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电化学装置中的“膜”

一、膜技术的应用历程

单池单液原电池→双池双液原电池→隔膜→离子交换膜

⒈从单池单液原电池到双池双液原电池是原电池发展的第一次革命

（1）单池单液原电池中，Cu在Zn表面析出，形成Zn∣CuSO4(aq)∣Cu原电池，造成电池内部短路（e-

未转移至正极）；锌极失去的电子未全部经导线流向铜极，能量转化率低；随着锌极上沉积物增厚，产生

的电流越来越小，甚至没有电流。

（2）双池双液原电池中，Zn和CuSO溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋

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直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长

看见盐桥，可判断该装置为原电池

⒉膜技术的引入是原电池发展的第二次革命

2+2–

盐桥使用一段时间后c(KCl)减小，且有少量Zn、SO进入盐桥，故需要用饱和KCl溶液浸泡后再

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使用；膜的引入简化了装置，用离子交换膜分隔成两池，仅允许特

定的离子通过；且膜能持续、长期使用。

⒊膜技术的产生，创造了许多神奇

（1）锂电极直接“插入”水溶液

（2）膜技术引入燃料电池

⒋膜技术引入电解是电化学技术一次革新

a

氯碱工业中离子交换膜的作用：

a、防止氢气和氯气混合发生爆炸；b、避免氯气和氢氧化钠反应，影响氢氧化钠的产量和质量。

c、直接得到较纯净的产物（避免与NaCl混合）

⒌质子交换膜是膜的选择性的典范

⒍膜技术的其它应用

渗透与反渗透

电渗析法淡化海水

二、离子交换膜的工作原理

1、离子交换膜是使离子有选择性透过的薄膜，是具有离子交换性能的、由高分子材料制成的薄膜。

（1）阳离子交换膜的构造和工作原理

交换膜上有很多微孔，孔道“”上有许多带负电荷的基团。阳离子可以自由通过孔道“”，由浓度大的区域

向浓度小的区域移动，或在电场中定向运动。阴离子移动到孔道“”处，受到孔道“”带负电荷基团的排斥而不

能进入孔道“”中，因而不能通过交换膜。这就是选择性“”透过的原因。其构造与工作原理示意图如右上图

所示：

（2）阴离子交换膜的构造与工作原理与此相同，只不过是孔道“”中基团带正电荷而已。

2、离子交换膜的特点

离子选择透过性高；电阻低；机械强度大；耐化学品性优异；尺寸稳定性优异；溶质、溶媒的扩散系

数小；可将单价离子和多价离子分离

3、按其功能和结构的不同，可分为5种：

阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合膜

4、质子交换膜

（1）质子交换膜主要由高分子主体，即疏水的碳氟主链区、离子簇和离子簇间形成的网络结构。

主链骨架疏水

聚四氟乙烯主体构成疏中间体

水的主链。结构坚韧稳定

支链

+HO水合离子簇

2

—(CFCF)CF—CF——(CFCF)—CFCF—亲水区

22n2∣22m∣2

SOH磺酸基团

3CFCFSOH

2