电化学中“离子交换膜”的应用——专题突破
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。
高中化学专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用(教案)
专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用“隔膜”又叫离子交换膜，在新型化学电源或电解池中有广泛的应用，高考试题中经常出现带有“隔膜”的电化学装置，此类试题源于最新科研成果或化工生产实际，使高考试题情境更加真实，要求考生在复杂的电化学情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现《中国高考评价体系》关于学习掌握、实践探索、思维方法等学科素养的考查，要求考生运用学科相关能力，高质量地认识电化学问题，分析并解决问题。
1．常见离子交换膜的种类离子交换膜由高分子特殊材料制成，通常分三类：(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．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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
应用示例：用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：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。
3．离子交换膜选择的依据依据电极反应及电解质溶液中离子的定向移动进行选择。
4．离子交换膜的应用应用燃料电池海水淡化——阴、阳离子交换膜（电渗法）物质制备氯碱工业——离子交换膜电解槽(2021·黔东南州检测)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )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CH 3OCH 3＋3H 2O ＋12e －===2CO 2＋12H ＋D ．当b 电极消耗标准状况下22.4 L O 2时，质子交换膜有4 mol H ＋通过D [化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，A 项错误；电子不能经过电解质溶液，则电子由a 极――→导线b 极，B 项错误；a 为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH 3OCH 3－12e －＋3H 2O===2CO 2＋12H ＋，C 项错误；当b 电极消耗标准状况下22.4 L O 2时， 电路中通过4 mol e －，结合b 电极反应式(O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O)可知，反应消耗4 mol H ＋，为维持电解质溶液呈电中性，应有4 mol H ＋通过质子交换膜，D 项正确。
5 专题突破12 隔膜在电化学中的功能
专题突破12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，既允许OH－和其他阴离子通过，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)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜的选择依据离子的定向移动。
4．离子交换膜的应用5．多室电解池的类型多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。
(1)两室电解池以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示：①电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na＋移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。
②电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得H＋会与CO2－3结合生成HCO－3：4CO2－3－4e －＋2H2O===4HCO－3＋O2↑。
（1）含离子交换膜的电解池的最大优点是能自动把产品（如该电解池产生的NaOH和NaHCO3）分离开，从而降低分离提纯成本。
（2）“阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础。
“阴阳相吸”的含义：①阴离子与阳离子相互吸引并发生迁移；②阴极吸引电解液中的阳离子，阳极吸引电解液中的阴离子，并使阳离子与阴离子发生定向移动；③正极吸引自由电子，使电子通过导线由负极定向移动到正极。
(2)三室电解池以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示：①阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH －(放氢生碱)，生成的带负电荷的OH－吸引中间隔室的K＋向阴极迁移，得到KOH 溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。
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
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
高中化学知识疑难点讲解——电化学热点问题：离子交换膜的应用
高中化学知识疑难点讲解——电化学热点问题：离子交换膜的应用1.海水淡化我国拥有较长的海岸线，在淡水资源日益紧张的今天，浩瀚的海洋是巨大的水资源宝库。
如图6所示,在电场中利用膜技术淡化海水，该方法称为电渗析法。
本文来自化学自习室！如何判断图中膜a、膜b的类型呢？可根据通电时Na＋、Cl－总体的迁移方向，结合浓缩或淡化的含义进行判断，如图1所示，对浓缩室而言， Na＋、Cl－都只进不出，故膜a应允许Na＋通过，是阳离子交换膜，膜b应允许Cl－通过，是阴离子交换膜。
2.膜法电解硫酸钠溶液，生产硫酸和氢氧化钠.用惰性电极电解硫酸钠溶液，从电极反应式可看出：电解过程中阳极OH－放电，产生H＋，阴极H＋放电，产生OH－，实质上就是电解水。
既然电解过程中有H＋和OH－生成，如果用离子交换膜将两极隔离出来，就能生产硫酸和氢氧化钠 (如图8所示）。
那么，图8中的离子交换膜类型是否一样呢？从电极反应式和产物可进行判断——阳极区应允许SO42－通过，是阴离子交换膜，阴极区应允许Na＋通过，是阳离子交换膜。
该装置既能产出满足脱硫工艺要求的氢氧化钠，又可获得较高浓度的硫酸,且节能降耗效果明显。
3.离子交换膜法电解提纯如铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。
工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸盐杂质，可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图9所示。
①该电解槽的阳极反应式是_____ ；②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，其主要原因是（填序号）；A. 阳极区的OH－移向阴极所致B. 阴极产生的金属钾与水反应生成了大量OH－C.阴极由H2O电离出的H＋放电生成H2 ，水电离平衡移动使OH －浓度增大③除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口 __(填写“A”或“B”）导出。
(答案:①4OH－－4e-==2H2O ＋ O2② C ③ B )实际上，离子交换膜的应用还有许多，如应用在有机电化学工业，制备L-半胱氨酸、葡萄糖酸、乙醛酸等有机酸，利用膜的独特性能氧化或还原制备无机或有机试剂，废水、废酸等的净化处理和回收，产品的提纯与精制，如柠檬酸、酒类等。
“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.。
6 专题突破17 电化学中离子交换膜的分析与应用
专题突破17电化学中离子交换膜的分析与应用1．离子交换膜的功能和作用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)装置如图所示：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→通过阳离子交换膜→正极。
(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H2，电解装置如图所示：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＋→通过质子交换膜→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，电解装置如图所示：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→通过阴离子交换膜→阳极。
