离子交换膜及其电化学应用 ppt课件
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《电解离子膜》PPT课件
电极 反应
原电池 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属 （或能导电的非金属）
负极：氧化反应，金属 失电子 正极：还原反应，溶液 中的阳离子得电子
电解池
阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连
阳极：氧化反应，溶液 中的阴离子失电子或电 极金属失电子 阴极：还原反应，溶液 中的阳离子得电子
电子
导线
负极
2
探究实验
实验 如图所示，将用导线连接在一起的两
步骤
根石墨碳棒插入盛有CuCl2溶液的U型
管中，观察现象。
C
C
实验 现象
无 明显变化
结论 没有且不能自发发生原电池反应
分析原因: 装置不满足构成原电池的条件
精选课件ppt
3
【猜 想】
CuCl2溶液在导电（通电）时会不会发生化学反应？
阳极
阴极
CuCl2溶液
精选课件ppt
4
精选课件ppt
5
实践探究
向氯化铜溶液中通入直流电
CuCl2＝ Cu2++2ClH2O H+ + OH-
理论先行
思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?
阳离子：Cu2+ H+
阴离子：Cl- OH-
思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？
Cu2+ H+向阴极区移动； Cl- OH-向阳极区移动
e-
阳 极
Cl2
o
通电前：CuCl2 = Cu2+＋ 2Cl-
H2O
H+ + OH-
通电后：Cu2+ 、Ｈ+移向阴极：
Cu2+ + 2e－ = Cu Cl- 、OH-移向阳极：
原电池 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属 （或能导电的非金属）
负极：氧化反应，金属 失电子 正极：还原反应，溶液 中的阳离子得电子
电解池
阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连
阳极：氧化反应，溶液 中的阴离子失电子或电 极金属失电子 阴极：还原反应，溶液 中的阳离子得电子
电子
导线
负极
2
探究实验
实验 如图所示，将用导线连接在一起的两
步骤
根石墨碳棒插入盛有CuCl2溶液的U型
管中，观察现象。
C
C
实验 现象
无 明显变化
结论 没有且不能自发发生原电池反应
分析原因: 装置不满足构成原电池的条件
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3
【猜 想】
CuCl2溶液在导电（通电）时会不会发生化学反应？
阳极
阴极
CuCl2溶液
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4
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5
实践探究
向氯化铜溶液中通入直流电
CuCl2＝ Cu2++2ClH2O H+ + OH-
理论先行
思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?
阳离子：Cu2+ H+
阴离子：Cl- OH-
思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？
Cu2+ H+向阴极区移动； Cl- OH-向阳极区移动
e-
阳 极
Cl2
o
通电前：CuCl2 = Cu2+＋ 2Cl-
H2O
H+ + OH-
通电后：Cu2+ 、Ｈ+移向阴极：
Cu2+ + 2e－ = Cu Cl- 、OH-移向阳极：
高中化学公开课离子交换膜在电化学中的解题建模精品课件
0.5 mol 0.5 mol
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
⑴阳极室，电极反应为2H2O－4e－= 4H ＋+，O2↑
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
⑴阳极室，电极反应为2H2O－4e－= 4H ＋+，O2↑
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
高中化学离子交换膜在电化学中的应用微课精品课件
巩固训练
2.利用反应6NO2+8NH3====7N2+12H2O构成电池，既能实现有效消除 氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所
示。下列说法不正确的是( C )
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜 C.电极A反应式为2NH3-6e-====N2+6H+ D.当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
1.隔离两极区，防止发生副反应
例2：现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极， 请用氯碱工业中的膜技术原理，回答下列问题．
请利用交换膜技术，根据上图框架，设计一个电解
Na2SO4溶液制NaOH溶液和H2SO4溶液的装置，标出进
出物质的化学式(已知E为Na2SO4溶液)：
A膜aO为2
G
阴
离H子2S交O4换膜B （H填2 “C阳”N或aO“H阴”；）．
。
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 14.4 g。
巩固训练
3.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。
①电源的负极为 B (填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为
6Cl－－6e－ = 3Cl2↑
、
CO()2＋3Cl2＋H2O = N2＋CO2＋6HC。l
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相
比将 不变 ；若两极共收集到气体13.44
三、分离、提纯某些物质
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 内装有离子交换膜，其工作原理如 图所示。下列说法中不正确的
离子交换膜全解课件.ppt
直流电场下，双极性膜可 将水离解，能够将水分离 成H+与OH- 两种离子，可 作为H+与OH-的供应源。
第16页，共42页。
第三节 离子交换膜的制备
按照离子交换膜的主体组分可分为均相膜和异相膜 均相膜中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面
