2020高考化学课标二轮(天津专用)热点专攻：9 电化学中离子交换膜的应用
2020届高考化学二轮复习：离子交换膜在电解中的应用(共19张PPT)
在氯碱工业中使用阳离子交换膜的优点： (1) 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； (2) 防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
思考2：若将阳离子交换膜改为阴离子交换 膜，思考两极反应、总反应有何变化？
(2)电如化图学所降示解。NO3－的原理与极我反们应平式时有所何写不的同阴？
A ① 电源正极为 （填
“A”或“B”），阴极反应 式为 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2↑+ 12OH- 。
要关注电化学反应的本质，从物质 的性质去分析可能的反应。要参透原 理，不能强记放电顺序等经验规律！
阳离子 阴离子
阴离子 阳离子
阳离子交换膜
阴离子交换膜
解答该类题型时注意 分析阴、阳极的电极反应,弄清离子交 换膜的作用
然后根据电流的方向和离子交换膜的 类型判断离子的移动
结合设计该电解池的目的,判断出每个 隔室中物质的变化
【真题再现】【2016·全国卷Ⅰ-11】三室式电渗析法 处理含Na2SO4废水的原理如图所示，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SO42－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。
பைடு நூலகம்
之S转O化2+为2HNa2OHS-2Oe3=,再4H以+S+OS2O为4原2-料设计原电池,然后电解(惰性
电极)NaHSO3制取H2SO4,装置如下:
(1)甲图中A电极上的反应式为
。
(2)甲图中B与乙图 D (填“C”或“D”)极相连,进行电解
2020届高三化学二轮复习——电化学离子交换膜的分析和应用(共22张PPT)
2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：_2_H__2O__＋__2_e_－_=_=_=_2_O__H_－_＋__H__2_↑__。 解析 电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
解析 由原电池的工作原理图示可知， 左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO －3e－＋2H2O===NO－ 3＋4H＋，当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e－，而1 mol O2 参与反应转移4 mol e－，故需要1.5 mol O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。
12345
12345
4.一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、 发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反 应式：_N__O_－__3_e_－_＋__2_H__2_O_=_=_=_N__O_－ 3_＋__4_H__＋__，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准 状况下O2的体积为_3_3_._6_L。
解析 如果撤去阳膜，H2PO－ 2 或 H3PO2 可能会被氧化。
1234
3 模拟预测
1.(2019·青岛市高三3月教学质量检测)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原 理如下图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及粘结剂等)为负极，V2O5为正 极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是 A.放电时，Zn2＋向V2O5电极移动
12345
3.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。下 列叙述不正确的是
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜
2020届高考化学一模备考训练(二轮)：离子交换膜在电化学中的应用【核心回顾、方法总结、题组训练】
——离子交换膜在电化学中的应用
【核心回顾】
1．离子交换膜的类型
根据透过的粒子，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。
4(2019·遂宁三诊)．利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应)，下列说法正确的是( )
A．可用H2SO4溶液作电解液
B．阳离子交换膜的主要作用是增强导电性
C．工作电路中每流过0.02 mol电子，Zn电极质量减重0.65 g
D．Pb电极的电极反应式是2CO2－2e－===C2O
解析：选C。如果用H2SO4溶液作电解液，溶液中氢离子会在阴极得电子生成氢气，影响2CO2＋2e－===C2O 反应的发生，A错误；用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开，它具有选择透过性，它只允许H＋透过，其他离子难以透过，B错误；Zn电极为阳极，发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋；当电路中每流过0.02 mol电子，消耗锌的物质的量为0.01 mol，质量为0.65 g，C正确；Pb电极为阴极，发生还原反应，2CO2＋2e－===C2O ，D错误。
1．[2018·高考全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应Байду номын сангаас________________________________________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
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。
高考化学专项突破 离子交换膜在电化学装置中的应用
高考化学专项突破----离子交换膜在电化学装置中的应用一、离子交换膜的功能：使离子有选择性的定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
二、离子交换膜在电化学中的作用(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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)用于物质的制备、分离、提纯等。
三、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，简称阳膜，只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。
②同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。
③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。
