电化学中的离子交换膜
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。
高考中有关离子交换膜的电化学试题
8.（节选自2014·江苏单科化 学卷，T20）硫化氢的转化是 资源利用和环境保护的重要研 究课题。由硫化氢获得硫单质 有多种方法。
（1）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图-1所示的电解池的阳极区进行电解。
电解过程中阳极区发生如下反应：S2－ － 2e－ = S
（n—1）S+ S2－ = Sn2－ ①写出电解时阴极的电极反应式：2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH- (或2H+ + 2e- = 。H2↑)
解析：
－
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少0.02 mol离 子
0 1
正极反应为Cl2＋2e－=2Cl－，A项错误；放电时，交换膜右侧的电极为正极，交换膜左侧的电 极为负极，负极放电产生的Ag＋与电解质HCl中的Cl－结合生成AgCl白色沉淀。则负极电极反 应式：2Ag－2e－＋2Cl－=2AgCl，B项错误；负极放电产生的Ag＋与电解质中的Cl－结合， 若用NaCl代替盐酸不会改变电池总反应，C项错误；当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左 侧的电极放电产生0.01 mol Ag＋，与电解质中的0.01 mol Cl－结合生成AgCl沉淀，同时约 有0.01 mol H＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol 离子，D项正确。
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、特殊离子交换膜等。
四、试题赏析： 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们 的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子 交换膜移向A极．下列分析正确的是 （ D ）
高三化学二轮复习 各种离子交换膜 课件
K＋
由a到b
【典例3】（2022全国乙卷·6）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应( Li＋＋ e－＝ Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）
阳极：放氧生酸
阴极：放氢生碱
稀NaOH
较浓H2SO4
电解Na2SO3得到NaOH，H2SO4
类型：分化型电解:盐→酸、碱
3-各类离子交换膜详解
单阳膜
（2）不允许阴离子通过进入阳极区，防止阳极产物与阴离子反应
（1）只允许阳离子通过
【典例1】(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图，下列说法不正确的是（ ）
A
正极 负极
MnO2 +2e- +4H+ = Mn2+ +2H2O， 消耗H+，则SO42-应该迁移出去；
Zn -2e- +4OH- = Zn(OH)42-，消耗OH-，则K+应该迁移出去；
离子运动方向：正正负负
只能做阴极，不被氧化
2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋
2H2O+ 2e－ = H2↑＋2OH-
H＋+HCO3- = C O2↑＋H2O
✔
✖
✔
✔
无CO32-
1mol的C2H4转移12mol电子
B
铂为阳极
阴阳双模
（2）隔绝阴阳离子使之不发生反应，酸碱性分化更强
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
4.20 电化学中离子交换膜的作用
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
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_____________。
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
离子交换膜在电化学中的应用公开课
离子交换膜在电化学中的应用公开课导言：离子交换膜是一种特殊的薄膜，其具有离子选择性通透性，可以在电解过程中起到重要作用。
本文将探讨离子交换膜在电化学中的应用，并介绍其原理和优势。
一、离子交换膜的原理离子交换膜是由聚合物材料制成的，其内部有大量的离子交换基团。
这些基团可以选择性地吸附和释放电解质中的离子，实现离子的传输。
离子交换膜通常分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种类型，可以根据需要选择使用。
二、离子交换膜在电解过程中的应用1. 燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中离子交换膜起到关键作用。
在燃料电池中，离子交换膜将氢离子（H+）从阳极传输到阴极，同时阻止了氢气与氧气的直接反应，保证了电池的正常工作。
2. 电解水在电解水过程中，离子交换膜可以将水分解为氢气和氧气。
离子交换膜的选择性传输特性使得只有阳离子或阴离子能够通过，从而实现了氢气和氧气的分离。
这对于制取纯净的氢气具有重要意义。
3. 盐水淡化离子交换膜还可以应用于盐水淡化过程中。
通过将盐水通过离子交换膜，离子交换膜可以选择性地阻止盐离子的传输，从而将盐水中的盐分去除，得到淡水。
这是一种高效的海水淡化方法。
4. 电解质传感器离子交换膜还可以应用于电解质传感器中。
电解质传感器通过测量电解质的浓度来检测化学反应或生物过程的变化。
离子交换膜可以实现离子的选择性传输，从而提高传感器的灵敏度和准确性。
三、离子交换膜的优势1. 高选择性：离子交换膜可以选择性地传输特定类型的离子，从而实现分离和纯化的目的。
这种高选择性使得离子交换膜在许多电化学应用中非常有用。
2. 低电阻：离子交换膜具有较低的电阻，可以有效地传输离子。
这有助于提高电化学反应的效率，并减少能量的损耗。
3. 高稳定性：离子交换膜具有较好的化学和物理稳定性，可以在广泛的温度和pH范围内工作。
这使得离子交换膜适用于各种极端条件下的应用。
4. 易于制备：离子交换膜的制备相对简单，成本较低。
高三化学一轮复习电化学里的“魔法师”离子交换膜课件
电化学里的“膜法师”——离子交换膜
感受高考 明确考向
2023全国甲卷
2022全国甲卷
2023全国乙卷
2022全国乙卷
2021全国甲卷
2021全国乙卷
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
2.三个方向（电子、电流、 离子） 3.电极反应式的书写与正误 判断 4.电解质溶液质量、PH、 浓度的变化
C．双极膜中间的H2O解离出的H+向N极迁移 D．每处理苯酚，理论上有+透过膜a
活动三、认膜、析膜、建模——课堂小结 知识上： 离子交换膜的含义、类型、原理、 作用
课堂小结
解题技巧上：
3.穿膜离子的判断和膜两边溶液的相关计算： 离子迁移量、溶液质量变化、PH变化
5.离子交换膜的种类判断 及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算。 通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？ 3.离子交换膜在教材中的原理模型
