2020届高考化学一轮复习“离子交换膜”在电化学中的应用PPT课件(30张)
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高三化学一轮复习离子交换膜在电化学中的应用课件
阳极的电极反应式为
,阴极产生的物质A的化学式为 H2 。
4CO32- + 2H2O - 4e- =4HCO3- + O2
例3
物质的分离提纯
普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离 子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的
是( D)
A．电极a为粗铜，电极b为精铜 B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区 C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区 D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
小试身手
电解除污
2.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH4+，模拟装置 如图所示。下列说法正确的是( C )
A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
学以致用
已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。 现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。
下列说法正确的是( C )
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同 B．Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同 C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
1.分类：
离子交换膜
2.功能：使离子选择性定向迁移，平衡整个溶液的离子浓度或电荷。 隔离某些物质，防止其发生副反应
例2
隔离物质
H3PO2(具有较强还原性)可用电渗析法制备, “四室电渗析法”工作原理如图Z7-11所示。
①写出阳极的电极反应式:
。
②分析产品室可得到H3PO2的原因: 。
高中化学离子交换膜在电化学中的应用微课精品课件
巩固训练
2.利用反应6NO2+8NH3====7N2+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( C )
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4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
1.隔离两极区，防止发生副反应
例2：现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极， 请用氯碱工业中的膜技术原理，回答下列问题．
请利用交换膜技术，根据上图框架，设计一个电解
Na2SO4溶液制NaOH溶液和H2SO4溶液的装置，标出进
出物质的化学式(已知E为Na2SO4溶液)：
A膜aO为2
G
阴
离H子2S交O4换膜B （H填2 “C阳”N或aO“H阴”；）．
。
②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差
(Δm左－Δm右)为 14.4 g。
巩固训练
3.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。
①电源的负极为 B (填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为
6Cl－－6e－ = 3Cl2↑
、
CO()2＋3Cl2＋H2O = N2＋CO2＋6HC。l
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相
比将 不变 ；若两极共收集到气体13.44
三、分离、提纯某些物质
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 内装有离子交换膜，其工作原理如 图所示。下列说法中不正确的
高考化学微专题五离子交换膜在电化学中的应用课件
12/10/2021
解析：D [A.阳离子移向阴极，故阴极得电子发生还原反应， 则电极反应方程式为 2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH，故 b 极附 近溶液的 pH 增大，故 A 正确；B.阴离子移向阳极，故 a 为阳极失 电子发生氧化反应，故 a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋， 故 B 正确；C.a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，SO42－移 向 a 极可以与 H＋结合生成硫酸，b 极反应方程式为 2H2O＋2e－ ===H2↑＋2OH－，则可得到氢气，故该法制备 LiOH 还可得到硫酸 和氢气等产品，故 C 正确；D.2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH， 故当电路中通过 1 mol 电子时，可得到 1 mol LiOH，故 D 错误。]
电势，B 错误；C 项：电极 a(正极)电极反应为
＋H＋＋2e
－→
＋Cl－，正极每得到 2 mol 电子时，为使溶液电中性，
必有 2 mol H＋通过质子交换膜进入 a 极溶液，同时电极反应消耗 1
mol H＋。故工作一段时间之后，a 极区溶液中 H＋浓度增大，pH 减
小，C 错误；D 项：据图中物质转化，考虑到质量守恒和电荷守恒
12/10/2021
解析：B [A.电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间 隔室的 SO24－离子向正极迁移；正极区氢氧根放电，产生氢离子，所 以正极区溶液 pH 减小，错误；B.阳极区氢氧根离子放电，产生硫酸， 阴极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含 Na2SO4 废水 时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品，正确；C.负极区氢离子得到电子 使溶液中 c(H＋)减小，所以负极区溶液 pH 升高，错误；D.当电路中 通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，错误。]
解析：D [A.阳离子移向阴极，故阴极得电子发生还原反应， 则电极反应方程式为 2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH，故 b 极附 近溶液的 pH 增大，故 A 正确；B.阴离子移向阳极，故 a 为阳极失 电子发生氧化反应，故 a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋， 故 B 正确；C.a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，SO42－移 向 a 极可以与 H＋结合生成硫酸，b 极反应方程式为 2H2O＋2e－ ===H2↑＋2OH－，则可得到氢气，故该法制备 LiOH 还可得到硫酸 和氢气等产品，故 C 正确；D.2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH， 故当电路中通过 1 mol 电子时，可得到 1 mol LiOH，故 D 错误。]
电势，B 错误；C 项：电极 a(正极)电极反应为
＋H＋＋2e
－→
＋Cl－，正极每得到 2 mol 电子时，为使溶液电中性，
必有 2 mol H＋通过质子交换膜进入 a 极溶液，同时电极反应消耗 1
mol H＋。故工作一段时间之后，a 极区溶液中 H＋浓度增大，pH 减
