高考化学复习 专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用 (2)
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。
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。
微专题7 离子交换膜在电化学中的应用 高二上学期化学人教版(2019)选择性必修1+
归纳总结 离子交换膜类型的判断方法 根据电解质溶液呈电中性的原则，结合要制备的物质或避免发生 的副反应，判断交换膜的类型。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，结合题意判断出离子移动的方向，进而确 定交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应为2H++2e- = H2↑,则阴极区域破坏了水的电离平衡，OH-有剩余，为得到NaOH， 则阳极区域的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。
①阴极反应:2H2O+2e-=== H2↑+2OH②阳极反应:2I--2e-=== I2 ③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应:
应用阳离子交换膜，防止OH-移向阳极与I2接触反应
电化学中 的膜问题
离子交换膜的作用
氯碱工业：电解饱和 NaCl 溶液制取 NaOH 、 Cl 2 和H2
电解
2NaCl + 2H2O
H+
电荷守恒
2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑
6e-
1mol
6H+ 6mol
∆m右=m(N2)-m(H+)=28g-6g=22g
种类
装置图
说明
利用双极膜组合电解法模拟海
水淡化
双极 膜
①阴极反应:2H++2e- = H2↑ ②阳极反应:4OH--4e- = O2↑+2H2O
总反应为2H2O
常数的值)( C )
A.Y与锂离子电池的Li电极相连 B.X极相连的锂离子电池电极反应为FeS+2Li++2e- = Fe+Li2S C.当电路中转移1 mol e-时,b室离子数增加2NA D.离子膜M为阳离子交换膜,离子膜N为阴离子交换膜
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
2023版高考化学一轮总复习第七章微专题七离子交换膜在电化学中的功能课件
解析：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，
即SO24－向阳极区移动，Na＋向阴极区移动，阳极区水电离的 OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在阳极区，该极得到 H2SO4 产品，溶液 pH 减小，阴极区水电离的 H＋发生还原反应生成氢 气，OH－留在阴极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，A、 C 错误，B 正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的பைடு நூலகம்程 式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，D 错误。
[典例精析] 【典例】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 SO24－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 SO24－向阳极迁移，阳极区溶液 pH 增 大 B.该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品 C.阴极反应为 2H2O－4e－===O2＋4H＋，阴极区溶液 pH 降 低 D.当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2 生成
微专题七 离子交换膜在电化学中的功能
[专题精讲] 1.离子交换膜的类型及作用
2.阴、阳离子交换膜的判断 (1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标 注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电流流向等，明 确阴、阳离子的移动方向。 (2)根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题 意中给出的制备物质、电解物质等信息，找出物质生成或消耗 的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的 种类。 3.电解池的分室方法 根据电解的目的和膜的种类和个数，可将电解池分成无膜 一室、单膜两室、双膜三室和三膜四室等。
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。
高三化学专题复习电化学装置的创新应用
活动一： 判断下列 装置是原 电池还是 电解池及 各电极名 称，并说 明判断的 根据（独 立完成）
第一部曲 有多少热点可以重来 2、 “多池组合”电池的综合分析
C极逐渐溶解，D极析出红色固体
反思：串联电池中如何判断池型？
1、有外接电源：串联在电源上的各池均为电解池
2、无外接电源: ：有盐桥或燃料电池为原电池。
1.电化学中的交换膜类型
(只允许阳离子和水分子通过)
(只允许H＋和水分子通过)
(只允许阴离子和水分子通过)
2．含膜电解池装置分析
(1)两室电解池
①制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极室的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－， 阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大. 阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守 阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质， 纯度较高，基本没有杂质。
A．电极a连接电源的正极
B
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 D．Ⅱ口排出的是淡水
【解析】根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，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解离后，氢离子与 透过B膜的阴离子到左侧形成酸，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。
题型一 利用离子交换膜制备纯净产品及分离提纯某些物质
[典例1]某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，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产生水的解离，生成H＋和OH－。下 列说法错误的是 ( )
“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.NaBH4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－2＋6H2OC．电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液D．每消耗2.24 L O2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g2.一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C6H10O5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CO2C.处理后的含NO3-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 L3.四甲基氢氧化铵[(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C.工作电路中每流过0.02 mol 电子,Zn 电极质量减重0.65 gD.Pb 电极的电极反应式是2CO 2-2e -C 2O 42-5. NaClO 2是重要的消毒剂和漂白剂,可用如图所示装置制备。
下列说法正确的是 ( ) A.电极b 为负极 B.阳极区溶液的pH 增大 C.电极D 的反应式为ClO 2+e -Cl O 2-D.电极E 上生成标准状况下22.4 L 气体时,理论上阴极区溶液质量增加135 g6.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Na 2SO 3溶液进行电解又制得NaOH 。
专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用
此题膜将其分为三室，利用阴阳离子在电场作用下定向移动，并 借助膜制备酸碱，从而达到处理废水的目的。
－
稀Na2SO4溶液
a
c
＋
负极区
(阴)
Na+ SO42－