四、离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈中性的原则，判断膜的类型。
判断时首先写出阴、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，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
五、真题再现1、(2019·全国卷Ⅰ)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+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。
2020届高考化学二轮题型小专题交换膜在电化学中的作用及参考答案
2020届高考化学二轮题型小专题交换膜在电化学中的作用及参考答案1.以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。
下列说法错误的是A. 放电时,正极反应为B. 充电时,钼箔接电源的正极C. 充电时,通过交换膜从右室移向左室D. 外电路中通过电子的电量时,负极质量变化为2.碳酸二甲酯[（CH3O）2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品,电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示（加入两极的物质均是常温常压下的物质）。
下列说法正确的是A. B为直流电源正极B. 由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动C. 石墨1极发生的电极反应为D. 当石墨2极消耗时,质子交换膜有通过3.四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂,以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,采用电渗析法合成(CH3)4NOH,其工作原理如下图所示(a、b为石墨电板,c、d、e为离子交换膜),下列说法正确的是A. M为正极B. 制备,a、b两极共产生气体C. c、e均为阳离子交换膜D. b极电极反应式：4.如图所示阴阳膜组合电解装置用于循环脱硫,用NaOH溶液在反应池中吸收尾气中的二氧化硫,将得到的Na2SO3溶液进行电解又制得NaOH。
其中a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域,电极材料为石墨,产品C为H2SO4溶液。
下列说法正确的是（）A. b为只允许阳离子通过的离子交换膜B. 阴极区中B最初充入稀NaOH溶液,产品E为氧气C. 反应池采用气、液逆流方式,目的是使反应更充分D. 阳极的电极反应式为5.如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化学能直接转化为电能,下列说法中一定正确的是（）A. 质子透过阳离子交换膜由右向左移动B. 电子流动方向为C. M电极反应式：D. 当M电极微生物将废水中 g淀粉转化掉时,N电极产生 L 标况下6.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. 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B. 比较Mg,Al,Zn三种金属空气电池,空气电池的理论比能量最高C. 空气电池放电过程的正极反应式：D. 在空气电池中,为防止负极区沉积,宜采用中性电解质及阳离子交换膜7.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,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SO42-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。
高考化学专项突破 离子交换膜在电化学装置中的应用
高考化学专项突破----离子交换膜在电化学装置中的应用一、离子交换膜的功能：使离子有选择性的定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
二、离子交换膜在电化学中的作用(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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)用于物质的制备、分离、提纯等。
三、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，简称阳膜，只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。
②同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。
③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。
四、离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈中性的原则，判断膜的类型。
判断时首先写出阴、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，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
五、真题再现1、(2019·全国卷Ⅰ)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+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。
2020届高三化学二轮复习专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用
专题7 离子交换膜在电化学装置中的应用编写人：尚志龙日期：2019年11月10日学号姓名1．（2018年11月浙江选考17题）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。
下列说法不正确．．．的是（）A．右边吸附层中发生了还原反应B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－＝2H2OC．电池的总反应是2H2 ＋O2＝2H2OD．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动2．（2019年高考天津卷6题）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌--碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。
图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。