小，C 错误；D 项：据图中物质转化，考虑到质量守恒和电荷守恒
12/10/2021
解析：B [A.电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间 隔室的 SO24－离子向正极迁移；正极区氢氧根放电，产生氢离子，所 以正极区溶液 pH 减小，错误；B.阳极区氢氧根离子放电，产生硫酸， 阴极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含 Na2SO4 废水 时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品，正确；C.负极区氢离子得到电子 使溶液中 c(H＋)减小，所以负极区溶液 pH 升高，错误；D.当电路中 通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，错误。]
2024届高考复习课件之离子隔膜在电化学中的应用
外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。
例1：工业上常用连二亚硫酸钠 (Na2S2O4)消除烟气中的NO，通过电 解可使Na2S2O4再生，装置如下图所 示。吸收塔内每吸收11.2L(标准状况) 的NO，通过离子交换膜的H+的物质 的量为_______mol。
方法1：阳极：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
A. 充电时电极b是阴极 B. 放电时NaCl溶液的pH减小
√C. 放电时NaCl溶液的浓度增大 D. 每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
放电总：
Na3Ti2(PO4)3 + Cl2= NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－
隔膜不一定是离子选择性膜
非选择性隔膜 优点：1.离子通透性强，电阻小
双极膜结构及解离水示意图
2023
知识重构 链接高考 模型构建
二、链接高考
例1
√
（2023年广东卷）——双极膜
➫解析 阴阳
H+
OH+
NH3·H2O ～ 8e －～8H+ ～8OH －
1mol
8
8
阳极：4OH- - 4e- == O2↑+2H2O
二、链接高考
（2022年全国甲卷）——阴阳离子交换膜
（2023年广东卷）
隔膜不一定是离子选择性膜
例1：（2022广东）科学家基于Cl2易溶于CCl4的 ➫解析
性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池， 可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： NaTi2(PO4)3 + 2Na＋ + 2e－ = Na3Ti2(PO4)3。下 列说法正确的是
高三化学一轮复习电化学里的“魔法师”离子交换膜课件
2024届高三专题复习
电化学里的“膜法师”——离子交换膜
感受高考 明确考向
2023全国甲卷
2022全国甲卷
2023全国乙卷
2022全国乙卷
2021全国甲卷
2021全国乙卷
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
2.三个方向（电子、电流、 离子） 3.电极反应式的书写与正误 判断 4.电解质溶液质量、PH、 浓度的变化
C．双极膜中间的H2O解离出的H+向N极迁移 D．每处理苯酚，理论上有+透过膜a
活动三、认膜、析膜、建模——课堂小结 知识上： 离子交换膜的含义、类型、原理、 作用
课堂小结
解题技巧上：
3.穿膜离子的判断和膜两边溶液的相关计算： 离子迁移量、溶液质量变化、PH变化
5.离子交换膜的种类判断 及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算。 通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？ 3.离子交换膜在教材中的原理模型
4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2OB．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)
和碱(MOH)D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共
得到气体
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型 角度四、特殊膜 例4.（2023山东）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH-， 利用电解池产生强氧化性的羟基自由基.OH,，处理含苯酚废水和含SO2的 烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M电极为阳极，反应式为： B．含SO2的烟气被吸收的反应为
电化学里的“膜法师”——离子交换膜
感受高考 明确考向
2023全国甲卷
2022全国甲卷
2023全国乙卷
2022全国乙卷
2021全国甲卷
2021全国乙卷
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
2.三个方向（电子、电流、 离子） 3.电极反应式的书写与正误 判断 4.电解质溶液质量、PH、 浓度的变化
C．双极膜中间的H2O解离出的H+向N极迁移 D．每处理苯酚，理论上有+透过膜a
活动三、认膜、析膜、建模——课堂小结 知识上： 离子交换膜的含义、类型、原理、 作用
课堂小结
解题技巧上：
3.穿膜离子的判断和膜两边溶液的相关计算： 离子迁移量、溶液质量变化、PH变化
5.离子交换膜的种类判断 及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算。 通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？ 3.离子交换膜在教材中的原理模型
4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2OB．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)
和碱(MOH)D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共
得到气体
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型 角度四、特殊膜 例4.（2023山东）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH-， 利用电解池产生强氧化性的羟基自由基.OH,，处理含苯酚废水和含SO2的 烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M电极为阳极，反应式为： B．含SO2的烟气被吸收的反应为
高考化学一轮复习微专题强化提升课离子交换膜在电化学中的应用课件鲁科版ppt
②阳离子交换膜的作用 它只允许 Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生 的 H2 和 Cl2 混合爆炸，又避免了 Cl2 和阴极产生的 NaOH 反应生成 NaClO 而影响 烧碱的质量。
A.b 膜是阳离子交换膜 B．A 极室产生气泡并伴有少量沉淀生成 C．淡化工作完成后 A、B、C 三室中 pH 大小为 pHA<pHB<pHC D．B 极室产生的气体可使湿润的 KI-淀粉试纸变蓝
【解析】选 A。因为阴极是阳离子反应，所以 b 膜为阳离子交换膜，选项 A 正确； A 极室 Cl－在阳极失电子产生氯气，但不产生沉淀，选项 B 错误；淡化工作完成 后，A 室 Cl－失电子产生氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B 室 H＋得电子产生氢气， OH－浓度增大，溶液呈碱性，C 室溶液呈中性，pH 大小为 pHA<pHC<pHB，选项 C 错误；B 极室 H＋得电子产生氢气，不能使湿润的 KI-淀粉试纸变蓝，选项 D 错误。