异相膜是通过胶黏剂把粉状树脂制成片状膜，存在相界面
1.异相膜（压延和模压，溶液型胶黏剂，离子型交换树脂）
电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等
膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓） 水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小电渗析工 作单元
膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组成
第35页，共42页。
酸性气体的清除 与回收
第36页，共42页。
第八节 电渗析在废水处理中 的应用
• 水的纯化
海水、苦咸水、自来水制备初级和高级纯
水的重要方法，一般采用与离子交换树脂 组合工艺，但注意电渗析不能出去非电解 质杂质
• 海水、盐泉卤水制盐
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地 理气候限制，易于自动化和工业化
中草药有效成分的分离和精制，可通过电渗析把中草药提 取液分离成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性 化合物和高分子化合物三部分 食品：牛乳、乳清等
第39页，共42页。
• 超滤、反渗透、电渗析 组合工艺提取甘露醇
第40页，共42页。
第41页，共42页。
本章习题
• 掌握电渗析的工作原理及其组成示意图
• 电渗析过程发生哪些传递现象？哪些是主要的，哪些是次要的，哪些是非 正常的？
第16页，共42页。
第三节 离子交换膜的制备
按照离子交换膜的主体组分可分为均相膜和异相膜 均相膜中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面
异相膜是通过胶黏剂把粉状树脂制成片状膜，存在相界面
1.异相膜（压延和模压，溶液型胶黏剂，离子型交换树脂）
电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等
膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓） 水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小电渗析工 作单元
膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组成
第35页，共42页。
酸性气体的清除 与回收
第36页，共42页。
第八节 电渗析在废水处理中 的应用
• 水的纯化
海水、苦咸水、自来水制备初级和高级纯
水的重要方法，一般采用与离子交换树脂 组合工艺，但注意电渗析不能出去非电解 质杂质
• 海水、盐泉卤水制盐
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地 理气候限制，易于自动化和工业化
中草药有效成分的分离和精制，可通过电渗析把中草药提 取液分离成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性 化合物和高分子化合物三部分 食品：牛乳、乳清等
第39页，共42页。
• 超滤、反渗透、电渗析 组合工艺提取甘露醇
第40页，共42页。
第41页，共42页。
本章习题
• 掌握电渗析的工作原理及其组成示意图
• 电渗析过程发生哪些传递现象？哪些是主要的，哪些是次要的，哪些是非 正常的？
离子交换膜和电渗析EDPPT课件
Cl2 H2O HCl HClO
阴极反应：
2H2O 2e H2 2OH
Na OH NaOH
9
电渗析运行时可能发生的过程
10
电渗析过程中的其他迁移过程
① 同名离子迁移 ② 电渗析的浓差扩散 ③ 水的渗透 ④ 水的电渗透 ⑤ 压差渗漏 ⑥ 水的解离
11
阳极
阴极
Arrangement of membranes for electrodialysis 2，4，6，8——淡化室；3，5，7——浓缩室
按膜体宏观结构(制造工艺)不同可分3类： 1. 非均相(异相)离子交换膜——指由离子交换树脂的细粉末
和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。（ 树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固称 为异相膜） 2. 均相离子交换膜——由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） 3. 半均相离子交换膜——成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
1958年 开始电渗析技术的研究； 1960年代初 小型ED装置投入海上试验； 1965年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 1966年 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜，从此ED
技术开始进入实用化阶段； 1967年 异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应
用创造了条件； 1970年代以来 ED技术发展较快，离子交换膜生产已具相
置； 1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）； 1991年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器，以城市
自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 水利用率达70%以上。 20世纪80年代中后期，常规ED技术在国外的发展进入了萎 缩阶段，西欧已基本不用。
阴极反应：
2H2O 2e H2 2OH
Na OH NaOH
9
电渗析运行时可能发生的过程
10
电渗析过程中的其他迁移过程
① 同名离子迁移 ② 电渗析的浓差扩散 ③ 水的渗透 ④ 水的电渗透 ⑤ 压差渗漏 ⑥ 水的解离
11
阳极
阴极
Arrangement of membranes for electrodialysis 2，4，6，8——淡化室；3，5，7——浓缩室
按膜体宏观结构(制造工艺)不同可分3类： 1. 非均相(异相)离子交换膜——指由离子交换树脂的细粉末
和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。（ 树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固称 为异相膜） 2. 均相离子交换膜——由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） 3. 半均相离子交换膜——成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
