电化学中的离子交换膜
高中化学【隔膜在电化学中的功能】
隔膜在电化学中的功能1．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．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。
3．离子交换膜选择的依据离子的定向移动。
4．离子交换膜的应用1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。
2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？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。
每小题有一个或两个选项符合题意。
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，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正极反应式相同，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应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置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，D项错误。
高考中有关离子交换膜的电化学试题
8.（节选自2014·江苏单科化 学卷，T20）硫化氢的转化是 资源利用和环境保护的重要研 究课题。由硫化氢获得硫单质 有多种方法。
（1）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图-1所示的电解池的阳极区进行电解。
电解过程中阳极区发生如下反应：S2－ － 2e－ = S
（n—1）S+ S2－ = Sn2－ ①写出电解时阴极的电极反应式：2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH- (或2H+ + 2e- = 。H2↑)
解析：
－
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大 量白色沉淀生成
C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池 总反应随之改变
D．当电路中转移0.01 mol e－时， 交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离 子
0 1
正极反应为Cl2＋2e－=2Cl－，A项错误；放电时，交换膜右侧的电极为正极，交换膜左侧的电 极为负极，负极放电产生的Ag＋与电解质HCl中的Cl－结合生成AgCl白色沉淀。则负极电极反 应式：2Ag－2e－＋2Cl－=2AgCl，B项错误；负极放电产生的Ag＋与电解质中的Cl－结合， 若用NaCl代替盐酸不会改变电池总反应，C项错误；当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左 侧的电极放电产生0.01 mol Ag＋，与电解质中的0.01 mol Cl－结合生成AgCl沉淀，同时约 有0.01 mol H＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol 离子，D项正确。
2.用于物质的制备、分离、提纯等。
三、离子交换膜的类型：
常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。
四、试题赏析： 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们 的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子 交换膜移向A极．下列分析正确的是 （ D ）
高三化学二轮复习 各种离子交换膜 课件
K＋
由a到b
【典例3】（2022全国乙卷·6）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应( Li＋＋ e－＝ Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）
阳极：放氧生酸
阴极：放氢生碱
稀NaOH
较浓H2SO4
电解Na2SO3得到NaOH，H2SO4
类型：分化型电解:盐→酸、碱
3-各类离子交换膜详解
单阳膜
（2）不允许阴离子通过进入阳极区，防止阳极产物与阴离子反应
（1）只允许阳离子通过
【典例1】(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图，下列说法不正确的是（ ）
A
正极 负极
MnO2 +2e- +4H+ = Mn2+ +2H2O， 消耗H+，则SO42-应该迁移出去；
Zn -2e- +4OH- = Zn(OH)42-，消耗OH-，则K+应该迁移出去；
离子运动方向：正正负负
只能做阴极，不被氧化
2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋
2H2O+ 2e－ = H2↑＋2OH-
H＋+HCO3- = C O2↑＋H2O
✔
✖
✔
✔
无CO32-
1mol的C2H4转移12mol电子
B
铂为阳极
阴阳双模
（2）隔绝阴阳离子使之不发生反应，酸碱性分化更强
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
4.20 电化学中离子交换膜的作用
常见的离子交换膜及作用 1.(单膜)下图为一定条件下采用多孔惰性电极的储氢电池充电装置( 忽略其他有机物)。已知储氢装置的电流效率η＝(转移的电子总数/生 成目标产物消耗的电子数)×100%，下列说法不正确的是( )
离子交换膜(提高电流效率)
常见的离子交换膜及作用
2.【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＋H2O B.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C.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
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_____________。
常见的离子交换膜及作用分析
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳 极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜， 从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质。该杂 质产生的原因是________________________________________________。 作用1：防止其它反应