下列叙述不正确的是A.放电时，a电极反应为I2Br－+ 2e－=2I－+ Br－B.放电时，溶液中离子的数目增大C.充电时，b 电极每增重0.65 g ，溶液中有0.02mol I －被氧化D.充电时，a 电极接外电源负极3．（2019 年全国卷 I 12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV 2+/MV +在电极与酶之间传递电子，下列说法错误的是 A ．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B ．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2 + 2MV 2+ = 2H + + 2MV +C ．正极区，固氮酶为催化剂，N 2发生还原反应生成NH 3D ．电池工作时，质子通过交换膜由负极区向正极区移动4．（2016年全国卷 I 11）三室式电渗析法处理含 Na 2SO 4 废水的原理如图3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SO 42－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(B )A ．通电后中间隔室的SO 42－向正极迁移，正极区溶液pH 增大B ．该法在处理含Na 2SO 4。
废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品C ．负极反应为2H 2O － 4e - = O 2＋ 4H ＋，负极区溶液pH 降低D ．当电路中通过1mol 电子的电量时，会有0.5 mol 的O 2生成5．（2018年全国卷Ⅰ 27节选）焦亚硫酸钠(Na 2S 2O 5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应有广泛，加答下列问题：MV +MV 2+N 2 NH 3H 2 H + MV + MV 2+ 电极 电 极氢化酶 固氮酶 2SO 4负极区正极区浓Na 2SO 4溶液a bc d ＋－⑶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Na2SO3和NaHSO3。
高三二轮复习---能力提升 离子交换膜在电化学中的应用(共16张PPT)
阴极
阳极
直击高考
【2015全国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 ）
A
微生物
O2
C6H12O6+H2O 质子交换膜
厌氧反应
有氧反应
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
A．通电后中间隔室的SO42－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2 H2O–4e–=O2 +4H+，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
直击高考
【2018全国I卷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。示意图如图所示，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：
D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
直击高考
【2016全国I卷5】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图 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SO42－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（ B ）
高三二轮复习---能力提升
交流与讨论1
请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的装置 图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。
阳极： 2Cl- - 2e- = Cl2
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；
2024届高三化学二轮复习+专题七++：离子交换膜在电化学中的应用
近年高考中涉及离子交换膜原理的考题 频繁出现，这一类题型的特点是新情境、 老问题，考查的知识点有原电池原理、 电解池原理、化学电源等。能够多方位 考查化学学科核心素养。
近几年高考卷中有关离子交换膜考查内容统计
阳离子交换膜 阴离子交换膜
小专题 2023年河北卷， 2023年湖北卷，10
13
2023年6月浙江 2023年山东卷，11 卷，13
3.重温经典
平衡电荷，溶质单一
原电池
【例2】(2023河北卷7题)我国科学家发明了一种以
负极
和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构
正极
如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料
转化 -2e-
为
B 。+下2K列+说法错误的是（ ）
负极反应
A.充电时，b 电极上发生还原反应 B.充电时，外电源的正极连接 b 电极 C.放电时，①区溶液中的SO42－向②区迁移
稀
2.知识重构
7. 分离提纯时，杂质离子一般从“原料室”移出。
（6）离子交换膜的选择 离子交换膜作用：③分离提纯。
例4：[2016·全国卷Ⅰ]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，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SO42-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。 ab、cd均选何种交换膜？
质子交换膜
2023年全国 甲卷，6
2020年北京 卷，节选
双极膜
2023年广东 卷，16
2021年全国 甲卷，13
离子交换膜 2022年全国甲卷，4
2023年北京卷，5
2022年山东卷， 2023年河北卷，13 13 2021河北卷，9 2022河北卷，12
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。
交换膜在电化学中的应用-2023年高考化学热点专项导航与精练(新高考专用)(解析版)
第三篇化学反应与能量专项23 膜在电化学中的应用近年来，新型电化学装置中的“膜”层出不穷，高考试题中往往以此为契入点，考查电化学基础知识。
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透过的离子，所以也称为离子选择透过性膜。
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。
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。
真题回顾1．(2022•全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。
电池放电时，下列叙述错误的是( )A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅱ区迁移B．Ⅱ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅱ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅱ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅱ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅱ区移动或Ⅱ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅱ区消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅱ区移动或Ⅱ区的K+向Ⅱ区移动。
