4.20 电化学中离子交换膜的作用

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_____________。
电化学中离子交换膜的作用
基础过关自查
电子不下水 离子不上岸 电解质溶液中离子移动规律记清楚了吗？
1、了解常见离子交换膜的类型和作用 2、会根据离子交换膜的作用确定其类型 3、会根据离子交换膜的作用进行相关电化学计算
氯碱工业 实际生产中的
离子交换膜
Cl2 H2
NaOH 和
NaCl 溶液
初识离子交换膜-----简化版
离子交换膜的作用： （1）防止Cl2和H2混 合而引起爆炸
（2）避免Cl2与NaOH 反应生成NaClO，影 响NaOH产品的质量
1．离子交换膜的功能 使离子选择性定向迁移，其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。 2.交换膜在电化学中的作用 (1)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。 (2)用于物质的分离、提纯等。 (3)用于制备的物质。 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过阳离 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，另外还有特殊离子交换膜，只允许相应的离子通过。
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
①写出阳极的电极反应式 __________。（铺垫）
②分析产品室可得到H3PO2的原因：_____________________________。 阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至 产品室，二者反应生成H3PO2 作用3：制备 （以电极反应为基础，以电解目的为导向分析法）
离子交换膜类型及作用分析 (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。下列叙述正确的是( )
作用3：制备 （以电极反应为基础， 以电解目的为导向分析法）
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－， 则可得到氢气，故该法制备LiOH
阴膜
阳膜
还可得到硫酸和氢气等产品，
C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品？ 故C正确；
作用3：制备
（以电极反应为基础，以电解目的为导向分析法）
常见的离子交换膜及作用分析 4．(多膜).【2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)】H3PO2也可用电渗析法制 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)。
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
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+
离子交换膜相关的电化学计算？ 1.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制 备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是() “不用算”型
D. 制备18.1gNaClO2时，理论上有0.02molNa+由交换膜左侧向右侧迁移
D.Na+由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。
离子交换膜相关的电化学计算？ 2.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的 粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) 无法计算型
D．b处每产生11.2 L气体，必有1 mol K＋穿过阳离子交换膜
非标准状况下11.2 L氢气的物质的量
子通过阳离子交换膜向正极移动，
ห้องสมุดไป่ตู้
同时会有0.01mol Ag失去0.01mol电
子生成银离子，银离子会与氯离子
“多因素变量”型
反应生成氯化银沉淀，所以氯离子
会减少0.01mol，则交换膜左侧溶液
中约减少0.02mol离子，故D正确。
D. 当电路中转移0.01mole-时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02mol离子。
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
离子交换膜类型及作用分析
练习1. 用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如
下图所示。下列叙述正确的是（ ）
阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧 化反应生成氧气，电极附近氢离子浓度 增大，阴极室溶液中氢离子得到电子发 生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根 离子浓度增大，阳极室得到硝酸，阴极 室得到氢氧化钠，膜a为阴离子交换膜， 膜c为阳离子交换膜，A正确、B错误
质子交换膜(明示了电解质溶液环境)
以电解结果为导向分析离子交换膜的类型
H+
A-
以电解结果为导向分析离子交换膜的类型
四室式电渗析 法制备 盐酸和NaOH的 装置如图所示。
Na+
Cl-
H+
阳膜 阴膜 阳膜
海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO42－，用电渗析法 对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是( )
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜
作用3：制备 （以电极反应为基础，
B.阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸 以电解目的为导向分析法）
练习2．近年来，尿素电氧化法处理富含尿素的工业废水和生活污水得到了 广泛关注，该法具有操作简易、处理量大、运行周期长等优点，且该过程 在碱性条件下产生无毒的CO2、N2。电池工作时，下列说法错误的是( )
过关总结
电化学中的离子交换膜 以平衡电荷为通用目的（不变） 以目的为需要进行离子种类和数量的交换（变量）
选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。
常见的离子交换膜及作用分析
3.(双膜)氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料，用电解法制备氢氧化锂
的工作原理如图所示。下列叙述不正确的是( )
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
阴极区移动,故理论上阴极区质
量增加应大于135 g,D错误。
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 g
4.某电源装置如图所示，电池总反应为2Ag+Cl2=2AgCl．下列说法正确 的是（ ）
D、放电时，当电路中转移0.01mol
e-时，交换膜左侧会有0.01mol氢离
A．b膜是阳离子交换膜
离子交换膜类型及作用分析
利用电解原理制备物质时，选择离子交换膜的类型，既要 考虑阴、阳极电极反应式，同时也要考虑产品室和原料室在 装置图中的位置。
利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：
以电解结果为导向分析离子交 换膜的类型
H+
B(OH)4-
Na+
阳膜 阴膜 阳膜
利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：
作用3：制备 （以电极反应为基础， 以电解目的为导向分析法）
H+
B(OH)4-
Na+
阳极室放出O2，消耗OH－余出H＋，则H＋应向产品室移动，阴极室放 出H2，消耗H＋余出OH－，则原料室中的Na＋应向阴极室移动，B(OH)4－ 应向产品室移动，所以a膜、c膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，
离子交换膜相关的电化学计算？
3.NaClO2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 ( )
电极E上生成标准状况下22.4 L
氯气时,转移2 mol电子,阴极发
“算了没用”型
生还原反应的ClO2的物质的量 为2 mol,阴极区溶液质量增加 135 g,但由于阳极区的Na+会向