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。
高三化学一轮复习电化学里的“魔法师”离子交换膜课件
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
“离子交换膜”在电化学中的应用课件
【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。
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。
电化学中的防护墙——离子交换膜
电化学中的防护墙——离子交换膜作者：***来源：《中学生数理化·高考理化》2021年第04期离子交换膜是一种对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，在应用时，主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。
不论是原电池还是电解池装置，大多数都带有离子交换膜，其在电化学中应用十分广泛，也是高考试题中的常客。
本文探讨离子交换膜在电化学中的重要应用，对同学们深人理解原电池原理和电解池原理提供帮助。
一、离子交换膜的类型离子交换膜按功能及结构的不同可以分为多种类型。
高考试题中主要是根据透过的微粒种类将其分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜。
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。
二、离子交换膜的作用离子交换膜在不同的装置中有不同的作用，下面我们来看一下在电化学中的主要作用。
一是防止副反应发生，提高装置的工作效率，提高产品的纯度，防止引发不安全因素。
例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氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯，也可防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相遇而发生危险。
二是使离子选择性定向移动，平衡整个溶液中的离子浓度或电荷，使溶液始终保持电中性。
三是使某种离子能够发生定向移动，构成闭合回路，从而形成原电池或电解池装置。
四是常用于物质的制备、分离和提纯等。
三、原电池中的离子交换膜1.质子交换膜。
例1【改编题】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+/MVt在电极与酶之间传递电子，如图1所示。
下列说法正确的是（）。
A.该方法在高温条件下比现有工业合成氨的效率高B.阳极区，在固氮酶作用下发生反应为N，+6H++6Mv+==6MV2++2NHC.负极区，氢化酶为催化剂，H，发生还原反应D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动解析：该方法选用酶作催化剂，在高温条件下，酶失去催化活性，和现有工业合成氨相比，效率降低，A项错误。
离子交换膜
3.半均相离子交换膜也是将活性基团引入高分子支持物制成的。但两者不形成化学结合，其性能介于均相离 子交换膜和非均相离子交换膜之间。
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此外，离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换 膜、聚电解质复合物膜五种类型。离子交换膜的构造和离子交换树脂相同，但为膜的形式。
制备方法
制备பைடு நூலகம்法
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类，它们可以采用高分子的加工成型方法制造。
①均相膜 先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙 烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应，引入所需 的功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。
离子交换膜
高分子材料制成的薄膜
01 类型
03 性质 05 性能指标
目录
02 制备方法 04 应用
基本信息
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 选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。1950年W.朱达首先合成了离子交换膜。1956年首次成功地用于电渗 析脱盐工艺上。
水在膜中的渗透率就是离子在透过膜时带过去的水量。实用上水渗透率是膜的一个性能，其值愈大，在电渗 析时水损失愈大，通常疏水性高分子材料膜中水渗透率远低于亲水性高分子材料膜。
应用
应用
离子交换膜可装配成电渗析器而用于苦咸水的淡化和盐溶液的浓缩。电渗析装置（见图）的淡化程度可达一 次蒸馏水纯度。也可应用于甘油、聚乙二醇的除盐，分离各种离子与放射性元素、同位素，分级分离氨基酸等。 此外，在有机和无机化合物的纯化、原子能工业中放射性废液的处理与核燃料的制备，以及燃料电池隔膜与离子 选择性电极中，也都采用离子交换膜。离子交换膜在膜技术领域中占有重要的地位，它对仿生膜研究也将起重要 作用。
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。
电化学中的离子交换膜
碱性增强,D 项正确。
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,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 ,对设计目的的影响,进而分析解 答。
增分典例探究
例 2 如图 Z7-3 是电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的装置示意图,质子交换膜将电 解池分隔为阴极室和阳极室。下列说法中正确的是 ( A.a 是阴极 B.B 极室的反应是 CO2+2e +2H
+
)
CO+H2O
C.一段时间后,A 极室中溶液的 pH 增大 D.电子由 B 极室流向 A 极室
图 Z7-3
增分典例探究
[答案] B
[解析] ] 根据题意可知该装置是电解池,根据质子的流向知 b 是阴极,B 极室是阴极 室,发生的反应是 CO2+2e +2H
+
CO+H2O,A 极室发生的反应是 2H2O-4e 4H +O2↑,
+
