持电解质溶液呈电中性，应有4 mol H ＋通过质子交换膜，D 项正确。

专题突破 ——电化学中“离子交换膜”的应用

例15、【2016浙江卷】金属（M）–空气电池（如图）具有原料易
得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。
该类电池放电的总反应方程式为：4M +nO2 + 2nH2O == 4M(OH)n 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放
出的最大电能。下列说法不正确的是(
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-====Zn2+； B.电池工作一段时间后，甲池的c(Cl-)增大； C.一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去； D.石墨电极上发生氧化反应。
例5、工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜，其工作原理如图所示。下列说法中不原 Nhomakorabea是。
阳极产生O2，pH减小，HCO3-浓度降低；K+部分迁
移至阴极区。
例18、【2020新课标1卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
电流从右侧电极经过负载后流向左
01
侧电极；
为使电池持续放电，离子交换膜选
02
用阴离子交换膜；
电极A反应式为2NH3-6e-
03
====N2+6H+；
当有4.48 L NO2(标准状况)被处
04
理时，转移电子为0.8 mol。
例3、现有离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误
一．阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；

第23讲第3课时电化学中“离子交换膜”的应用

＋－－－2
3
4
2．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解， ②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。下列说法不正确的是( B ) A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－ ===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
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微课集训
集训三提高产品纯度
题目
1
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解这类问题可以分三步：
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯
(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有11.2 L氯气(标准状－ 1 Cl 况)参与反应，则必有________mol________离子(填离子符号)由交换膜右侧通过交换膜向________ 左迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl)_________ ＝ ________ (填“>”“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。
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题目
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解析： (2)中应该从闭合回路的角度，阴、阳离子的流向分析； (3)注意阳极反应生成O2，O2具有氧化性，H3PO2和H2PO2-均具有还原性，二者会被O2氧化生成PO43-。答案： (1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)PO43H2PO2-或H3PO2被氧化

4.20 电化学中离子交换膜的作用

常见的离子交换膜及作用 1.(单膜)下图为一定条件下采用多孔惰性电极的储氢电池充电装置( 忽略其他有机物)。已知储氢装置的电流效率η＝(转移的电子总数/生成目标产物消耗的电子数)×100%，下列说法不正确的是( )
离子交换膜(提高电流效率)
常见的离子交换膜及作用
2.【2018·全国卷Ⅰ，13】最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯 (石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为： ①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋ ②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是 A.阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性
C.隔膜只允许阳离子通过
C.为维持溶液的电中性，正极附近产生的OH－通过隔膜进入负极被消耗，隔膜允许阴离子通过， C错误；
练习3. 某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。
①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备N2O5, 装置如图所示,其中Y为CO2。在该电极上同时还引入CO2的目的是 _______________________。 ②电解过程中,生成N2O5的电极反应方程式为_____________。
常见的离子交换膜及作用分析
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质。该杂质产生的原因是________________________________________________。作用1：防止其它反应

离子交换膜在电化学中的应用公开课

离子交换膜在电化学中的应用公开课导言：离子交换膜是一种特殊的薄膜，其具有离子选择性通透性，可以在电解过程中起到重要作用。

本文将探讨离子交换膜在电化学中的应用，并介绍其原理和优势。

一、离子交换膜的原理离子交换膜是由聚合物材料制成的，其内部有大量的离子交换基团。

这些基团可以选择性地吸附和释放电解质中的离子，实现离子的传输。

离子交换膜通常分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种类型，可以根据需要选择使用。

二、离子交换膜在电解过程中的应用1. 燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中离子交换膜起到关键作用。

