阳离子交换膜
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少0.02 mol离子
． 直击高考
1.（2015新课标1高考）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 ）
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
NaCl+H2O 电解 NaClO+H2 ↑
电解饱和食盐水制取NaOH、H2和Cl2
离子交换膜
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。因在应用时主要是 利用它对离子选择透过性，又称为离子选择 透过性膜．离子交换膜法在电化学工业中应 用十分广泛。教材中并未专门介绍，一般是 在讲解氯碱工业时介绍阳离子交换膜的应用， 但在近年考试中涉及离子交换膜原理的考题 屡见不鲜．
2.（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_H__2O_﹣__4_e_﹣_=_O_2_↑+_4_H_+________。 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__H_2P_O__2﹣_穿__过__阴_膜__扩__散_至__产__品_室__，__二_者__反__应_生__成__H_3_P_O_2__________。 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
（2)A为_阴__离子交换膜（填“阳”或“阴”)
交流与讨论2
（3）假如使用阳离子交换膜，会发生怎样的变化？
如果用阳离子交换膜代替阴离子 交换膜，右侧电极为阳极，电极 反应为：2I﹣﹣2e﹣=I2，左侧电 极为阴极，电极反应式为： 2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，保证两 边溶液呈电中性，右侧多余K+通 过阳离子交换膜迁移至阴极，右 侧生成I2，左侧溶液中有KOH生 成，碘单质与KOH不能反应，总 反应相当于： 2KI+2H2O 电解 2KOH+I2+H2↑
交流与讨论1
请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的 装置图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。
思考1：用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2, 此装置有何缺陷？如(收何集解除决外？）
Fe
C
饱和食盐水 阳离子交换膜
思考2：如右图所示， 在没有离子交换膜的情况 下，用惰性电极电解饱和 氯化钠溶液，可以制取环 保性消毒液，请写出电池 总反应式。
巩固应用1
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_4_O_H_--_4e_-=_O_2↑_+_2_H_2O_，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 __1_:_2 __。 ②从出口D导出的溶液是____KO_H_____（填化学式）。
课堂练习
2.（2015上海）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_C_l﹣_+_2_H_2_O_=通_=电_=2_O_H__﹣_+H_2_↑_+_C_l2↑ (2)离子交换膜的作用：防_止_阳__极_生__成__的_氯__气_与__阴_极__生_成__的_氢__氧_化__钠_反__应_而使
巩固应用2
（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图 所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确 的是( D )
A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－ 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
一、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）
二、交换膜在中学电化学中的作用：
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。（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；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。
产__品_不__纯_、__防_止__阳_极__生_成__的_氯__气_与__阴_极__生_成__的_氢__气_反__应_遇__火_反__应_而__引_发__安_全__事_故 (3)精制饱和食盐水从图中__a___位置补充，氢氧化钠溶液从图中 ___d____位置流出。（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
变式练习1
一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如下图所示。该电 池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。 请写出负极发生的电极反应式__N2_H4_-_4e_-_+4_O_H-_=_N2_+_4H_2O___. 该燃料电池持续放电时，图中选__阴___离子交换膜。
变ຫໍສະໝຸດ Baidu练习2
将饱和食盐水换成KI及淀粉溶液制备KIO3（如下图所 示），通电发现右侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色 逐渐变浅。已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O。 (1)阴极电极反应式__2H_2_O+_2_e﹣_=_H_2↑__+2_O_H_﹣________________ 总反应方程式_______K_I+_3_H_2O____K_I_O_3+_3H_2_↑_____________。
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（质子）交换膜等。
课堂练习
1．（2015天津）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（C） 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
． 直击高考
1.（2015新课标1高考）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 ）
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
NaCl+H2O 电解 NaClO+H2 ↑
电解饱和食盐水制取NaOH、H2和Cl2
离子交换膜
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。因在应用时主要是 利用它对离子选择透过性，又称为离子选择 透过性膜．离子交换膜法在电化学工业中应 用十分广泛。教材中并未专门介绍，一般是 在讲解氯碱工业时介绍阳离子交换膜的应用， 但在近年考试中涉及离子交换膜原理的考题 屡见不鲜．
2.（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_H__2O_﹣__4_e_﹣_=_O_2_↑+_4_H_+________。 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__H_2P_O__2﹣_穿__过__阴_膜__扩__散_至__产__品_室__，__二_者__反__应_生__成__H_3_P_O_2__________。 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
（2)A为_阴__离子交换膜（填“阳”或“阴”)
交流与讨论2
（3）假如使用阳离子交换膜，会发生怎样的变化？
如果用阳离子交换膜代替阴离子 交换膜，右侧电极为阳极，电极 反应为：2I﹣﹣2e﹣=I2，左侧电 极为阴极，电极反应式为： 2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，保证两 边溶液呈电中性，右侧多余K+通 过阳离子交换膜迁移至阴极，右 侧生成I2，左侧溶液中有KOH生 成，碘单质与KOH不能反应，总 反应相当于： 2KI+2H2O 电解 2KOH+I2+H2↑
交流与讨论1
请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的 装置图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。
思考1：用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2, 此装置有何缺陷？如(收何集解除决外？）
Fe
C
饱和食盐水 阳离子交换膜
思考2：如右图所示， 在没有离子交换膜的情况 下，用惰性电极电解饱和 氯化钠溶液，可以制取环 保性消毒液，请写出电池 总反应式。
巩固应用1
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_4_O_H_--_4e_-=_O_2↑_+_2_H_2O_，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 __1_:_2 __。 ②从出口D导出的溶液是____KO_H_____（填化学式）。
课堂练习
2.（2015上海）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_C_l﹣_+_2_H_2_O_=通_=电_=2_O_H__﹣_+H_2_↑_+_C_l2↑ (2)离子交换膜的作用：防_止_阳__极_生__成__的_氯__气_与__阴_极__生_成__的_氢__氧_化__钠_反__应_而使
巩固应用2
（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图 所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确 的是( D )
A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－ 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
一、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）
二、交换膜在中学电化学中的作用：
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。（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；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。
产__品_不__纯_、__防_止__阳_极__生_成__的_氯__气_与__阴_极__生_成__的_氢__气_反__应_遇__火_反__应_而__引_发__安_全__事_故 (3)精制饱和食盐水从图中__a___位置补充，氢氧化钠溶液从图中 ___d____位置流出。（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
变式练习1
一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如下图所示。该电 池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。 请写出负极发生的电极反应式__N2_H4_-_4e_-_+4_O_H-_=_N2_+_4H_2O___. 该燃料电池持续放电时，图中选__阴___离子交换膜。
变ຫໍສະໝຸດ Baidu练习2
将饱和食盐水换成KI及淀粉溶液制备KIO3（如下图所 示），通电发现右侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色 逐渐变浅。已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O。 (1)阴极电极反应式__2H_2_O+_2_e﹣_=_H_2↑__+2_O_H_﹣________________ 总反应方程式_______K_I+_3_H_2O____K_I_O_3+_3H_2_↑_____________。
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（质子）交换膜等。
课堂练习
1．（2015天津）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（C） 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