3．解答步骤第一步，分清离子交换膜的类型。
即离子交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过离子交换膜。
第二步，写出电极反应式。
判断离子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，分析离子交换膜的作用。
在产品制备中，离子交换膜的作用主要是提高产品纯度、避免产物之间发生反应、避免产物因发生反应而造成危险。
精练一离子交换膜在原电池中的应用1．(2021·河南中原名校一模)新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是新能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为LiFePO4＋6C 充电放电Li1－x FePO4＋Li x C6。
下列说法错误的是()A．充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接B．电池工作时，正极的电极反应为Li1－x FePO4＋x Li＋＋x e－===LiFePO4C．电池工作时，负极材料质量减少1.4 g，转移0.4 mol电子D．电池进水将会大大降低使用寿命解析：选C。
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
2020年高考化学专项突破13 隔膜在电化学装置中的应用
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。
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[思路点拨] 直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极――――――――――――――→根据电解时，阳离子移向阴极阴离子移向阳极SO 2－4移向“＋”极，Na ＋移向“－”极―→ab 为阳离子交换膜，cd 为阴离子交换膜―→“－”极反应为2H ＋＋2e －===H 2↑，pH 增大；“＋”极反应为4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O ，pH 减小。
答案：B(1)ab 为________________(填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，cd 为________离子交换膜。
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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
B 的是( )
A.KOH、H2均在Ⅰ区产生; B.图中A为阴离子交换膜; C.Ⅲ区的电极连接电源的正极; D.阴极反应式为2H+ + 2e-= H2↑。
例4、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
B 下列说法错误的是( )
A. 甲中H+透过质子交换膜由左向右移动 B. 乙池中Fe棒应与甲池中的M极相连 C. M极电极反应式：
H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-=2CO2↑+N2↑+16H+ D. 若溶液中减少了0.OlmolCr2O72-，则电路中至少转移了 0.06 mol电子
例12、现在污水治理越来越引起人们的重视，通过膜电池
D.M为阳离子交换膜，A室获得副产品NaOH; 若去掉B室 双极膜，B室产物不变
例8、硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最 高的电池，电池示意图如下：该电池工作时的反应 为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的
D 是( )
A.电极a为电池负极 B.反应过程中溶液的pH升高 C.电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离 子选择性膜 D.VB2极的电极反应式为：
C 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
例7、目前海水液化可采用双极膜电液析法、同时获得副产品，
其模拟工作原理如图所示。其中双极膜(BP)是阴、阳复合膜，
阳极 金属钛网
H+ Na+
NaOH浓溶液
阴极 碳钢网
阳
Cl—
OH—
阴
极
极
室 精制饱和
室
NaCl溶液
阳离子交换膜
离子交换膜的作用：
H2O（含少量NaOH）
a.防止氢气和氯气混合而引起爆炸； b.避免氯气和氢氧化钠反应 ，而影响氢氧化钠的纯度。
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。 1、阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴 离子和气体通过；
例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
C 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。
2VB2+ 22OH−-22e−=V2O5+ 2B2O3+11H2O
例9、世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学
原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下
B 列说法正确的是(
)
A.X为电源负极 B.若该装置在高温下进行，则净化效率将降低 C.若有1molNO3-被还原，则有6molH+通过质子膜迁 移至阴极区
可以除去废水中的乙ຫໍສະໝຸດ 钠和对氯苯酚()，其原C 理如右图所示，下列说法正确的是(
)
A.A极为电池的正极，发生氧化反应 B.电流从B极经导线、小灯泡流向A极 C.A极的电极反应式为:
D.若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1mol葡萄糖被完全 氧化时，理论上电极流出20 mol e-
例10、科学家用氮化镓(GaN)材料与铜作电极组装
如下图所示的人工光合系统，成功地实现了以CO2
C 和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(
)
A.该过程是将太阳能转化为化学能和电能; B.GaN 表面发生氧化反应,有O2 产生; C.电解液中H+从质子交换膜右侧向左侧迁移; D.Cu表面电极反应式：CO2+8e-+8H+= CH4+2H2O。
2、阴离子交换膜只允许阴离子通过；
3、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。
例题评讲：
例1、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
A 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.电池总反应为C H O +6O ====6CO +6H O。
专题突破 ——电化学中“离子交换膜” 的应用
离子交换膜的功能：
1、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。
氯碱工业: 离子交换膜法制烧碱
+ Cl2
H2 －
淡盐水
Cl2
例11、下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是 将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形 成的化学电源；乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含 Cr2O72-废水，电解过程中溶液发生反应： Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O。当电池工作时，
C 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。
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
在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-,
作为H+和OH-离子源。M、N 为离子交换膜。下列说法正确的
C 是(
)
A.X 电极为电解池的阴极，该电极反应式为： 2H+-2e-=H2↑ B.电子流向： 电源负极→X电极→Y 电极→电源正极 C.电路中每转移1mol 电子，X、Y两极共得到标准状况下16.8L 的气体