高中化学公开课离子交换膜在电化学中的解题建模精品课件
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⑴阳极室，电极反应为2H2O－4e－= 4H ＋+，O2↑
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
0.5 mol 0.5 mol
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
原电池海水
类型二
判断膜的种类
淡化模型
【例题2】某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。 工作示意图如下。
【例题2】某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。
工作示意图如下。
⑴电极a为 负 极， 0价
－ ＋N2↑
⑵①②aa电若若电电极有有极极b机机反反为废废应应水水正式式中中CC64有有极HH机机，180O物物O电25－用用极－-CC反12价2064应HH4ee－18式－O0O+2+为5表6表7H示H示2，2O，O＝；。＝46CCOO22↑↑++202H4H+ +
1、阳离子交换膜：是对阳离子具有
选择透过性，只允许阳离子通过，阻
类 止阴离子和气体通过。
型
2、阴离子交换膜：是对阴离子具有 选择透过性，只允许阴离子通过。
3、质子交换膜：是对质子（H＋）导
通，只允许质子（H＋）通过。
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
类型一
理解离子交换膜的功能：使离子选择性 定向迁移，平衡溶液中离子浓度和电荷的作用
2CrO42－+ 2H+
Cr2O72－ + H2O正向移动，生成Cr2O72－
⑷电解池的总化学方程式为4K2CrO4 + 4H2O
2K2Cr2O7 + 4KOH + 2H2↑+ O。2↑
－ ＋ 【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
阴极
K＋
阳极
OH－ 2CrO42－+ 2H+
⑸早期采用“三室电渗析法”是将阳极室与产品室合并，
原缺因点H是2产PO品2－中具有混还有原PO性43，－或H3PO，4杂“质四。室电渗析法”避免了该过程。 在阳极放电或被O2氧化所致
4H+
+
O2↑ 2Cr2O72－
+
2H2O2
K＋ O2↑ 阳极
OH－ H＋
⑴在阴极室，电极反应为4H2O + 4e－＝4OH，－+K2＋H通2↑过阳离子交换膜向阴极室移动。
每转移1 mol e－，K＋向阴极室定向移动 1 mol。
⑵在阳极室，电极反应为2H2O－ 4e－＝ 4H+ + O2↑。
⑶单铬的酸语钾言文K2字Cr说O明4为阳什极么O能H在－阳放极电区，转使化得成c(O重H铬－酸)减钾小K，2Cc r(2HO+7)，增用大离，子平方衡程式和简。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
概
离子交换膜是对溶液中的离子
念 具有选择性透过能力的高分子薄膜。
功
使离子选择性定向迁移，目的是
能 平衡整个溶液中的离子浓度及电荷
离子交换膜不能改变离子原本即将迁移的方向，但却可以
使离子发生选择性定向迁移，以平衡整个溶液中的离子浓度及
电荷，起到对制备的物质分离和提纯的作用。。
二 离子交换膜的概念、功能和类型
离子交换膜 在电化学中的解题Biblioteka Baidu模
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（一）
离子交换膜的氯碱工业模型
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
③④
⑤
Na ＋
阳
①
②
⑥
装置特点： 单膜六口
阴极：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－ 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 产品：NaOH，Cl2 ， H2
Cl－ Na＋
⑶2a电NO极3附－+近1溶0液e－的+p1H2H减＋小＝N，2↑+ 6H2O。
NO3－
b电极附近溶液的pH 增大 。（填“增大” “减小”或“不变” ） ⑷膜A是 阴 离子交换膜（填“阴”或“阳”），
Cl－ （填“Cl－”或“Na＋”）通过膜A向左移动进入负极区， 膜B是 阳 离子交换膜（填“阴”或“阳”）， Na＋ （填“Cl－”或“Na＋”）通过膜B向左移动进入正极区，使海水变为淡水。
【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
Cr（Ⅵ）
K2Cr2O7 制备模型
互变模型
－ ＋ 【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
① 4H2O + 4e－＝4OH－+ 2H2↑
②
阴极 H ↑ ③
2H2O－ 4e－＝ 4CrO42－+ 4H+
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
⑴阳极区域可能存在的反应
Cl2＋2OH－＝ ClO－＋Cl－＋H2O
⑵则总反应为
NaCl＋H2O NaClO＋H2↑
二 离子交换膜的概念、功能和类型
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
类型三
多室电解池中膜的应用
【例题3 】次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，是一元弱酸， 具有较强还原性。“四室电渗析法” 制备H3PO2工作原理如图
多膜电渗 析模型