在燃料电池中，离子交换膜将氢离子（H+）从阳极传输到阴极，同时阻止了氢气与氧气的直接反应，保证了电池的正常工作。

2. 电解水在电解水过程中，离子交换膜可以将水分解为氢气和氧气。

离子交换膜的选择性传输特性使得只有阳离子或阴离子能够通过，从而实现了氢气和氧气的分离。

这对于制取纯净的氢气具有重要意义。

3. 盐水淡化离子交换膜还可以应用于盐水淡化过程中。

通过将盐水通过离子交换膜，离子交换膜可以选择性地阻止盐离子的传输，从而将盐水中的盐分去除，得到淡水。

这是一种高效的海水淡化方法。

4. 电解质传感器离子交换膜还可以应用于电解质传感器中。

电解质传感器通过测量电解质的浓度来检测化学反应或生物过程的变化。

离子交换膜可以实现离子的选择性传输，从而提高传感器的灵敏度和准确性。

三、离子交换膜的优势1. 高选择性：离子交换膜可以选择性地传输特定类型的离子，从而实现分离和纯化的目的。

这种高选择性使得离子交换膜在许多电化学应用中非常有用。

2. 低电阻：离子交换膜具有较低的电阻，可以有效地传输离子。

这有助于提高电化学反应的效率，并减少能量的损耗。

3. 高稳定性：离子交换膜具有较好的化学和物理稳定性，可以在广泛的温度和pH范围内工作。

这使得离子交换膜适用于各种极端条件下的应用。

4. 易于制备：离子交换膜的制备相对简单，成本较低。

“离子交换膜”在电化学中的应用课件

氢装置工作时,右侧电极区的pH减小
【解析】选B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为正极,电极反应为11O2+22H2O+44e-====44OH-;左侧电极为负极,负极反应为4VB2+44OH--44e-==== 2V2O5+
4B2O3+22H2O。由乙图知,E为阴极,C应与电源负极相
连,E极上电极反应为2 +12H++12e-==== 2 ,为
还原产物;F为阳极,D应与电源正极相连,电极反应为
6H2O-12e-====12H++3O2↑,储氢装置工作时,产生的H+ 经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的pH不会减小。综上所述,只有B选项正确。
2.(新题预测)科学家研制出了一种新型的锂-空气电池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是 ( )
【解析】选C。锌化合价升高被氧化,连接电源正极, 故A错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以ZnC2O4 在交换膜左侧生成,故B错误;电解的总反应:2CO2+Zn ==== 是0.5 mol,转移电子不一定是0.5 mol,故D错误。
电解 ZnC O ,故C正确; 11.2 L CO 的物质的量不一定 2 4 2
示。下列有关微生物电池的说法错误的是
世纪金榜导学号79100098
(
)
A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O
【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳中碳元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,应在负极生成,其电极反应式应为 C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速率快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中阳离子(质子)向正极移动,C正确;电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应,D正确。

