2025版新教材高中化学第四章化学反应与电能微专题3离子交换膜在电化学中的应用学案新人教版选择性必修.docxVIP

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微专题3离子交换膜在电化学中的应用

微突破

1.离子交换膜的功能及类型

离子交换膜的功能和类型：

功能：使离子定向移动，选择性通过某些离子或隔离某些离子、物质，平衡整个溶液的离子浓度或电荷

种类：阳离子交换膜：只允许阳离子和水分子通过，阻挡阴离子和气体通过

阴离子交换膜：只允许阴离子和水分子通过，阻挡阳离子和气体通过

质子交换膜：只允许质子（氢离子）和水分子通过

2.离子交换膜在电化学中的作用

（1）将两极区隔离,阻挡两极区产生的物质相互接触,防止副反应的发生,避开影响所制取产品的质量;防止引发担心全因素。例如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的Cl2进入阴极室与NaOH溶液反应,导致制得产品不纯;防止Cl2与阴极产生的H2混合发生爆炸。（2）用于物质的制备。电解后在溶液阴极区或阳极区产生所要制备的物质,例如,电解法制备KIO3,只有运用阴离子交换膜,才能保证阴极区的I-

（3）物质的分别与提纯。例如海水中含有大量Na+、Cl-及少量Ca2+、Mg2+、SO4

（4）应用举例：如电解法可将含有AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m,已知

2.阴、阳离子交换膜的推断

（1）看清图示,是否在交换膜上标注了阴、阳离子,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向、电流流向等,明确阴、阳离子的移动方向。

（2）依据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向,结合给出的制备、电解物质等信息,找出物质生成或消耗的电极区域,确定移动的阴、阳离子,从而推知离子交换膜的种类。

（3）实例：推断电解饱和食盐水装置（如图）中离子交换膜类型的方法。

方法1阴极反应式为2?H++2?e-=H2↑

方法2由图可知,阳极加入精制饱和食盐水,排出的是淡盐水,因为阳极反应式为2?Cl--2?e-=Cl2↑

例1（2024山东,10,2分）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,采纳惰性电极,用下图装置处理有机废水（以含CH3

A.负极反应为CH

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

D.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：A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2?H2O-8?e-=2?CO2↑+7?H+,故a极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-

例2常温下,NCl3是一种黄色黏稠状液体,是制备新型水消毒剂ClO2的原料,可以采纳

A.每生成1?molNCl3,理论上有

B.可用潮湿的淀粉-KI试纸检验气体

C.石墨极的电极反应式为NH

D.电解过程中,质子交换膜右侧溶液的pH会减小

答案：C

解析：依据题图可知,石墨电极是阳极,该电极上发生失电子的氧化反应：NH4++3?Cl--6?e-=NCl3+4?H+,每生产1?molNCl3,理论上有

解题感悟

三步法解答有关“膜”装置题

第一步——分清交换膜类型：即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，推断允许哪种离子通过交换膜

其次步——写出电极反应式，推断交换膜两侧离子的改变，推断电荷改变，依据电荷平衡推断离子迁移的方向

第三步——分析交换膜的作用：在产品制备中交换膜的作用主要是提高产品精纯度，避开产物之间发生反应

微训练

1.已知反应：2?CrO42-(黄)+2?H

A.CrO42-生成

B.电源左侧是正极

C.右侧电极的电极反应为2?

D.Na+

答案：D

解析：已知反应：2?CrO42-(黄)+2?H+=Cr2O72-(橙)+H2O，电解时阳极OH-失去电子,同时生成

2.（2024山东联合调研）电解法制取Na2FeO4的同时获得H

A.Fe电极作阳极,电极反应式为Fe

B.离子交换膜为阳离子交换膜

C.电解一段时间后,阳极区NaOH浓度降低

D.由于Na2FeO4

答案：B

解析：Fe电极连接电源正极,为电解池的阳极,Fe失电子生成FeO42-，电极反应式为Fe+8?OH--6?e-=FeO42-+4?H2O,碱性减弱;Ni电极连接电源负极,为电解池的阴极,H2O电离产生的H+在阴极得电子生成H