2018年高考化学一轮复习热点专题突破系列(五)电化学中“离子交换膜”的应用课件!
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。
新教材高中化学二轮精品 专题五 题型专攻(七) 电化学离子交换膜的分析与应用
题型专攻(七) 电化学离子交换膜的分析与应用
角度一 “单膜”电解池
1．(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 答案 C
解析 由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
2．[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：________________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________________。
答案 ①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
②K＋ 由电极a到电极b
解析 ①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO－3＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。
2018版高三化学一轮复习5年真题分类：专题13 电化学综合应用 含答案
专题13 电化学综合应用
1．【2015上海化学】（12分）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”）
（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。
写出该反应的化学方程式 。
（5）室温下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH 0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。（选填“大于”、“小于”或“等于”）。浓度均为0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3– 浓度从大到小的顺序为 。
已知： H2SO3 Ki1=1.54×10-2 Ki2=1.02×10-7
HClO Ki1=2.95×10-8
H2CO3 Ki1=4.3×10-7 Ki2=5.6×10-11
【答案】（1） 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应 2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）a d
（4）2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4=== 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O
（5）大于 SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3– 【解析】
（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O
高考化学专项突破 离子交换膜在电化学装置中的应用
- 1 - 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 - 2 - 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。下列说法错误的是
2011届高考化学二轮专题复习学案：1.4离子反应(新课标)
2011届高考化学二轮专题复习学案：1.4离子反应（新课标）
【考纲点击】
1.了解电解质及强电解质和弱电解质的概念。[来源:学科网]
2.了解电解质在水溶液中的电离，以及电解质溶液的导电性。
3.了解离子反应的概念、离子反应发生的条件。
4.能正确书写离子方程式。
【核心要点突破】
一、 离子方程式的正误判断
点拨：
1.看物质能否被拆成离子。
在溶液中不能被拆成离子的有：单质，气体；氧化物；难溶物（如：BaSO4、BaCO3、CaCO3、AgCl、Mg(OH)2、Al(OH)3 、Fe(OH) 3 、Fe(OH)2 、Cu(OH) 2 等）；弱电解质其包括弱酸（如：CH3COOH、H2CO3、H2SiO3、H2S、H2SO3、H3PO4、HClO、HF等），弱碱（如：NH3•H2O、 Fe(OH) 3 、Cu(OH) 2 等）和其它物质：（如：Pb(CH3COO)2、HgCI2、H2O等）；微溶物（如：CaSO4 、AgSO4 、Ca(OH)2 等）作为反应物若是浑浊的和作为生成物；还有特殊的物质如：浓硫酸 。
2.看离子反应是否符合客观事实，不可主观臆造产物及反应。
例如稀盐酸中加入铁片的离子方程式为：2Fe + 6H+ == 2Fe3+ + 3H2↑ (错误)
分析：稀盐酸的氧化性是由H+引起的，H+的氧化性不是很强只能将Fe氧化为Fe2+而不是Fe3+，因此这个离子方程式不符和客观事实，所以正确的离子方程式为：Fe + 2H+ == Fe2+ + H2↑（正确）
3.看“＝＝”“ ” “↑”“↓”等运用是否正确。
对于盐的单水解因为水解程度小，要用可逆号“ ”而且生成物不能有气体符号 “↑”和沉淀符号“↓”；但对于盐的双水解因为离子相互促进使水解趋向于完全，这时要用“==”而且生成物要用相应的气体符号“↑”和沉淀符号“↓”；对于生成胶体的反应，由于离子水解完全要用“＝＝”但生成的胶体没有发生聚沉不能有沉淀符号 “↓”。
2018版高三化学一轮复习5年真题分类：专题05离子反应 含答案
专题05 离子反应
1．【2016年高考海南卷】下列反应可用离子方程式“H++OH−===H2O” 表示的是（ ）
A．NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合 B．NH4Cl溶液与Ca(OH) 2溶液混合
C．HNO3溶液与KOH溶液混合 D．Na2HPO4溶液与NaOH溶液混合
【答案】C
【解析】NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合时，除了H+与OH-反应外，还有SO42-与Ba2+反应生成BaSO4沉淀，A项不符合；NH4Cl溶液与Ca(OH) 2溶液混合产生NH3•H2O，B项不符合；HNO3溶液与KOH溶液混合，为可溶性强酸与强碱反应只生成水的类型，C项符合；Na2HPO4不能拆分成H+，D项不符合。
【考点定位】考查离子方程式的书写及离子方程式的含义。
【名师点睛】离子方程式不仅可以表示某一个具体的化学反应，还可以表示同一类型的离子反应，如H＋＋OH－===H2O可以表示可溶于水的强酸或强酸酸式盐与可溶于水的强碱反应生成可溶性的盐和水的反应。
书写离子方程式应注意的问题：
(1)易溶、易电离的物质(可溶性强电解质，包括强酸、强碱、可溶性盐)以实际参加反应的离子符号表示；非电解质、弱电解质、难溶物、气体、单质、氧化物均用化学式表示。
(2)离子方程式书写时，浓硫酸不能拆写成离子形式，而浓硝酸、浓盐酸要拆写成离子形式。