总反应是 2CO2 2CO+O2,A 错误,B 正确;A 极室中溶液的 pH 不变,C 错误;电子不能 在电解质溶液中流动,D 错误。质子交换膜的使用将电池分割成阴、阳两极室,有效 地避免了 CO、O2 的直接接触,提高了放电效率。
+ -
负极区溶液 pH 升高,C 项错误;正极反应为 4OH -4e O2↑+2H2O,电路中转移 1 mol 电子
-
时,生成 0.25 mol O2,D 项错误。
增分典例探究
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
第四章 第二节 微专题11 离子交换膜在电化学中的应用
微专题11离子交换膜在电化学中的应用1．离子交换膜的分类(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜：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，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
2．离子交换膜的作用(1)平衡左右两侧电荷，得到稳定电流离子交换膜能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(2)阻隔某些离子或分子，防止某些副反应的发生离子交换膜能将两极隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(3)制备某些特定产品题型一离子交换膜的判断例1(2020·山东，10)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，同时可实现海水淡化。
现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。
下列说法错误的是()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 gD．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答案 B解析由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol 电子通过，则模拟海水中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O －8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
专题59电化学离子交换膜的分析与应用-2023年高考化学新编讲义
专题5.9 电化学离子交换膜的分析与应用【必备知识】1、离子交换膜的含义和作用(1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成(2)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，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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用③用于物质的分离、提纯等④用于物质的制备，电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质2、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－===Cu③Zn2＋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)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－===I2③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO－3＋5I－＋3H2O④阴离子透过阴离子交换膜电解池阳极(或原电池的负极)(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、离子交换膜类型的判断——根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型方法与 技巧(1)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 (2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型实例分析：电解饱和食盐水分析 方法电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －，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【精准训练1】1、Kolbe 法制取乙烯的装置如图所示，电极a 上的产物为乙烯和碳酸根离子。
电化学离子交换膜判断
电化学离子交换膜判断电化学离子交换膜（Electrochemical Ion Exchange Membrane，EIEM）是一种新型复合材料，它可以直接向溶液中引入电荷来控制离子的流进和流出。
它的优点在于可以控制离子的流动，调节反应条件，减少化学副反应，实现一系列离子交换等过程。
一、电化学离子交换膜的供料方式：1、压力供料：利用供料阀整体液体压力来推进流体。
2、重力供料：利用重力作用，液体自下而上慢慢流入到膜体中，从而实现膜体中离子脱附反应的供料。
3、电流供料：利用电极之间的电流，激活膜体中的底物及其反应物，以达到所要求的离子交换效果。
二、电化学离子交换膜的工作原理：1、膜表面吸附：电荷子会在膜表面上积聚，从而形成介孔格局，使溶液中的离子Id均匀地团聚，以达到对离子过滤的目的。
2、逆渗：当溶液中的离子在膜表面上逆流时，膜层可以起到阻挡作用，阻止污染物逆渗。
3、电荷转换：当溶液中的离子在膜表面上发生电荷转移时，膜层不仅可以作为滤过层，而且也可以起到调控浓度的作用，以达到所需的离子交换效果。
四、电化学离子交换膜的应用：1、离子交换反应：应用电荷转换原理，利用调节反应条件，实现一系列离子交换离子反应，例如分离阴离子与阳离子，分离盐酸与其他离子等。
2、活性物质投放：电荷转换原理可以控制实时投放活性物质，让活性物质发挥最大效果，可以大大提高工艺治理效率，降低污染物质的排放量，达到绿色环保的要求。
3、能源捕获与转换：电荷转换可以将溶液中的能量转化为活性物质的能量，从而实现能源的转换和捕获，有助于利用太阳能等可持续能源进行能源变换。
4、环境治理：电荷转换过程中，不仅可以应用于悬浮物的净化，而且还可以控制有毒有害物质的排放，有助于改善环境污染问题，达到绿色环保的要求。
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高三化学训练——电化学中的离子交换膜