【例题3 】次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，是一元弱酸，具
＋ － 有较强还原性。“四室电渗析法” 制备H3PO2工作原理如图
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
0.5 mol 0.5 mol
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
原电池海水
类型二
判断膜的种类
淡化模型
【例题2】某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。 工作示意图如下。
【例题2】某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。
工作示意图如下。
⑴电极a为 负 极， 0价
－ ＋N2↑
⑵①②aa电若若电电极有有极极b机机反反为废废应应水水正式式中中CC64有有极HH机机，180O物物O电25－用用极－-CC反12价2064应HH4ee－18式－O0O+2+为5表6表7H示H示2，2O，O＝；。＝46CCOO22↑↑++202H4H+ +
1、阳离子交换膜：是对阳离子具有
选择透过性，只允许阳离子通过，阻
类 止阴离子和气体通过。
型
2、阴离子交换膜：是对阴离子具有 选择透过性，只允许阴离子通过。
3、质子交换膜：是对质子（H＋）导
通，只允许质子（H＋）通过。
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
类型一
理解离子交换膜的功能：使离子选择性 定向迁移，平衡溶液中离子浓度和电荷的作用
2CrO42－+ 2H+
Cr2O72－ + H2O正向移动，生成Cr2O72－
⑷电解池的总化学方程式为4K2CrO4 + 4H2O
2K2Cr2O7 + 4KOH + 2H2↑+ O。2↑
－ ＋ 【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
阴极
K＋
阳极
OH－ 2CrO42－+ 2H+
⑸早期采用“三室电渗析法”是将阳极室与产品室合并，
原缺因点H是2产PO品2－中具有混还有原PO性43，－或H3PO，4杂“质四。室电渗析法”避免了该过程。 在阳极放电或被O2氧化所致
4H+
+
O2↑ 2Cr2O72－
+
2H2O2
K＋ O2↑ 阳极
OH－ H＋
⑴在阴极室，电极反应为4H2O + 4e－＝4OH，－+K2＋H通2↑过阳离子交换膜向阴极室移动。
每转移1 mol e－，K＋向阴极室定向移动 1 mol。
⑵在阳极室，电极反应为2H2O－ 4e－＝ 4H+ + O2↑。
⑶单铬的酸语钾言文K2字Cr说O明4为阳什极么O能H在－阳放极电区，转使化得成c(O重H铬－酸)减钾小K，2Cc r(2HO+7)，增用大离，子平方衡程式和简。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
概
离子交换膜是对溶液中的离子
念 具有选择性透过能力的高分子薄膜。
功
使离子选择性定向迁移，目的是
能 平衡整个溶液中的离子浓度及电荷
离子交换膜不能改变离子原本即将迁移的方向，但却可以
使离子发生选择性定向迁移，以平衡整个溶液中的离子浓度及
电荷，起到对制备的物质分离和提纯的作用。。
二 离子交换膜的概念、功能和类型
离子交换膜 在电化学中的解题Biblioteka Baidu模
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（一）
离子交换膜的氯碱工业模型
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
③④
⑤
Na ＋
阳
①
②
⑥
装置特点： 单膜六口
阴极：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－ 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 产品：NaOH，Cl2 ， H2
Cl－ Na＋
⑶2a电NO极3附－+近1溶0液e－的+p1H2H减＋小＝N，2↑+ 6H2O。
NO3－
b电极附近溶液的pH 增大 。（填“增大” “减小”或“不变” ） ⑷膜A是 阴 离子交换膜（填“阴”或“阳”），
Cl－ （填“Cl－”或“Na＋”）通过膜A向左移动进入负极区， 膜B是 阳 离子交换膜（填“阴”或“阳”）， Na＋ （填“Cl－”或“Na＋”）通过膜B向左移动进入正极区，使海水变为淡水。
【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
Cr（Ⅵ）
K2Cr2O7 制备模型
互变模型
－ ＋ 【例题1】以铬酸钾K2CrO4为原料，电化学法制备重铬酸钾K2Cr2O7
的实验装置如图
① 4H2O + 4e－＝4OH－+ 2H2↑
②
阴极 H ↑ ③
2H2O－ 4e－＝ 4CrO42－+ 4H+
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
⑴阳极区域可能存在的反应
Cl2＋2OH－＝ ClO－＋Cl－＋H2O
⑵则总反应为
NaCl＋H2O NaClO＋H2↑
二 离子交换膜的概念、功能和类型
三 离子交换膜在电化学中的题型例析
类型三
多室电解池中膜的应用
【例题3 】次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，是一元弱酸， 具有较强还原性。“四室电渗析法” 制备H3PO2工作原理如图
多膜电渗 析模型
【例题3 】次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，是一元弱酸，具
＋ － 有较强还原性。“四室电渗析法” 制备H3PO2工作原理如图