微专题7 离子交换膜在电化学中的应用 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1+

微专题7电化学中的膜离子交换膜在电化学中的应用第三章电化学中的膜问题高考试题分析（2015.新课标I卷,11）（2015.福建卷,11）（2014.新课标Ⅰ卷,

27）（2016.新课标I卷,11）（2015.上海卷,五）（2016.浙江卷,11）（2017.天津卷,

7）（2017.江苏卷,

16）（2017.海南卷,

10）

离子交换膜！探究离子交换膜在电化学中的应用方法突破1.含义、功能和作用(1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。(2)功能：使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。(3)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能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。2.离子交换膜的类型(1)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。(2)阴离子交换膜(简称阴膜):只允许阴离子通过,阻止阳离子和气体通过。(3)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。(4)双极膜:特种离子交换膜,它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下,阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜,作为H+和OH-的来源。3.交换膜应用实例

种类装置图说明阳离子交换膜①负极反应:Zn-2e-===Zn2+②正极反应:Cu2++2e-===Cu③Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区应用阴离子交换膜，防止Cu2+与Zn接触反应种类装置图说明阴离子交换膜以Pt为电极电解淀粉KI溶液,中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-②阳极反应:2I--2e-===I2③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应:应用阳离子交换膜，防止OH-移向阳极与I2接触反应电化学中的膜问题离子交换膜的作用阳离子交换膜饱和食盐水水（含少量NaOH）阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-Cl2H2NaOH溶液淡盐水Na+Cl-Na+OH-阳极室阴极室氯碱工业：电解饱和NaCl溶液制取NaOH、Cl2

和H2离子交换膜的作用：1.隔离两池溶液。2.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。归纳总结离子交换膜类型的判断方法根据电解质溶液呈电中性的原则，结合要制备的物质或避免发生的副反应，判断交换膜的类型。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，结合题意判断出离子移动的方向，进而确定交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应为2H++2e-=H2↑,则阴极区域破坏了水的电离平衡，OH-有剩余，为得到NaOH，则阳极区域的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。阳离子阴离子阴离子阳离子思考：在下列两个实验中，要选择何种离子交换膜？阳离子交换膜阳极电源阴极阴离子交换膜阴离子交换膜阳极电源阴极阳离子交换膜同学们利用交换膜设计一个电解装置将海水淡化？电化学中的膜问题离子交换膜的组合使用制备物质除杂提纯原料制备的物质原料提纯后的物质电化学中的膜问题离子交换膜的巧用A是阴离子膜，C是阳离子膜，区域246.会得到淡水视角2“双膜”电解池（大本P123）2.[2023湖北武汉第十二中学期末]某锂离子电池的总反应为2Li+FeS=Fe+Li2S。某小组以该电池为电源电解处理含Ba(OH)2的废水和含Ni2+、Cl-的酸性废水,并分别获得BaCl2溶液和单质镍。电解处理的工作原理如图所示[LiPF6·SO(CH3)2为锂离子电池的电解质]。下列说法不正确的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)(

)A.Y与锂离子电池的Li电极相连B.X极相连的锂离子电池电极反应为FeS+2Li++2e-=Fe+Li2SC.当电路中转移1mole-时,b室离子数增加2NAD.离子膜M为阳离子交换膜,离子膜N为阴离子交换膜

C3.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(

)A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC.去掉两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+D（大本P124）视角3“多膜”电解池(大本P124)4.某研究机构使用Li-SO2Cl2电池电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑,下列说法错误的是(

)A.Li电极的电极反应为Li-e-===Li+B.f接口连接gC.膜a、c是阴离子交换膜,膜b是阳离子交换膜D.不锈钢电极附近溶液的pH增大C种类装置图说明质子交换膜在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH),可获得清洁能源H2①阴极反应:2H++2e-=H2↑②阳极反应:CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2↑+8H+③阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑6H+电荷守恒6e-1mol6mol【实战练兵】“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、NO2-

等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。电化学降解亚硝酸根(NO2－)的原理如下图，下列选项错误的是：A.电源的负极是BB.右侧的电极反应式为2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑C.若电解过程中转移了6mol电子，则膜右侧电解液的质量变化值(∆m右)为22g。D.将膜左侧的溶液换成HCl溶液对总反应无影响H+∆m右=m(N2)-m(H+)=28g-6g=22g电化学中的膜问题离子交换膜的作用N2阳极：2Cl--2e-=Cl2↑离子交换膜的计算注意点：1.迁移离子所带的电荷数=外电路上转移的电子数2.溶液物质变化：与电极反应引起的物质变化和离子迁移引起的物质变化有关种类装置图说明双极膜利用双极膜组合电解法模拟海水淡化①阴极反应:2H++2e-=H2↑②阳极反应:4OH--4e-=O2↑+2H2O总反应为2H2O2H2↑+O2↑③离子移动方向如左图所示视角4“双极膜”电解池(大本P124)5.某科研小组研究采用膜堆(示意图如下)模拟以精制浓海水为