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复习与练习例谈电化学中的“离子交换膜”问

题

作者：刘成宝

来源：《中学化学》2015年第04期

“离子交换膜”是一种含离子基团、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，有广泛

应用。

一、化学电源中的离子交换膜

图1

例1某新型电池，以NaBH4（B的化合价为+3价）和H2O2作原料，该电池可用作深水

勘探等无空气环境电源，其工作原理如图1所示。下列说法正确的是（）。

电池工作时A.Na+从b极区移向a极区

每消耗B.3molH2O2，转移3mole-

极上的电极反应式为：C.bH2O2+2e-+2H+2H2O

极上的电极反应式为：D.aBH-4+8OH--8e-BO-2+6H2O

解析钠离子交换膜只允许Na+通过，Na+的移动情况要结合电极反应式进行判断。该电池

的总反应方程式为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O，a电极（负极）反应式为BH-4+8OH--8e-

BO-2+6H2O，b电极（正极）反应式为4H2O2+8e-8OH-。因此a极区负电荷减少，b极区负电

荷增多，Na+从a极区移向b极区。

图2

例2如图2装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池。装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na+

通过，已知电池放电的化学方程式为：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr，当闭合开关K时，X电

极附近溶液变红。下列说法正确的是（）。

闭A.合开关K时，钠离子从右到左通过离子交换膜

闭合B.开关K时，负极反应式为：3NaBr-2e-NaBr3+2Na+

闭合C.开关K时，X电极反应式为：2Cl--2e-Cl2↑

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闭合开关D.K时，当有0.1molNa+通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体

1.12L

解析X电极附近溶液变红，说明X极区产生OH-，因此X为阴极，装置Ⅰ的左端为负

极。由该电池的反应方程式可知，负极反应式为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+，正极反应式为

NaBr3+2e-+2Na+3NaBr，则Na+从左通过离子交换膜移向右侧。当有0.1molNa+通过交换膜

时，外电路中转移0.1mol电子，则X电极上生成的H2为0.05mol。图3

例3人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。图3是通过人工光合

作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（）。

该过程是将太阳能转化为化学能的过程A.

催化剂B.a表面发生氧化反应，有O2产生

催化剂C.a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强

催化剂D.b表面的反应是CO2+2H++2e-HCOOH

解析光合作用在将化学能转化为电能的同时，将产生O2，因此该电池反应的方程式为

2CO2+2H2O→2HCOOH+O2。由电子的流动方向及H+的移动方向可知，左侧为负极，电极反

应式为2H2O-4e-O2+4H+，右侧为正极，电极反应式为2CO2+4H++4e-2HCOOH，因此催化剂

a附近酸性增强。

图4

例4锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。某种锂离子电池的结构示意图如图

4，其中两极区间的隔膜只允许Li+通过。电池充电时的总反应化学方程式为：LiCoO2Li1-

xCoO2+xLi。关于该电池的推论错误的是（）。

放电时，A.Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区

放电时，负极反应B.xLi-xe-xLi+

充C.电时，将电能转化为化学能

充D.电时，负极（C）上锂元素被氧化

解析由题知放电时的反应为：Li1-xCoO2+xLiLiCoO2，则负极反应为xLi-xe-xLi+，正极反

应为Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2，Li+从负