A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅱ区移动，A错误；B项，Ⅱ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。
电化学中离子交换膜的应用
电化学中离子交换膜的应用电化学中离子交换膜是一种用于控制电流流量的复合薄膜，因其特殊的结构和性质，在电化学反应中可以起到有效的抑制和分离的作用，并可实现液膜的有序传输。
离子交换膜的应用最广泛的是在氢能电池、燃料电池、蓄电池和电解池当中。
首先，离子交换膜可以抑制氧还原反应，减少消耗，使电池在反应过程中能量损失小，提高其能量密度。
其次，离子交换膜能够有效地防止外界电荷到燃料电池内，使之维持净电池状态，同时可以改善电流分布，延长电池的使用寿命和液体充电/放电效率。
最后，离子交换膜在电解池的应用还可以降低水的蒸发，避免形成气泡。
DAY7高考化学之电化学离子交换膜的分析与应用
DAY7高考化学之电化学离子交换膜的分析与应用电化学离子交换膜是一种能够选择性地通过离子的膜材料，其在电化学反应和离子传输方面具有重要的分析和应用价值。
本文将从电化学离子交换膜的原理、分析方法和应用方面进行阐述。
首先，电化学离子交换膜的原理是基于离子在电场作用下的迁移特性。
它是由具有离子交换基团的聚合物材料构成的，其中离子交换基团能够选择性地吸附和释放离子。
当在电场存在下，离子交换膜会根据离子的电荷和大小而选择性地通过一些离子，从而实现离子的分离和纯化。
其次，电化学离子交换膜在分析中具有广泛的应用。
其中一种重要的应用是电化学分析，例如电化学法测定溶液中离子浓度和电荷的方法。
通过放置电化学离子交换膜在电化学池中，可以选择性地通过特定离子，然后测量通过离子交换膜的离子电流，进而计算出溶液中的离子浓度。
此外，电化学离子交换膜还可以用于电化学合成、电解制备和阳极保护等过程的离子传输。
此外，电化学离子交换膜还广泛应用于电池、燃料电池、电解池等器件中。
在电池中，电化学离子交换膜作为隔膜起到分隔阳极和阴极的作用，防止电子直接传递而产生短路。
在燃料电池中，离子交换膜则起到将氢离子从阴极传输到阳极，同时阻止氧气与氢离子直接反应的作用。
在电解池中，电化学离子交换膜可以选择性地传输特定离子，实现离子的纯化和分离。
总之，电化学离子交换膜在电化学分析和电化学器件中具有重要的分析和应用价值。
通过选择性地通过离子，它可以实现离子浓度的测定、离子传输的控制和离子分离纯化的目的。
未来，电化学离子交换膜的研究和应用将会越来越受到关注，并在更多领域中得到广泛应用。
2020高考化学课标二轮(天津专用)热点专攻9 电化学中离子交换膜的应用 Word版含解析
姓名，年级：时间：热点专攻9电化学中离子交换膜的应用题型专项训练第35页1.（2019全国Ⅰ)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+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示.下列说法错误的是（)A。
相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B。
阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D。
电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动答案:B解析:该过程是在室温条件下进行的，因此比现有工业合成氨的条件温和，同时还能提供电能,A项正确；阴极区发生的是得电子的反应，而左池中发生的是失电子的反应，B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气，C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
2。
(2019天津河西高三模拟）利用电化学原理将有机废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]转化为无毒物质的原理示意图如下图1所示,同时利用该装置再实现镀铜工艺示意图如图2所示。
当电池工作时,下列说法正确的是( ）A。
图1中H+透过质子交换膜由右向左移动B。
工作一段时间后,图2中CuSO4溶液浓度减小C。
当Y电极消耗0。
5 mol O2时,铁电极质量增大64 gD.X电极反应式为H2N（CH2）2NH2+4H2O+16e-2CO2↑+N2↑+16H+解析：图1是原电池,Y电极上氧气被还原成水，所以Y是正极，氢离子移向正极，H+透过质子交换膜由左向右移动，A项错误;图2是电镀池，CuSO4溶液浓度不变，B项错误;当Y电极消耗0.5molO2时,转移电子2mol，铁电极上发生反应Cu2++2e—Cu，生成1mol铜,电极质量增大64g，C项正确;X是负极,失电子发生氧化反应，电极反应式是H2N（CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+，D项错误。
3。
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。
2020届高考化学二轮题型小专题离子交换膜在交换膜里的应用及参考答案
2020届高考化学二轮题型小专题离子交换膜在交换膜里的应用及参考答案1.电解法制备MnO2的装置如图所示。
下列说法不正确的是A. 离子交换膜可选用质子交换膜B. 阳极反应式为C. 阴极区溶液的pH增大D. 导线中通过时,理论上阳极区溶液的质量减少2.双隔膜电解池的结构示意简图如图所示,利用该装置可电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。
对该装置及其原理判断正确的是（）A. a气体为氢气,b气体为氧气B. A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸C. C隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜D. 该电解反应的总方程式可以表示为3.如图装置（Ⅰ）为一种可充电电池的示意图,其中的离子交换膜只允许K＋通过,该电池充放电的化学方程式为；K 2S4＋3KI2K2S2＋KI3 ,装置（Ⅱ）为电解池的示意图当闭合开关K时,X附近溶液先变红．则下列说法正确的是（）A. 闭合K时,从左到右通过离子交换膜B. 闭合K时,A的电极反应式为：C. 闭合K时,X的电极反应式为：D. 闭合K时,当有通过离子交换膜,X电极上产生标准状况下气体4.如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。
下列有关说法正确的是( )A. 反应一段时间后,乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠B. 乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为C. 通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为D. 反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变5.高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。