【解析】选 C。由题图可知，在 b 极上 NO3－ 转化为 N2，发生得电子的还原反应， 故 b 极为正极，a 极为负极，A 项错误；b 极的电极反应式为 2NO－ 3 ＋12H＋＋ 10e－===N2↑＋6H2O，B 项错误；原电池中阴离子向负极移动，故 C 项正确；左 室消耗苯酚的电极反应式为 C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，9.4 g 苯 酚的物质的量为 0.1 mol，故用电器应流过 2.8 mol 电子，D 项错误。
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 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
“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。
【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。
2020版高考化学一轮复习专项突破13隔膜在电化学装置中的应用课件鲁科版
答案：(1)2a > (2)1 Cl－ 右 左 ＝
下列叙述正确的是( ) A．通电后中间隔室的 SO24－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 0.5 mol 的 O2 生成
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。
[典例导航] (2016·全国卷Ⅰ，T11)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。
[思路点拨] 直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极 ―根―据―电―阴解―时 离―， 子――阳 移―离 向―子 阳―移 极―向―阴―极→SO24－移向“＋”极，Na＋移向“－”极―→ab 为 阳离子交Байду номын сангаас膜，cd 为阴离子交换膜―→“－”极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，pH 增大；“＋”极反应为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH 减小。
专项突破(十三) 隔膜在电化学装置中的应用
1．隔膜的分类 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．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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
下列叙述正确的是( ) A．通电后中间隔室的 SO24－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 0.5 mol 的 O2 生成
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。
[典例导航] (2016·全国卷Ⅰ，T11)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。
[思路点拨] 直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极 ―根―据―电―阴解―时 离―， 子――阳 移―离 向―子 阳―移 极―向―阴―极→SO24－移向“＋”极，Na＋移向“－”极―→ab 为 阳离子交Байду номын сангаас膜，cd 为阴离子交换膜―→“－”极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，pH 增大；“＋”极反应为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH 减小。
专项突破(十三) 隔膜在电化学装置中的应用
1．隔膜的分类 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．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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2020版高考化学苏教版大一轮温习讲义专题6专题讲座三
专题讲座三隔膜在电化学中的功能1．常见的隔膜隔膜又叫离子互换膜，由高分子特殊材料制成。
离子互换膜分三类：(1)阳离子互换膜，简称阳膜，只许诺阳离子通过，即许诺H＋和其他阳离子通过，不许诺阴离子通过。
(2)阴离子互换膜，简称阴膜，只许诺阴离子通过，不许诺阳离子通过。
(3)质子互换膜，只许诺H＋通过，不许诺其他阳离子和阴离子通过。
2．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，避免发生化学反映。
(2)能选择性的通过离子，起到平稳电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子互换膜选择的依据离子的定向移动。
4．离子互换膜的应用1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺点？答案缺点1：Cl2和H2混合而引发爆炸；缺点2：Cl2与NaOH反映生成NaClO，阻碍NaOH的产量。
2．用以下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子互换膜的作用有哪些？答案(1)平稳电荷，形成闭合回路；(2)避免Cl2和H2混合而引发爆炸；(3)幸免Cl2与NaOH反映生成NaClO，阻碍NaOH的产量；(4)幸免Cl－进入阴极区致使制得的NaOH不纯。
题组一离子互换膜在原电池中的应用1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。
现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如下图。
以下说法正确的选项是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反映不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案C解析Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部份相同，电池反映，负极反映和正极反映式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反映，致使部份能量损失(或部份电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采纳阴离子互换膜，铜与氯化铜接触，可不能发生副反映，放电进程中互换膜左侧负极的电极反映式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右边正极的电极反映式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷多余，Cl－从互换膜右边向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置， C 正确；放电一段时刻后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中互换膜左侧生成氯化铜，右边生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D 项错误。
高考化学一轮复习热点专题突破系列电化学中“离子交换膜”的应用!(课堂PPT)
【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。
