4离子流向、离子交换膜问题

离子交换膜问题

一．离子定向移动目的

1. 去某极参加反应

2. 平衡某侧电荷，使溶液呈电中性

二．离子交换膜（阳离子、阴离子、质子）的作用

1. 隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应

2. 用于某些物质的制备：通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的物质

3. 物质分离、提纯

三．示例

1.两室电解池，如：氯碱工业，如图

阳极室中电极反应： 2Cl －－2e －===Cl 2↑ ；

阴极室中的电极反应： 2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH － 。

阴极区H ＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH －浓度增大，阳极区Cl －放电，使溶液中的c (Cl －)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na ＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH －结合，得到浓的NaOH 溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。

阳离子交换膜的作用： 只允许Na ＋通过，而阻止阴离子(Cl －)和气体(Cl 2)通过。防止两极产生的H 2和Cl 2混合爆炸，又避免了Cl 2和阴极产生的NaOH 反应生成NaClO 而影响烧碱的质量 。

2.三室电解池，如：利用三室电解装置制备NH 4NO 3，如图

阴极的NO 被还原为NH ＋4： NO ＋5e －＋6H ＋===NH ＋4＋H 2O ，NH ＋4通过阳离子交换膜进入中间室； 阳极的NO 被氧化为NO －3： NO －3e －＋2H 2O===NO 3—＋4H ＋ ，NO －3通过阴离子交换膜进入中间室。

总反应： 8NO ＋7H 2O=====电解3NH 4NO 3＋2HNO 3 ，为使电解产物全部转化为NH 4NO 3，补充适量NH 3

可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。

3.多室电解池，如：利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，如图

电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO－2穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；

电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。

四．例题分析

1.(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。

[解析](1)Ⅰ该装置为电解池，电解时阴极电解质为KOH，水中氢离子放电，故电极反应式为2H2O ＋2e－===2OH－＋H2↑；Ⅰ电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K＋，在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极，故K＋由a到b。(2)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NaHSO3，所以a室中的NaHSO3浓度增加。

[答案](1)Ⅰ2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ⅠK＋a到b(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑a

2.氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”制备，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述错误的是()

A．通电后，阴极室溶液的pH增大

B．阳极电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

C．得到1 mol产品HI，阳极室溶液质量减少8 g

D．通电过程中，NaI的浓度逐渐减小

解析：选C通电后，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则溶液的pH增大，故A正确；阳极上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故B正确；根据阳极电极反应式可知得到1 mol产品HI，则转移1 mol电子，阳极室溶液质量减少9 g，故C错误；通电过程中，原料室中的Na＋移向阴极室，I－移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，故D正确。

3.【2012年北京卷25题节选】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。

(2)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。

(3)吸收液吸收SO2的过程中，pH随n(SO32-):n(HSO3-)变化关系如下表：

(4)当吸收液的pH降至约为6时，送至电解槽再生。再生示意

图如图所示：

ⅠHSO3-在阳极放电的电极反应式是HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+。

Ⅰ 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：H+在阴极得电子生成H2，溶液中c(H+)降低，促使HSO3-电离生成SO32-，且Na+进入阴极室，吸收液得以再生。