“离子交换膜”在电化学中的应用

“离子交换膜”在电化学中的应用作者：魏春明来源：《理科考试研究·高中》2018年第10期摘要：“离子交换膜”在电化学中的应用是近年来高考的热点题型。

本文对常见的几种交换膜进行了总结，并对涉及到的计算难点进行归纳小结.关键词：电化学；离子交换膜；高考作者简介：魏春明（1982-），女，湖北宜都人，本科，中学一级教师，研究方向：高中化学教学.对比近两年考纲，笔者发现在电化学这一块，对原电池和电解池的考查要求提高了很多.由原来的“了解原电池和电解池的工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式.”改为“理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式.”从字面上来看虽然只是由“了解”变为“理解”，但是意义却明显不同，因为理解是要领会所学化学知识的含义及其适用条件，能够正确判断、解释和说明有关化学现象和问题，能“知其然”，还能“知其所以然”.而近几年全国卷高考电化学装置一般都带有离子交换膜，此类题目新颖度高，学生常因理不清交换膜与阴、阳离子移动方向的关系而出现错误.一、离子交换膜的定义及分类离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜.因为一般在应用时主要是利用它的离子选择性透过，所以也称为离子选择性透过膜.根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现以下三种：（1）阳离子交换膜：阳离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过孔道，即通过交换膜，而阴离子移动到孔道处时受到孔道带负电荷基团的排斥而不能进入，因而不能通过交换膜.（2）质子交换膜：质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子（H+）通过，其他离子不能通过.（3）阴离子交换膜：阴离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带正电荷的基团，阴离子可以自由通过孔道，即通过交换膜，而阳离子移动到孔道处时受到孔道带正电荷基团的排斥而不能进入，因而不能通过交换膜.二、离子交换膜的作用（1）隔离某些物质防止发生反应.（2）用于物质的制备.（3）物质的分离、提纯.三、常考题型（1）使用阳离子交换膜的电化学装置例1 （2015上海卷，五）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品.上图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过.完成下列填空：①写出电解饱和食盐水的离子方程式.②离子交换膜的作用为：、.③精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出.（选填“a”“b”“c”或“d”）答案①2Cl-+2H2O通电Cl2↑+H2↑+2OH-.②阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸.③a；d.解析①离子交换膜的加入不会改变反应原理，所以溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2，阴离子Cl-在阳极失去电子生成Cl2，反应的离子方程式是2Cl-+2H2O通电Cl2↑+H2↑+2OH-②图中的是阳离子交换膜，仅允许阳离子通过，这样就可以阻止阴极区溶液中的OH-进入阳极室，避免与氯气发生反应.同时隔离Cl 2 和H2，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸.③随着电解的进行，溶质NaCl不断被消耗，所以应该及时补充.Cl-在阳极放电，故精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，在阴极，水电离出的H+不断放电，留下大量的OH-，与通过阳离子交换膜的Na+结合，形成NaOH，从图中d位置流出.水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，为增强溶液可换成稀NaOH溶液，从c位置流出的是稀NaCl溶液.（2）使用质子交换膜的电化学装置例2 （2015新课标I卷，11）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示.下列有关微生物电池的说法错误的是A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O答案 A解析根据微生物电池工作原理示意图可知：可类比酸性环境下的燃料电池，C6H12O6在负极上发生氧化反应；O2在正极上发生还原反应，负极有CO2生成，A项错误；B项，由题干信息在微生物的作用下将化学能转化为电能可知，正确；C项，质子通过交换膜从负极区移向正极区，正确；D项，电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O，正确.（3）使用阴离子交换膜的电化学装置例3 （2017·洛阳模拟）利用反应：6NO2+8NH37N2+12H2O构成电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示.下列说法不正确的是（）A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B.为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜C.电极A反应式为2NH3-6e-N2+6H+D.当有448 L NO2（标准状况）被处理时，转移电子为08 mol答案 C解析由总反应可知NO2发生还原反应，作正极，故电流的流向由右到左， A项正确；正极发生还原反应6NO2+12H2O+24e-3N2+24OH-，负极发生氧化反应8NH3+24OH--24e-4N2+12H2O正极区溶液中阴离子增多，负极区溶液中阴离子减少，故向OH-正极迁移，选择阴离子交换膜，B正确；C选项可直接看介质的酸碱性，在碱性环境下不能出现氢离子，C错误.D选项可直接由总反应进行分析.（4）阴、阳离子交换膜共用的电化学装置例4 用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图4所示（电极材料为石墨）.①图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是.②SO2-3放电的电极反应式为.③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因.答案①负硫酸②SO2-3-2e-+H2OSO2-4+2H+③在阴极水电离出的H+放电生成H2，c（H+）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强解析根据Na+、SO2-3的移向判断阴、阳极.Na+移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO2-3-2e-+H2OSO2-4+2H+；阴极：2H++2e-H2↑.所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H+放电，破坏水的电离平衡，c（H+）减小，c（OH-）增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液.（5）与离子交换膜有关的计算例5 （2017·湖北宜昌调研）以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图5.若一段时间后Y电极上有64 g红色物质析出，停止电解.下列说法正确的是（）A.a为铅蓄电池的负极B.电解过程中SO2-4向右侧移动C.电解结束时，左侧溶液质量增重8 gD.铅蓄电池工作时正极电极反应式为：PbSO4+2e-Pb+SO2-4答案 C解析 Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2++2e-Cu，阳极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O，当有64 g Cu析出时，转移02 mol e-，左侧生成16 g O2，同时有01 mol （96 g）SO2-4进入左侧，则左侧质量净增加96 g-16 g=8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2+2e-+4H++SO2-4PbSO4+2H2O，D错误.（6）利用离子交换膜浓缩或稀释溶液例6 （2017·湖北武汉调研）厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图6所示（图中HA表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子）.下列说法正确的是（）A.通电后，阳极附近pH增大B.电子从负极经电解质溶液回到正极C.通电后，A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室D.当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成答案 C解析由图示判断左侧为阳极，右侧为阴极，阳极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O，氢离子浓度增大，pH减小，A错误；电子从电源的负极到电解池的阴极，由阳极回到电源的正极，电子不能进入电解质溶液，电解质溶液中靠离子传递电荷，B错误；氢离子由阳极室进入浓缩室，A-由阴极室进入浓缩室，得到乳酸，C正确；由电极反应式4OH--4e-O2↑+2H2O可知，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有05 mol O2生成，D错误.例7 （2016新课标Ⅰ卷，11）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图7所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO2-4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室.下列叙述正确的是（）A.通电后中间隔室的SO2-4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+，负极区溶液pH降低D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有05 mol的O2生成答案 B解析 A项正极区发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+，由于生成H+，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO2-4向正极迁移，正极区溶液的pH减小.B项负极区发生的反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，阴离子增多，中间隔室的Na+向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4.C项由B项分析可知，负极区产生OH-，负极区溶液的pH升高.D项正极区发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成025mol O2.在解答这类题时，学生一定要做到有的放矢，交换膜的存在不会改变电化学的反应原理，对离子通过交换膜的情况，可以简记“是什么交换膜就允许什么离子通过”.在涉及离子交换膜的计算时需注意两点：1.迁移离子所带的电荷数=外电路上转移的电子数.2.溶液物质变化量=电极反应引起的物质变化和离子迁移引起的物质变化量之和.。

