专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用

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高考化学二轮复习：电化学装置中的“离子交换膜”课件

电化学装置中的“离子交换膜”
研磨真题·培养审题力
【典例】(2020·山东等级考)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①，同
时可实现海水淡化②。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极③，用如图装置处理有机废水(以含CH COO-的溶液为例)。 3
下列说法错误的是（）
3
2
3
2
2
确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，
即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl-移向
负极，同时有1 mol Na+移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，故C正确；b极为正极，水溶液为酸性，所以氢
A.享有“镇国之宝”称谓的“后母戊鼎”属于青铜制品
时转移电子数为
×3=0.2 mol,所以电解硫酸钠溶液时,阴极上氢离子
e.冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(2)N层只有1个电子的主族元素是____，其氯化物的焰色反应呈____色。
2
2
质量减少9 g，故C错误；通电过程中，原料室中的Na+移向阴极室，I-移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，故D正确。

高考化学电化学专题训练离子交换膜在电化学中的作用(附解析)

高考化学电化学专题训练

离子交换膜在电化学中的作用

（解析附后）

1.NaBH

燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是( )

A．离子交换膜应为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移

B．该燃料电池的负极反应式为BH－

4＋8OH－－8e－===BO－

＋6H

C．电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO

溶液

D．每消耗2.24 L O

(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g

2.一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化,其工作原理如图所示,图中有机废水中

有机物可用C

表示。下列有关说法不正确的是( )

A.Cl-由中间室移向左室

B.X气体为CO

C.处理后的含NO

-废水的pH降低

D.电路中每通过4 mol电子,产生X气体的体积在标准状况下为22.4 L

3.四甲基氢氧化铵[(CH

NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH

)

NCl]为原料，采

用电渗析法合成(CH

NOH，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1mol(CH 3)4NOH ,a 、b 两极共产生0.5mol 气体

C. c 、e 均为阳离子交换膜

D. b 极电极反应式：2H 2O −4e −=O 2↑+4H +

4.利用电化学原理还原CO 2制取ZnC 2O 4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H 2SO 4溶液作电解液

B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性

电化学中的膜问题

【活动探究二】交换膜在电解池中的应用
【跟踪练习2】H3PO2也可以通过电解的方法制备。工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
阳极室的H+穿过阳膜至产品室，原料室的H2PO2-穿
①分析产品室可得到H3PO2的原因过阴膜至产品室，二者反应得到H3PO。2
②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
D 允许阳离子透过。下列叙述正确的是( )
阴极： 4 H2O+4e–=2H2+4OH-
阳
阴
OH- 膜
膜
Na+ Cl-
阳膜
H+
阳极： 2 H2O–4e–=O2+4H+
A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区
C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高
D．电池总反应为4NaCl＋6H2O
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. 学会关于膜的计算。

交换膜原理在电化学考题中的应用

《数理化解题研究）０１第３期）１年２
一
化学篇
５５
般通过密度法，相对密度法和气态方程式法或
② 掌握商与余数的规律的关键是理解余数的特 ③ 比较烃的组成与结论特点时，以烷烃为标准，
求得烃的式量后，用如下公式推断确定烃的化学式征，是达到理解与提高应用能力的关键．可这及其类别wk.baidu.com．推算公式为：
确的是（
是Ｈ，
）．
Ｚ
Ａ从口逸出的气体．
Ｂ从Ｂ中加人含少量．换脱
隔膜
，
（ＪｌＮ２Ｏ４酞溶液）滴了ｓ、Ｊ｛
（－允ｉＳ通过）Ｊｔ＇Ｏ４ｌ
ＮＯ的水溶液以增强导电ａＨ
（的式量／烃组成单元式量）＝（１）：＋４商余可有 “ 每减少２个氢原子，增加２个不饱和碳原子，就数．增加１个不饱和键（学不曾提及的不饱和度）的中 ”
（）３应用提示
判断能力．
商与余数的规律，即各种烃类内涵的规律．握掌了这些规律，明显提高应用能力．会 “ 准参数 ” 基．

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

例1：某新型水系钠离子电池工作原理如图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电，充电时Na2S4被还原为Na2S。离子交换膜应选择那种类型？
充电：S42－+6e－=4S2－负电荷增多正电荷数<负电荷数
溶质单一
阴极
阳膜
3I－－2e－ =I3－
负电荷减少正电荷数>负电荷数
阳极
1.电极反应式判断离子变化 2.电荷平衡判断离子的出入 3.离子的移动方向遵循电化学原理 4.一般保持各室溶质纯净
2020年山东卷，13
2022年全国乙卷，6 2022湖南卷，8
1.考点考向
离子交换膜的学习目标
01 了解常见离子交换膜的类型和作用。
02
能够通过离子交换膜类型和电化学原理判断离子移动方向，能够通过离子迁移方向综合分析判断离子交换膜类型。
03 构建膜电池解题模型。
Prt
目录
1 考点考向 2 知识重构 3 重温经典 4 模型构建 5 教学策略
（7）离子交换膜计算——②计算溶液质量变化。
例2：科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，有价值的蛋白质回收率
达到98%，工作原理如图所示：
D 下列说法错误的是( )
A．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 B．膜1、膜2孔径不大于半透膜孔径
阴极
阳极