用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。
下列说法正确的是A.铁是阳极,电极反应为B. 电解一段时间后,镍电极附近溶液的pH减小C. 每制得,理论上可以产生气体D. 若离子交换膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有6.实验室采用电解法将CuCl转化为Cu和CuCl2,实验装置如下所示。
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热点专攻9 电化学中离子交换膜的应用
1.(2019全国Ⅰ)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+/MV+在电极与
酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A
项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负
极区移向正极区,D项正确。
2.(2019天津河西高三模拟)利用电化学原理将有机废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]转化为无
毒物质的原理示意图如下图1所示,同时利用该装置再实现镀铜工艺示意图如图2所示。
当电
池工作时,下列说法正确的是( )
A.图1中H+透过质子交换膜由右向左移动
B.工作一段时间后,图2中CuSO4溶液浓度减小
C.当Y电极消耗0.5 mol O2时,铁电极质量增大64 g
H2N(CH2)2NH2+4H2O+16e-2CO2↑+N2↑+16H+
1是原电池,Y电极上氧气被还原成水,所以Y是正极,氢离子移向正极,H+透过质子交
换膜由左向右移动,A项错误;图2是电镀池,CuSO4溶液浓度不变,B项错误;当Y电极消耗
0.5molO2时,转移电子2mol,铁电极上发生反应Cu2++2e-Cu,生成1mol铜,电极质量增大64g,C 项正确;X是负极,失电子发生氧化反应,电极反应式是H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-
2CO2↑+N2↑+16H+,D项错误。
3.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。
下列说法不正确的是( )
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)。
A.石墨棒上发生的电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2O
B.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH
C.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变
,4OH--4e-O2↑+2H2O,A项正确;由于氧化性Ni2+(高浓度)>
H+>Ni2+(低浓度),若H+浓度过大,则阴极2H++2e-H2↑,降低Ni的产率,B项正确;电解时,A中Na+透过阳离子膜进入B中,C中Cl-透过阴离子膜进入B中,故B中NaCl溶液的物质的量浓度增大,C项错误;若将图中阳离子膜去掉,A、B两室合并,C中Cl-将透过阴离子膜向阳极(石墨棒)移
动,且阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,故电解反应总方程式发生改变,D项正确。
4.如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量检测与控制的功能,非常适合进
行现场酒驾检测。
下列说法不正确的是( )
A.电流由O2所在的铂电极流出
B.O2所在的铂电极处发生还原反应
C.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+
D.微处理器通过检测电流大小可计算出被测气体中酒精的含量
,氧气在正极反应。
氧气在正极发生还原反应,电流由正极通
过外电路流向负极,A、B正确;由图示可知,负极反应物为CH3CH2OH(碳元素的平均化合价可
视为-2价),生成物为CH3COOH(碳元素的平均化合价可视为0价),由质子交换膜可知溶液呈酸性,负极电极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,C项错误。
5.利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。
下列说
法中正确的是( )
A.a为直流电源的负极
O-3O2-4
B.阴极反应式为2HS+2H2O+2e-S2+2OH-
O2-4
C.阳极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+
D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
,与电源a极相连的电极上发生了SO2→H2SO4的反应,该反应中
O2-4
S元素化合价升高,失去电子,a极应是阳极,电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+,故a是
O-3O2-4
电源的正极,b为负极,与b相连的电极为阴极,电极反应式为2HS+2H++2e-S2+2H2O,综上所述A、B均不正确,C项正确;电解时H+由阳极室通过阳离子交换膜迁移到阴极室并参与电极反应,D项错误。
6.某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如右),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Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
,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界面解离后,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Na2SO4溶液,电解时生成氢气和氧气,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。
7.以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如右图所示。
若一段时间后Y电极上有6.4 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
O2-4
B.电解过程中S向右侧移动
C.电解结束时,左侧溶液质量增大8 g
D.铅蓄电池工作时正极电极反应式为PbSO4+2e-Pb+S O 2-4
极有Cu析出,发生还原反应,则Y极为阴极,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6.4gCu析出时,转移0.2mole-,左侧生成1.6gO2,同时有0.1mol(9.6g)S进入左侧,则左侧溶
O2-4
液质量净增加9.6g-1.6g=8g,C正确;铅蓄电池的负极是Pb,正极是PbO2,正极反应式为
PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,D错误。
O2-4。