2016年6月18日1．（2015津）锌铜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．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
2．（2015沪）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。
下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”）
3．如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离
子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。
①该电解槽的阳极反应式为
，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通
过阳离子交换膜的离子数的比值为。
②从出口D导出的溶液是（填化学式）。
4．海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。
海水的pH一般在
~之间。
某地海水中主要离子的含量如下表：
成分Na+K+Ca2+Mg2+Cl－SO42－HCO3－
含量/mg?L－19360831601100160001200118（1）海水显弱碱性的原因是（用离子方程式表示），该海水中Ca2+的物质的量浓度为__________mol/L。
（2）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如下图所示。
其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极。
① 开始时阳极的电极反应式为。
② 电解一段时间，极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为（填化学式）。
③ 淡水的出口为a 、b 、c 中的__________出口。
6．（2013浙）电解装置如图所示，电解槽内装有KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：
3I 2+6OH —==IO 3—+5I —
+3H 2O 下列说法不正确的是（ ）
A ．右侧发生的电极方程式：2H 2O+2e —==H 2↑+2OH —
B ．电解结束时，右侧溶液中含有IO 3—
C ．电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H 2O======KIO 3+3H 2↑
D ．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变
7．（2012浙）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实
验装置示意图如右，下列说法不正确的是
A ．在阴极式，发生的电极反应为：2H 2O ＋2e －＝2OH －＋H 2↑
B ．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为
阳极区H ＋浓度增大，使平衡224CrO -＋2H ＋ 227Cr O -＋H 2O 向右移动 C ．该制备过程总反应的化学方程式为：4K 2CrO 4＋
4H 2O 通电2K 2Cr 2O 7＋4KOH ＋2H 2↑＋O 2↑
D ．测定阳极液中K 和Cr 的含量，若K 与Cr 的物质的量之比为d ，则此时铬酸钾的转化率为1－
2d 8．（2010渝）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式
为 ．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为
色．
③放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若
转移的电子数为⨯个，左槽溶液中n(H ＋
)的变化量为 ． 9．（2012渝）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中
的尿素[CO(NH 2)2]，原理如图所示．
①电源的负极为 （填“A”或“B”）。
②阳极室中发生的反应依次为
、 。
③电解结束后，阴极室溶液的pH 与电解前相比
将 ；若两极共收集到气体13．44L （标准状况），
则除去的尿素为 g （忽略气体的溶解）．
10．（2013渝）化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
电化学降解NO 3－
的原理如图所示。
①电源正极为 （填A 或B ），阴极反应式为 。
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 g 。
|KOH 稀溶液不锈钢 惰性电极24K CrO 溶液
11．(2012京)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境。
利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2。
(1)在钠碱循环法中，Na2SO3溶液作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SO2制得，该反应的离子方程式是
(2)吸收液吸收SO2的过程中，pH随n(SO32－)，n(HSO3－)变化关系如下表?：
n(SO32－)：n(HSO3－)91：91：11：91
pH
①上表判断Na2SO3溶液显性，用化学平衡原理解释:
②当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母):
a．c(Na＋) = 2c(SO32－)＋c(HSO3－)
b．c(Na＋)>c(HSO3－)>c(SO32－)>c(H＋) = c(OH－)
c．c(Na＋)＋c(H＋)=c(SO32－)＋c(HSO3－)＋c(OH－)
(3)当吸收液的pH降至约为6时，即送至电解槽再生。
再生示意图如下:
①HSO3?在阳极放电的电极反应式是。
②当阴极室中溶液PH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。
简述再生原理:
12．（2014全国课标Ⅰ）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。
H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”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）：
①写出阳极的电极反应式。
②分析产品室可得到H3PO2的原因。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有杂质，该杂质产生的原因是。