1958年 开始电渗析技术的研究； 1960年代初 小型ED装置投入海上试验； 1965年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 1966年 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜，从此ED
技术开始进入实用化阶段； 1967年 异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应
用创造了条件； 1970年代以来 ED技术发展较快，离子交换膜生产已具相
置； 1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）； 1991年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器，以城市
自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 水利用率达70%以上。 20世纪80年代中后期，常规ED技术在国外的发展进入了萎 缩阶段，西欧已基本不用。
高中化学课件：离子隔膜在电化学中的应用(课件)
种类
阴离子交换膜 (只允许阴离子 和水分子通过)
装置图
以Pt为电极电解淀粉KI溶 液，制备碘酸钾，中间用 阴离子交换膜隔开
说明
①阴极反应式： 2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－ ②阳极反应式： 2I－－2e－=I2 ③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：
3I2＋6OH－=IO3－＋5I－＋3H2O ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池 阳 极( 或原电池的 负 极)
阴离子膜
两端电解质的酸碱减弱， 溶质成分发生改变
二、重温经典
例2：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子 选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－ 存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
➫解析
深入思考：离子选择膜的种类
SO42-
K+
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 ×
一、知识重构
2.双液电池-盐桥 对盐桥的深入认识 （1）盐桥中琼胶的作用：控制离子流速，防止过早失效。 （2）用饱和氯化钾的原因：K+和Cl－迁移速率接近，且不发生化学反应。 （3）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是放入饱和氯化钾溶液中。
一、知识重构
2.双液电池-盐桥
例：（2020全国）验证不同化合价铁的氧化还 原能力，利用下列电池装置进行实验。电池装置 中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳 离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁 移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥 中应选择_____K__C_l____作为电解质。
B. 放电时NaCl溶液的pH减小 C. 放电时NaCl溶液的浓度增大
√
D. 每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
功能高分子化学课件第三章-离子交换膜及分离膜-文档资料
• 图例7
N a+
苯 乙 烯 -二 乙 烯 基 苯 共 聚 物 N a+
C l-
C l-
S O 3-N a + N a+
C l-
S O 3-N a+
C l-
N a+
N a+
N a+
N a+ S O 3-N a + C l-
C l-
C l-
C l-
C l-
ห้องสมุดไป่ตู้
S O 3-N a+
N a+
S
O
3
-N
a
+
N
第三章 离子交换膜及分离膜
第一节离子交换膜
1.1 概述 五十年代合成离子交换树脂取得成功之后，
就利用粘合剂把离子交换树脂细粉粘合起来制成 膜型，从而为制备具有实用价值的选择透过性膜 提供了条件。由于制膜的主要原料是离子交换树 脂，故称为离子交换（树脂）膜。
1.2 膜体结构和分类
• 膜体结构 图例1
*表示大分子结构 R* SO3- H+(Na+) 固定基团 解离离子
（或称反离子）
磺酸型阳离子交换膜
R* N+(CH3)3 OH-(Cl-)
固定基团
解离离子
（或称反离子）
季铵型阴离子交换膜
图例2
异相离子交换膜体结构示意图 1-粘合剂
2-离子交换树脂粒
图例3
S
O
_ 3
+
S
O
_ 3
+
S
O
_ 3
+
S
O
膜的分类
第四章 第二节 微专题11 离子交换膜在电化学中的应用
微专题11离子交换膜在电化学中的应用1．离子交换膜的分类(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜：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，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
2．离子交换膜的作用(1)平衡左右两侧电荷，得到稳定电流离子交换膜能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(2)阻隔某些离子或分子，防止某些副反应的发生离子交换膜能将两极隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(3)制备某些特定产品题型一离子交换膜的判断例1(2020·山东，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。
现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。
下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1答案 B解析由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol 电子通过，则模拟海水中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O －8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。