4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2OB．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)
和碱(MOH)D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共
得到气体
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型 角度四、特殊膜 例4.（2023山东）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH-， 利用电解池产生强氧化性的羟基自由基.OH,，处理含苯酚废水和含SO2的 烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M电极为阳极，反应式为： B．含SO2的烟气被吸收的反应为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高三化学训练——电化学中的离子交换膜
2016年6月18日1．（2015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
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
2．（2015沪）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”）
3．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
，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。
②从出口D导出的溶液是（填化学式）。
4．海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。
海水的pH一般在
~之间。
某地海水中主要离子的含量如下表：
成分Na+K+Ca2+Mg2+Cl－SO42－HCO3－
含量/mg?L－19360831601100160001200118（1）海水显弱碱性的原因是（用离子方程式表示），该海水中Ca2+的物质的量浓度为__________mol/L。
（2）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如下图所示。
其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极。
① 开始时阳极的电极反应式为。
② 电解一段时间，极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为（填化学式）。
③ 淡水的出口为a 、b 、c 中的__________出口。
6．（2013浙）电解装置如图所示，电解槽内装有KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：
3I 2+6OH —==IO 3—+5I —
+3H 2O 下列说法不正确的是（ ）
A ．右侧发生的电极方程式：2H 2O+2e —==H 2↑+2OH —
B ．电解结束时，右侧溶液中含有IO 3—
C ．电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H 2O======KIO 3+3H 2↑
D ．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变
7．（2012浙）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实
验装置示意图如右，下列说法不正确的是
A ．在阴极式，发生的电极反应为：2H 2O ＋2e －＝2OH －＋H 2↑
B ．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为
阳极区H ＋浓度增大，使平衡224CrO -＋2H ＋ 227Cr O -＋H 2O 向右移动 C ．该制备过程总反应的化学方程式为：4K 2CrO 4＋
4H 2O 通电2K 2Cr 2O 7＋4KOH ＋2H 2↑＋O 2↑
D ．测定阳极液中K 和Cr 的含量，若K 与Cr 的物质的量之比为d ，则此时铬酸钾的转化率为1－
2d 8．（2010渝）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式
为 ．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为
色．
③放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若
转移的电子数为⨯个，左槽溶液中n(H ＋
)的变化量为 ． 9．（2012渝）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中
的尿素[CO(NH 2)2]，原理如图所示．
①电源的负极为 （填“A”或“B”）。
②阳极室中发生的反应依次为
、 。
③电解结束后，阴极室溶液的pH 与电解前相比
将 ；若两极共收集到气体13．44L （标准状况），
则除去的尿素为 g （忽略气体的溶解）．
10．（2013渝）化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
电化学降解NO 3－
的原理如图所示。
①电源正极为 （填A 或B ），阴极反应式为 。
②若电解过程中转移了2mol 电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm 左－Δm 右)为 g 。
|KOH 稀溶液不锈钢 惰性电极24K CrO 溶液
11．(2012京)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。
(1)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
(2)吸收液吸收SO2的过程中，pH随n(SO32－)，n(HSO3－)变化关系如下表?：
n(SO32－)：n(HSO3－)91：91：11：91
pH
①上表判断Na2SO3溶液显性，用化学平衡原理解释:
②当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母):
a．c(Na＋) = 2c(SO32－)＋c(HSO3－)
b．c(Na＋)>c(HSO3－)>c(SO32－)>c(H＋) = c(OH－)
c．c(Na＋)＋c(H＋)=c(SO32－)＋c(HSO3－)＋c(OH－)
(3)当吸收液的pH降至约为6时，即送至电解槽再生。
再生示意图如下:
①HSO3?在阳极放电的电极反应式是。
②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:
12．（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分析产品室可得到H3PO2的原因。
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。