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。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。
2.(2017·洛阳模拟)利用反应6NO2+8NH3====7N2+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4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为 0.8 mol
【备考必记必会】 离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子 具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过 性膜。
1.离子交换膜的功能： 使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓 度或电荷)。 2.离子交换膜在电化学中的作用： (1)隔离某些物质防止发生反应。 (2)用于物质的制备。 (3)物质分离、提纯等。
2020版高考化学优选大一轮复习课件：增分微课7 电化学中的离子交换膜(共24张PPT)
增分典例探究
变式题 [2018· 山西太原模拟] 氨硼烷(NH3· BH3)电池可在常温下工作,装 置如图Z7-5所示。该电池工作时的总反应为 NH3· BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( A.负极附近溶液的pH增大 )
B.正极的反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O
增分典例探究
增分点二 利用离子交换膜隔离某些物质防止发生反应 【解题策略】 本类试题利用离子交换膜阻止某些离子移动来隔离某些 物质,防止副反应的发生或防止改变电解质溶液的酸碱性。解题时应先
确定装置的正、负极(或阴、阳极),假定没有离子交换膜由离子的移动方
向判断可能发生的其他反应以及对设计目的的影响,进而分析解答。
增分典例探究
变式题 [2016· 全国卷Ⅰ] 三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图 Z7-2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( 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0.5 mol的 O2生成 ) A.通电后中间隔室的SO42-向正极迁移,正极区溶液
负极反应,负极附近溶液的pH减小,A错误,B正确;电池工作时,BO2不能通过质子交换膜,C错误;消耗3.1 g氨硼烷,理论上转移0.6 mol 电 子,D错误。
C.电池工作时,BO2-通过质子交换膜向正 极移动 D.消耗3.1 g氨硼烷,理论上转移0.2 mol电子 图Z7-5
2020高中化学一轮复习课件 (6)
答案 (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。
解题探究 JIETITANJIU
题组一 离子交换膜在原电池中的应用 1.已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数 之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。 下列说法正确的是 A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B.能量转化形式不同
D.电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
归纳总结
在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的 定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯 度或防止造成危险等。
√D.当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
7.(2018·哈尔滨模拟)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH＋ 4 ， 模拟装置如图所示。下列说法正确的是
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
√C.电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
√C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
2.(2018·黔东南州一模)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，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：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
5.(2018·沈阳质检)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
解题探究 JIETITANJIU
题组一 离子交换膜在原电池中的应用 1.已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数 之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。 下列说法正确的是 A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B.能量转化形式不同
D.电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
归纳总结
在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的 定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯 度或防止造成危险等。
√D.当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
7.(2018·哈尔滨模拟)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH＋ 4 ， 模拟装置如图所示。下列说法正确的是
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
√C.电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
√C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
2.(2018·黔东南州一模)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，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：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
5.(2018·沈阳质检)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
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【解析】根据题中的图示,左侧为电解池的阳极,右侧
为电解池的阴极,离子交换膜均为阳离子交换膜,只允
许阳离子通过,阳极的电解质溶液为硫酸,所以阳极的
电极反应式为2H2O-4e-====4H++O2↑,则阳极的氢离子 会透过阳离子交换膜进入a室,与a室中的SO2碱吸收液 中含有的Na2SO3发生反应生成亚硫酸氢钠,所以a室中 的NaHSO3浓度增加。 答案:2H2O-4e-====4H++O2↑ a