高考化学：离子交换膜在电化学中的应用

高考化学:离子交换膜在电化学中的应用
离子交换膜在原电池和电解池中均有较广泛的应用，且常出常新。

1．离子交换膜的功能使离子选择性定向迁移，其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。

2．交换膜在电化学中的作用
(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯，防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。

(2)用于物质的分离、提纯等。

(3)用于制备纯净的物质。

3．离子交换膜的类型根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。

阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，另外还有特殊离子交换膜，只允许相应的离子通过。

4．离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。

(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。

(3)在利用电解原理制备物质时，选择离子交换膜的类型，既要考虑阴、阳极电极反应式，同时也要考虑产品室和原料室在装置图中的位置。

如：利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：
阳极室放出O2，消耗OH－余出H＋，则H＋应向产品室移动，阴极室放出H2，消耗H＋余出OH－，则原料室中的Na＋应向阴极室移动，B(OH)4－应向产品室移动，所以a膜、c 膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。

浅谈离子交换膜的作用

浅谈离子交换膜的作用一、概述离子交换膜（Ion Exchange Membrane）指的是一种将离子吸附到膜表面并在膜内交换离子的材料。

离子交换膜在电解池、电化学反应、电解水器等领域得到了广泛的应用。

本文将从离子交换膜的基本原理、应用领域、优缺点等方面进行探讨。

二、原理离子交换膜是由多聚物材料制成，其分子内带有含有阴离子或阳离子的功能基团。

被吸附到膜的离子可以在膜中发生交换和迁移，从而达到分别或转化的目的。

离子交换膜的结构可以打开为三个层次：膜的表面化学结构、膜的结构与物理性质以及膜的电化学性能。

表面化学结构决议了离子吸附和反应的位置、速率以及范围；物理性质紧要包括离子交换膜的机械强度、热稳定性以及透过率；电化学性能则涉及膜的离子传递速率、阴阳离子选择性以及导电性等。