(3)多元弱酸的酸式酸根不能拆写成离子形式，如NaHCO3不能拆写成“Na＋＋H＋＋CO2－3”。
(4)氨水作为反应物写为NH3·H2O；作为生成物，若有加热条件或浓度很大时，写为
“NH3↑＋H2O”。
(5)高中阶段所学的离子反应一般是在水溶液中发生的，非水溶液中发生的离子反应不能写出离子方程式，如Cu与浓硫酸的反应、NH4Cl固体与NaOH固体的反应。
2．【2016年高考北京卷】在两份相同的Ba(OH)2溶液中，分别滴入物质的量浓度相等的H2SO4、NaHSO4溶液，其导电能力随滴入溶液体积变化的曲线如图所示。下列分析不正确的是 （ ）
电解池中离子交换膜的三种类型与高考真题等典例详析
1 电解池中离子交换膜的三种类型和作用
1．离子交换膜的类型和作用
2. “隔膜”电解池的解题步骤
第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步：写出电极反应式，判断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：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
3．多室电解池中膜的应用（本文中重点介绍电解池膜的应用，原电池请类比练习）
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、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
（1）两室电解池
①制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋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。
②阳离子交换膜的作用
防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸。避免了Cl2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
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
2
阴极的NO被还原为NH＋4：NO＋5e－＋6H＋===NH＋4＋H2O，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－＋2H2O===NO－3＋4H＋，NO－3通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O=====电解3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
2018高考化学一轮电化学理论
考点一
[基础自主落实] 电解原理
1．电解
2．电解池
(1)概念：电解池是把 能转变为 能的装置。 电 化学 (2)电解池的构成条件
①有外接直流电源。
②有与相连的两个电极。
③形成闭合回路。
④电解质溶液或熔融电解质。
(3)电解池中电子和离子的移动
①电子：从电源极流出后，流向电解池的极；再从电解池的极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的极，阴离子移向电解池的极。
电解工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式：Cu2＋＋2Cl－=====电解Cu＋Cl2↑
2 3．在惰性电极上离子的放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)：
―――――――――――――――――――――――――――――――――→Ag＋ Fe3＋ Cu2＋ H＋酸 Fe2＋ Zn2＋ H＋水 Al3＋ Mg2＋ Na＋ Ca2＋ K＋得到电子 由易到难
(2)阳极(与电极材料有关)：
―――――――――――――――――――――――――→活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－失去电子 由易到难
4．电解总方程式的书写
(1)必须在连接号上标明“电解”。
(2)只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解HCl溶液：2HCl=====电解H2↑＋Cl2↑。
(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时，化学方程式应写为
(4)电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐水：。
5．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：(反应类型：反应)，
阴极：(反应类型：反应)。
(2)总反应方程式：
离子方程式：。
阳离子交换膜：
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。
②将电解槽隔成阳极室和阴极室。 6．电解精炼铜
7．电镀铜
考点一 原电池工作原理
[基础自主落实]
1．概念和反应本质
隔膜在电化学中的功能
第 1 页 共 6 页 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
问题思考
(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？
第 2 页 共 6 页 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。
题组一 离子交换膜在原电池中的应用
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，
离子交换膜可以传导离子
离子交换膜可以传导离子
离子交换膜是一种特殊的薄膜，具有传导离子的能力。它在科学研究和工业应用中扮演着重要的角色。离子交换膜的独特结构和特性使其具备了许多优势。
离子交换膜具有高度选择性。它可以通过选择性地传导特定的离子，从而实现离子的分离和纯化。这对于水处理、离子交换和电解过程等领域非常重要。例如，离子交换膜可以用于将含有杂质离子的水转化为纯净的饮用水，或者用于从废水中回收有用的离子。
离子交换膜具有高效的传导性能。它可以快速传导离子，使离子在膜中迅速扩散。这不仅提高了传导效率，还减少了能量消耗。离子交换膜还具有较低的电阻，可以有效地传导电流，因此在电化学反应中广泛应用。
离子交换膜还具有良好的化学稳定性和耐温性。它可以在广泛的温度和PH范围内稳定工作，并且对许多化学物质具有良好的耐受性。这使得离子交换膜可以在各种恶劣的环境下使用，例如酸性或碱性溶液中。
离子交换膜的应用领域非常广泛。在能源领域，它被广泛应用于燃料电池和电解池中，用于储能和能量转换。在生物医学领域，离子交换膜可以用于药物传递和人工器官等方面。在环境保护领域，它可以用于水处理和废水处理等方面。此外，离子交换膜还可以用于电子、化工、食品和制药等行业。
离子交换膜是一种重要的功能薄膜，具有传导离子的能力。它的高选择性、高传导性、化学稳定性和耐温性使其在各种领域得到广泛应用。离子交换膜的发展和应用将为人类的生活和工作带来许多便利和进步。