(2)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_______ _________________________。
A.H+由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动 B.石墨1极发生的电极反应为2CH3OH+CO-e-==== (CH3O)2CO+H+ C.石墨2极与直流电源正极相连 D.电解一段时间后,阴极和阳极消耗的气体的物质的量 之比为1∶2
【解析】选D。该装置有外接电源,是电解池,由图可知, 甲醇和一氧化碳失电子发生氧化反应生成碳酸二甲酯, 则石墨1极为阳极,阳极反应为2CH3OH+CO-2e-==== (CH3O)2CO+2H+,石墨2极为阴极,阳极产生的氢离子通 过质子交换膜移向阴极,氧气在阴极得电子与氢离子反 应生成水,电极反应为O2+4e-+4H+====2H2O。阳离子移
【解析】选C。电解池反应的实质是电解水,阴极反应 是2H++2e-====H2↑,pH增大,A正确,C错误;阳极反应是 4OH--4e-====2H2O+O2↑,B正确;K+通过阳离子交换膜流 向阴极与产生的OH-结合,以KOH溶液的形式从出口B导 出,D正确。
3.(分离提纯杂质)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 正确的是 ( )
A.阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应 B.该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-====2H2O+O2↑ C.通电后,该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小 D.除去杂质后,氢氧化钾溶液从出口B导出来
【揭秘·解码素养】 1.常见的离子交换膜 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。
知,阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳物质的量之 比为1∶2,故D项正确。
2.(限制离子迁移)室温时,在FeCl3酸性溶液中加少量 锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+,组成的原电池装置如图 所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过, 下列有关叙述正确的是 ( )
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
【训练·提升素养】 1.(提高电流效率)已知:电流效率=电路中通过的电子 数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、 Ⅱ,装置如图所示。
下列说法正确的是 ( ) A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B.能量转化形式不同 C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D.放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
【解析】选C。装置Ⅰ中铜与氯化铁直接接触,会在铜 极表面发生反应,导致部分能量损失(或部分电子没有 通过电路),导致电流效率降低。而装置Ⅱ采用阴离子 交换膜,铜与氯化铜接触,不会发生副反应,电流效率高 于装置Ⅰ。放电一段时间后,装置Ⅰ中生成氯化铜和氯 化亚铁,装置Ⅱ中交换膜左侧生成氯化铜,右侧生成了 氯化亚铁,可能含氯化铁。
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)能选择性通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路 的作用。
3.答题三步骤 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。
向阴极,则氢离子由石墨1极通过质子交换膜向石墨2 极移动,故A项错误;阳极上是甲醇和一氧化碳反应失 电子发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+CO-2e-==== (CH3O)2CO+2H+,故B项错误;石墨2极为阴极,阴极与电 源的负极相连,故C项错误;常温常压下甲醇是液体,电 解池工作时转移电子守恒,根据关系式2CO～4e-～O2可
(2)①燃料电池工作时燃料失电子,在负极反应,因此氢 气在负极反应,失去电子被氧化,转化为氢离子,氢离子 和碳酸根离子结合,最终转化为二氧化碳和水,氧气在 正极反应,得到电子被还原,转化为氧负离子,氧负离子 和二氧化碳结合,最终转化为碳酸根离子,进而保证了 电解质熔融盐成分不变。②四氧化二氮转化为五氧化 二氮,氮元素化合价升高,发生氧化反应。
2.(用于物质制备)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较 大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生 存环境的有效途径。 (1)利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料,装 置如图所示:
①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极为_____ ___极。 ②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极的电极反应式为 _____________________。 ③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则正极的电极反应式为 ___________________。
【解析】选C。该电池的总反应为Zn+2Fe3+====2Fe2++ Zn2+,Zn为负极,电极反应为Zn-2e-====Zn2+,A错误;阳 离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,两池中c(Cl-) 不变,B错误;由于乙池中的Fe3+被还原为Fe2+,所以乙池 中溶液的红色逐渐褪去,C正确;石墨电极为正极,得电 子,发生还原反应,D错误。
【解析】(1)①一氧化碳和氢气反应转化为甲醇的过程 中氢元素的化合价升高,碳元素的化合价降低,因此氢 气被氧化在负极反应,一氧化碳被还原在正极反应。② 二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸过程中,硫元素化合 价升高,二氧化硫被氧化在负极反应。③二氧化氮、氧 气和水反应生成硝酸过程中,氧元素的化合价降低,氧 气被还原在正极反应。
素养提升突破系列(七) “离子交换膜”在电化学中的应用
核心素养——证据推理与模型认知 通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构 成要素及其相互关系,建立模型。即通过分析多种离子 交换膜来寻找电化学中电子、离子运动规律。
【真题·体验素养】
(2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5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。阳极的电极反应式为____________。 电解 后,________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结 晶脱水,可得到Na2S2O5。
答案:(1)①正 ②SO2-2e-+2H2O==== SO24 +4H+ ③ O2+4e-+4H+====2H2O (2)①在电极上与O2共同转化为 CO32 ,保持熔融盐成分 不变
②N2O4+2HNO3-2e-====2N2O5+2H+
【加固训练】 1.(2019·东莞模拟)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 ( )