三、应用离子交换膜的应用范围特别广泛，包括但不限于以下几个领域：1. 电化学反应离子交换膜在电化学反应中被广泛地应用。

以电解水为例，电解水时需要使用离子交换膜区分两个电极之间的阳离子和阴离子，从而防止电化学反应失控。

2. 环保处理离子交换膜在环保工业中也扮演侧紧要角色。

例如，离子交换膜可以用于废水的处理，从而去除其中的有害离子，减小水体污染。

3. 药品、食品加工离子交换膜在药品、食品加工行业中也有广泛的应用。

例如，离子交换膜可以用于提取纯度高的药物，或者将离子吸附到食品中，从而改善其口感和营养成分。

4. 其他此外，离子交换膜还可以应用于制备电池、燃料电池以及氧化还原反应等领域。

四、优缺点离子交换膜的优缺点如下：1. 优点离子交换膜可以对离子进行精准明确的分别和转化，反应速率快、效率高。

离子交换膜在溶质分别、电导调整、纯化等方面表现出了优异的特性。

2. 缺点离子交换膜也存在一些不足之处，如：•由于膜的特别结构形态，离子交换膜通透性较差。

•受到膜内离子交换机制的影响，离子交换膜的使用寿命相对较短。

•离子交换膜的成本较高，因此需要在使用时谨慎考虑。

ptfe离子交换膜

ptfe离子交换膜
聚四氟乙烯（PTFE）离子交换膜是一种用于电化学分离和反应
的薄膜材料。

它具有许多独特的特性和应用，下面我将从多个角度
来介绍。

首先，PTFE离子交换膜具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性。

这
使得它在各种酸、碱和溶剂中都能保持稳定，适用于各种恶劣的化
学环境下的应用。

这种稳定性使得PTFE离子交换膜在电化学领域中
得到广泛应用，例如在电解池中用于离子选择性透过和分离。

其次，PTFE离子交换膜具有良好的热稳定性和机械强度。

它能
够在高温下保持稳定性，并且具有较高的机械强度和耐磨损性，这
使得它在高温高压下的应用中表现出色。

因此，它常被用于燃料电
池和电解反应器等高温高压环境中。

此外，PTFE离子交换膜还具有良好的离子传导性能。

它能够选
择性地传递特定离子，如阳离子或阴离子，而阻止其他离子的通过。

这种离子选择性传导性能使得PTFE离子交换膜在电解、电渗析和电
化学传感器等领域有着广泛的应用。

总的来说，PTFE离子交换膜由于其优异的化学稳定性、热稳定性、机械强度和离子传导性能，在电化学分离和反应领域有着广泛的应用前景。

它在能源、环保、化工等领域都有着重要的作用，是一种功能性材料，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。

22人教版高中化学新教材选择性必修1--微专题3 离子交换膜在电化学中的应用

C. 当电路中转移 1 mol 电子时,模拟海水理论上除盐 58.5 g
D. 电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2:1
[答案] B
[解析] A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知, 极的电极反应式为
CH3 COO− + 2 H2 O − 8 e− = 2 CO2 ↑ +7 H + ,故a极为负极,b极为正极,正确。B
（3）实例：判断电解饱和食盐水装置（如图）中离子交换膜类型的方法。
方法1 阴极反应式为 2 H + + 2 e− = H2 ↑ ,则阴极区域破坏了水的电离平衡,
OH − 有剩余,阳极区域的 Na+ 通过离子交换膜进入阴极室,与 OH − 结合得到
NaOH ,故电解饱和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
质子交换膜由右侧向左侧迁移，A错误、C正确; Pt 是阴极,在阴极上发生氢
离子得电子的还原反应,电极反应式为 2 H + + 2 e− = H2 ↑ ,不能用湿润的淀
粉 −KI 试纸检验氢气,B错误; 电解过程中,质子交换膜右侧溶液中每生成
4 molH + ,将有 6 molH + 通过质子交换膜向阴极区移动,所以右侧溶液的 pH
2 UO2
2+
+ N2 H5+
电解
+ 3H
= 2 U 4+ + N2 ↑ +4 H2 O ,电解质溶液中还含有
+
NO−
3 ,电解装置如图所示。下列说法正确的是(
)
A. 电极的电极反应式为 UO2 2+ + 4 H + + 2 e− = U 4+ + 2 H2 O

离子交换膜在电化学中的应用 (2)