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(
C)
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，Al–空气电池的理论比能
量最高；
C.M–空气电池放电过程的正极反应式4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n D.在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜。
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

离子交换膜在新能源领域中的应用实例

随着人们对环境意识的不断提高，新能源的发展越来越受到关注。而离子交换膜作为一种重要的新能源技术材料，已经在许多领域中得到广泛应用。本文将介绍离子交换膜在新能源领域中的几个应用实例。

一、燃料电池

燃料电池是一种通过将氢气和氧气反应产生电能的新型电池。离子交换膜是其中关键的材料之一。燃料电池使用离子交换膜将氢气和氧气分开，离子通过膜管进行交换，产生电流。离子交换膜材料的品质直接影响燃料电池的性能和寿命。目前，离子交换膜在燃料电池中应用已经成为一种广泛使用的技术。

二、电化学电池

电化学电池是一种靠电化学反应来产生电能的设备。离子交换膜在电化学电池中也起着极其重要的作用。电解池通常会使用离子交换膜将阳极和阴极分离开来，这样就可以控制对离子的通透性和选择性。离子交换膜还可以用于电解水来产生氢气和氧气。

三、蓄电池

蓄电池是一种将电能转化为化学能再转化回电能的电池。离子交换膜可以直接应用于蓄电池的制备中。蓄电池通常是由阴、阳极和中间的电解质液体组成。离子交换膜可以作为中间电解质液体的替代品，用来分离阴、阳极，使得蓄电池能够长时间稳定地工作。

四、氢能技术

氢能技术是一种将氢气作为能源来解决能源问题的技术。离子交换膜也有着广泛的应用。例如，在氢能汽车中，离子交换膜被用于将高压氢气和空气分开，离子通透膜使得氢气可以通过，但是能够防止空气进入氢燃料电池堆。

五、太阳能电池

太阳能电池是利用太阳能产生电能的一种设备。离子交换膜在太阳能电池中也有很重要的应用。例如，离子交换膜被用来分离

4.20 电化学中离子交换膜的作用

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_____________。
电化学中离子交换膜的作用
基础过关自查
电子不下水离子不上岸电解质溶液中离子移动规律记清楚了吗？
1、了解常见离子交换膜的类型和作用 2、会根据离子交换膜的作用确定其类型 3、会根据离子交换膜的作用进行相关电化学计算
氯碱工业实际生产中的
离子交换膜
Cl2 H2
NaOH 和
NaCl 溶液
初识离子交换膜-----简化版
离子交换膜的作用：（1）防止Cl2和H2混合而引起爆炸
（2）避免Cl2与NaOH 反应生成NaClO，影响NaOH产品的质量
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。 (2)用于物质的分离、提纯等。 (3)用于制备的物质。 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。

离子交换膜电池-高二化学(人教版2019选择性必修1)

离子迁移方向的判断
①离子从“生成区”移向“消耗区”
以电解CO2制HCOOH为例，
其原理如图所示。
右侧：通入CO2 ，生成HCOOH，发生还原反应，多孔锡作阴极，
电极反应为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗从左侧迁移过来的H＋。
左侧“Pt片”作阳极，水电离产生的OH －放电，电极反应为2H2O
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( AC )
A. 正极反应中有生成
B. 微生物促进了反应中电子的转移
C. 质子通过交换膜从正极区移向负极区
D. 电池总反应为 + = +
[解析] 原电池装置中,有氧气反应的一极为正极,发生还原反应,因为有质子通过
[解析] 装置甲是原电池,N电极上氧气被还原成水,所以N是正极,H + 透过质
子交换膜由左向右移动,A项错误;
装置乙是电镀池,CuSO4 溶液浓度不变,B项错误;
当N电极消耗0.5 molO2 时,转移2 mol电子,铁电极上发生反应：Cu2+ +
2 e− = Cu,生成1 mol铜,电极质量增大64 g, C项正确;
其中a、b均为石墨电极。
左侧：为“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左
侧，a极为阴极，电极反应为2H2O＋2e － ===2OH －＋H2↑，产生的

高考化学一轮第6章化学反应与能量常考点7膜在电化学中的应用新人教版

1.b极的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,通过1 mol电子时,有0.5 mol H2O 放电,产生1 mol H+。 2.通过1 mol电子时,有1 mol H+从稀硫酸中通过阳膜进入产品室。因此通过1 mol电子时,稀硫酸中反应消耗0.5 mol H2O,生成的O2逸出,生成的H+迁移至产品室,则质量减少9 g。稀硫酸中H+的物质的量不变,若不考虑溶液体积变化,则溶液pH不变。
2.阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过,阻止阳离子和气体通过)
3.质子交换膜(只允许H+和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH), 可获得清洁能源H2 ①阴极反应式:2H++2e-===H2↑ ②阳极反应式:CH3COOH-8e-+2H2O ===2CO2↑+8H+ ③阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极 ④H+→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
低,D正确。
四、离子交换膜的类型 1.阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过,阻止阴离子和气体通过)
以锌铜原电池为例,中间用阳离子交换膜隔开 ①负极反应式:Zn-2e-===Zn2+ ②正极反应式:Cu2++2e-===Cu ③Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)