正极区
(阳)
b
d
浓Na2SO4溶液
阳（+）2H2O－ 4e- = O2＋ 4H＋ 阴（-） 2H2O＋ 2e－= H2 ＋ OH－
解法剖析
04 2016年全国卷 I 11 解析
利用H2在酸碱介质中电极电势的不同形成原电池。此 处隔膜的作用是将两极区隔离，起盐桥的作用。
解法剖析
01 2018年11月浙江选考17 解析
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 （ ）
负
正
A B．由电子的流动方向可知左边为负极，发生氧化
反应；右边为正极，发生还原反应，故A.B正确；
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，下列说法错误的是( B ) 负
正
A．原电池原理合成氨的条件温和，同时还可提供电能，
故A正确； B．阴极区即原电池的正极区，由图可知，在固氮酶作用
下反应，故B错误； C．由图可知C正确； D．电池工作时，阳离子通过交换膜由负极区向正极区移
三室式电渗析法处理含 Na2SO4 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 )
DAY 7 高考化学之电化学离子交换膜的分析与应用
电化学离子交换膜的分析与应用(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)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)。
(2)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H2①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)。
(3)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过)以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②阳极反应式：2I－－2e－===I2；③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO－3＋5I－＋3H2O；④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)。
(4)电渗析法将含A n B m的废水再生为H n B和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，B n－为含氧酸根离子。
类型一 “单膜”电解池1．(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＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．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＋，溶液需为酸性答案 C解析 由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。
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。
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
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专题7 离子交换膜在电化学装置中的应用
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－＝2H2O
C．电池的总反应是2H2 ＋O2＝2H2O
D．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 3
D ．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 3
H 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 b
c 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。
阳极的反应式为: 2H2O－4e－＝4H＋+ O2↑。
电解后 a 室的NaHSO3溶液浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5
6．（2017年天津市高考7题）某混合物浆液含有Al(OH) 3、MnO2和少量Na2CrO4。
考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用．回答Ⅰ和Ⅱ中的问题．
（4）用惰性电极电解时，CrO42﹣能从浆液中分离出来的原因是在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液，分离后含铬元素的粒子是CrO42﹣、Cr2O72﹣；阴极室生成的物质为NaOH和H2（写化学式）。
专题16 化学电源答案与解析
1．C
【解析】
A B．由电子的流动方向可知左边为负极，发生氧化反应；右边为正极，发生还原反应，故A.B正确；
C．电池的总反应没有O2参与，总反应方程式不存在氧气，C错误；
D．在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D正确。
2．D
【解析】
A B．本题关键点是锌--碘溴液流电池，图示为原电池放电，根据锌离子移动方向可以确定a正极，b负极，b极锌失电子生成阳离子，a极附近阴离子得电子一个离子变三个离子，故溶液中离子数目增多，故A、B均正确；
C D．充电相当于电解池，原正极与外电源正极相连做阳极，原负极与外电源负极相连做阴极，反应为原电池的逆反应，故C对D错。
该题出题角度富有新意，以新面孔出现，考查了学生感知新题境提取信息并应用化学知识的能力，只要基础知识牢固也能迎刃而解。
3．B
【解析】本题考查了电化学基础知识
A．原电池原理合成氨的条件温和，同时还可提供电能，故A正确；
B．阴极区即原电池的正极区，由图可知，在固氮酶作用下反应，故B错误；
C．由图可知C正确；
D．电池工作时，阳离子通过交换膜由负极区向正极区移动，故D正确。
4．B
【解析】在电解池中，阴离子向阳极(正极区)移动；阳离子向阴极(负极区)移动．中间隔室的Na＋通过ab 膜进入负极区，故ab为阳离子交换膜，在阴极，溶液中的H＋放电，溶液呈碱性，得到NaOH溶液；SO42－通过cd膜进入正极区，故cd为阴离子交换膜，在阳极，溶液中的OH-放电，溶液呈酸性，得到H2SO4溶液．
A．通电后中间隔室的SO42－向正极迁移，正极反应为：2H2O－4e- = O2＋4H＋正极区溶液pH减小，(A)错．
B．中间隔室的Na＋通过ab膜进入负极区，负极反应为：2H2O＋2e－= H2＋2OH－负极
区得到NaOH溶液；SO42－通过cd膜进入正极区，正极反应为：2H2O－4e- = O2＋4H＋正极区得到H2SO4溶液，(B)正确．
C．负极反应为：2H2O＋2e- = H2＋2OH-负极区溶液pH增大．(C)错误．
D．由电子守恒：4n(O2)=1 mol，n(O2)= 0.25mol，(D)错误．
5．(3) 2H2O－4e－＝4H＋+ O2↑，a
【解析】
（3）阳极失电子发生氧化反应，阳极区溶质是稀硫酸，故氢氧根放电，电极反应式为：2H2O－4e－＝4H＋+ O2↑。
阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。
阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。
6．⑷在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液。
CrO42﹣、Cr2O72﹣NaOH和H2
【解析】
（4）电解时，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极移动，从而从浆液中分离出来，因存在2CrO42﹣+ 2H+ Cr2O72﹣+ H2O，则分离后含铬元素的粒子是CrO42﹣、Cr2O72﹣，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH。
故答案为：在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液；CrO42﹣、Cr2O72﹣；NaOH和H2。
离子交换膜是一种选择透过性膜．具有非常广泛的应用，中学化学中涉及的主要有质子交换膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜．近年高考试题中多次出现了联系工业生产实际带离子交换膜的电化学装置．主要分为两大类：一是在原电池中的应用，二是在电解装置中的应用。
在原电池中，离子交换膜的作用与盐桥相似，将原电池分为正半电池和负半电池，从而提高原电池的工作效率．
在电解装置中，根据不同的生产目的，可以选用一种或多种离子交换膜，将电解池隔成不同的室，从而得到不同的生产产品．
若某室中同时有阴、阳离子进入，二者结合的产物即为该室产品；若某室中同时有阴、阳离子移出(或消耗)，则二者结合的产物即为该室消耗的物质；若某室中既有离子进入，又有离子移出(或消耗)，进入离子与原溶液中未移出(或消耗)的离子结合的产物即为该室产品．
无论是原电池还是电解池，只要能正确判断电极性质、离子移动方向和离子交换膜的类型就可以使相关问题迎刃而解．。