离子交换膜电化学中的应用
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 ）
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。
电解池中离子交换膜
电解池中离子交换膜
离子交换膜是一种能选择性穿透离子的薄膜，常用于电解池中。
电解池是一种电化学设备，其中发生化学反应，通过电解分解物质或将物质转化为其他物质。
电解池中的离子交换膜扮演着将正负离子分离的角色。
它使用某些材料的特殊结构，将溶液中的正负离子分开，只允许特定类型的离子通过。
这种膜可让溶液中的阳离子通过，但不允许阴离子通过（或相反）。
这样，电解池的正负极之间形成了离子的流动路径。
离子交换膜有许多应用，最常见的是在电解过程中用于分离正、负离子以及电解产物。
例如，水分解时，正极吸收阴离子（氧气产生），负极吸收阳离子（氢气产生）。
离子交换膜防止氢氧气混合。
此外，离子交换膜还用于许多其他领域，如电池、燃料电池、电解水制氢、离子交换色层分析法等。
电解池中的离子交换膜在加速化学反应、提高能量转化效率、减少产物污染等方面发挥着重要作用。
“离子交换膜”在电化学中的应用课件
【解析】选B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为 正极,电极反应为11O2+22H2O+44e-====44OH-;左侧电 极为负极,负极反应为4VB2+44OH--44e-==== 2V2O5+
4B2O3+22H2O。由乙图知,E为阴极,C应与电源负极相
连,E极上电极反应为2 +12H++12e-==== 2 ,为
还原产物;F为阳极,D应与电源正极相连,电极反应为
6H2O-12e-====12H++3O2↑,储氢装置工作时,产生的H+ 经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的pH不会减 小。综上所述,只有B选项正确。
2.(新题预测)科学家研制出了一种新型的锂-空气电 池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正 确的是 ( )
【解析】选C。锌化合价升高被氧化,连接电源正极, 故A错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以ZnC2O4 在交换膜左侧生成,故B错误;电解的总反应:2CO2+Zn ==== 是0.5 mol,转移电子不一定是0.5 mol,故D错误。
电解 ZnC O ,故C正确; 11.2 L CO 的物质的量不一定 2 4 2
示。下列有关微生物电池的说法错误的是
世纪金榜导学号79100098
(
)
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
【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳 中碳元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳 的反应为氧化反应,应在负极生成,其电极反应式应为 C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A错误;在微生物的 作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速 率快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中 阳离子(质子)向正极移动,C正确;电池的总反应实质 是葡萄糖的氧化反应,D正确。
- 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)。
1.如图所示阴阳膜组合电解装置用于循环脱硫，用NaOH溶液在反应池
中吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解又制得
NaOH。
其中a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石
墨，产品C为H2SO4溶液。
下列说法正确的是（）
A. b为只允许阳离子通过的离子交换膜
B. 阴极区中B最初充入稀NaOH溶液,产品E为氧气
C. 反应池采用气、液逆流方式,目的是使反应更充分
D. 阳极的电极反应式为
2.如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化学能直接转化为电
能，下列说法中一定正确的是（）
A.质子透过阳离子交换膜由右向左移动
B. 电子流动方向为
C. M电极反应式：
D. 当M电极微生物将废水中 g淀粉转化掉时,N电极产生 L 标况下
3.三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（）
A. 通电后中间隔室的离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B. 该法在处理含废水时可以得到NaOH和产品
C. 负极反应为,负极区溶液pH降低
D. 当电路中通过1mol电子的电量时,会有的生成
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（）
A. 正极反应为
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. 当电路中转移时,交换膜左侧溶液中约减少离子
5.科学家用氮化镓（GaN）材料与铜作电极组装如图所示的人工光合系统，成功地实现了
以CO2和H2O合成CH4．下列说法不正确的是
A. 该过程是将太阳能转化为化学能和电能
B. GaN表面发生氧化反应,有产生
C. 电解液中从质子交换膜右侧向左侧迁移
D. Cu 表面电极反应式：
6.以铬酸钾（K2CrO4）为原料用电化学法制备K2Cr2O7的装置如图，下列说法正确的是
A. a极的电极反应式为
B. 电解过程中氢氧化钾溶液的浓度保持不变
C. b极上发生氧化反应生成
D. 电解过程中从右侧通过离子交换膜迁移到左侧。