离子交换膜在电化学中的应用
浙江省桐庐中学高三化学备课组吴方持
一.考试说明要求
1、了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2、了解常见化学电源的种类及工作原理。

3、理解金属发生电化学腐蚀的原因。

了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

二、课题设计的目的
电化学的内容是浙江历年高考重要考点之一，主要以选择题和电极反应式书写的形式出现，考查的内容有：电极名称、离子和电子即电流的移动方向、溶液酸碱性的变化、电极反应式及总反应式的书写、根据电极反应式进行计算、能量转化等方面，而最近出现在电解池或原电池中涉及到离子交换膜的应用，电解池与原电池进行综合考查等等。

在一轮的复习中已经将重要的知识点进行了复习，但是没有形成知识系统，尤其把膜用到新型的装置就不会分析，因此，二轮复习抓住核心知识，找准合适载体，进行知识综合利用、思维能力的培养，为学生的迁移应用能力奠定基础，从而达到让学生“怎么想，怎么做，怎么答”的目的。

三、教学设计
备注：所有图详见教学时学案 2014-3-20。

2024届高考化学增分小专题：《剖析离子交换膜在电化学应用中的重要作用》

2H2↑＋O2↑，据此解答。
A．b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－＝
H2↑＋2OH－，A正确；
B．该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为
4OH――4e－＝O2↑＋2H2O，为保持OH－离子浓度不变，则阴极产生的OH－离
子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，B正确；
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O＝2CO2↑＋7H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2+＋2e－＝Co，因此，甲室溶液pH 逐渐减小，A错误；
B．对于乙室，正极上 LiCoO2 得到电子，被还原为 Co2+，同时得到 Li+，其中的 O 与溶液中的 H+结合 H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B 正确； C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在 OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2＋e＋4H+＝Li+＋Co2+＋2H2O，C 错误；
A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3＋3H2O＝NH3∙H2O ＋2O2↑＋KOH，故A正确； B．每生成1mol NH3∙H2O，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8molH+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误； C．电解过程中，阳极室每消耗4molOH－，同时有4molOH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；
下列说法正确的是 A. 电极 b 为阳极
√B. 隔膜为阴离子交换膜
C. 生成气体 M 与 N 的物质的量之比为 2∶1

第四章第二节微专题11 离子交换膜在电化学中的应用

微专题11离子交换膜在电化学中的应用1．离子交换膜的分类(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜：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，不允许其他阳离子或阴离子通过。

(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。

2．离子交换膜的作用(1)平衡左右两侧电荷，得到稳定电流离子交换膜能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

(2)阻隔某些离子或分子，防止某些副反应的发生离子交换膜能将两极隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

(3)制备某些特定产品题型一离子交换膜的判断例1(2020·山东，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。

现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。

下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1答案 B解析由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol 电子通过，则模拟海水中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O －8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。

电化学中的防护墙——离子交换膜

电化学中的防护墙——离子交换膜作者：***来源：《中学生数理化·高考理化》2021年第04期离子交换膜是一种对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，在应用时，主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。

不论是原电池还是电解池装置，大多数都带有离子交换膜，其在电化学中应用十分广泛，也是高考试题中的常客。

本文探讨离子交换膜在电化学中的重要应用，对同学们深人理解原电池原理和电解池原理提供帮助。

一、离子交换膜的类型离子交换膜按功能及结构的不同可以分为多种类型。

高考试题中主要是根据透过的微粒种类将其分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜。

阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子（H+）通过。

二、离子交换膜的作用离子交换膜在不同的装置中有不同的作用，下面我们来看一下在电化学中的主要作用。

一是防止副反应发生，提高装置的工作效率，提高产品的纯度，防止引发不安全因素。

例如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯，也可防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相遇而发生危险。

二是使离子选择性定向移动，平衡整个溶液中的离子浓度或电荷，使溶液始终保持电中性。

三是使某种离子能够发生定向移动，构成闭合回路，从而形成原电池或电解池装置。

四是常用于物质的制备、分离和提纯等。

三、原电池中的离子交换膜1.质子交换膜。

例1【改编题】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MVt在电极与酶之间传递电子，如图1所示。