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高中化学离子交换膜在电化学中的应用学案

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1 I

II

III a b + － 离子交换膜在电化学中的应用

新洲一中阳逻校区高二化学组

在近几年高考中，涉及离子交换膜的试题比较多，且常考常新。离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。

1.常见的离子交换膜:

根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高中试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子（H+）通过。

2.交换膜的功能

使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的_______________________）。

例题1：下图电解装置可用于制备烧碱，a、b均为离子交换膜，Ⅱ区加入NaCl溶液，则下列叙述中错误的是（ ）

A.NaOH、H2均在Ⅰ区产生

B.图中a为阴离子交换膜

C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应

D.电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后褪色

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溶液制取NaOH和H2SO4的装置，标出下列物质的化学式(已知E为Na2SO4溶液)：

A G ；

B C ；

膜a为 离子交换膜（填“阳”或“阴”）．

例题:3：加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是（ ）

A．电解过程中OH-从a极区通过离子交换膜c进入b极区

B．c为阳离子交换膜

C．a电极反应式：I--6e-+6OH-= IO3-+3H2O，a极区的KI最终转变为KIO3

D．当阳极有0.1mol I-放电时，阴极生成6.72LH2

例题4: H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

①写出阳极的电极反应式__________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因是_________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________。 2 ③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是_____________________________。

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。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是（ ）

A．阴极材料可以是Fe，含氧酸根杂质不参与电极反应

B．该电解槽的阳极反应式为：4OH-- 4e－= 2H2O+O2↑

C．该离子交换膜为阴离子交换膜

D．除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来

小结：3.交换膜在电化学中的作用

巩固练习：1．某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（ ）

A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大 量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子

2.利用反应6NO2+8NH3====7N2+12H2O构成原电池，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( )

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

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 (填“A”或“B”)。

②阳极室中发生的反应依次为 、

。

③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 ；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解)。

3 4.化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3－的原理如图所示。

①电源正极为 （填A或B），

阴极反应式为

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 g。

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高考中有关离子交换膜的电化学试题

高考中有关离子交换膜的电化学试题

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;. 高考中有关离子交换膜的电化学试题

离子交换膜是一种对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因在应用时主要是利用它的离子选择透过性，又称为离子选择透过性膜．离子交换膜法在电化学工业中应用十分广泛。教材中并未专门介绍，一般是在讲解氯碱工业时介绍阳离子交换膜的应用，但在近年考试中涉及离子交换膜原理的考题屡见不鲜．

一、交换膜的功能：

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）。

二、交换膜在中学电化学中的作用：

1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。

2.用于物质的制备、分离、提纯等。

三、离子交换膜的类型：

常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。

四、试题赏析：

1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子交换膜移向A极．下列分析正确的是

A．溶液中c(A2＋)减小

B．B极的电极反应：B－2e－ = B2＋

C．Y电极上有H2产生，发生还原反应 .

;. D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解

2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是

A．放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－

B．电池的电解液可为KOH溶液

C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H2O＋e－

D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高

3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为

2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是

离子交换膜在电化学中的应用

离子交换膜在电化学中的应用

1 离子交换膜在电化学中的应用

浙江省桐庐中学高三化学备课组 吴方持

一.考试说明要求

1、了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2、了解常见化学电源的种类及工作原理。

3、理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

二、课题设计的目的

电化学的内容是浙江历年高考重要考点之一，主要以选择题和电极反应式书写的形式出现，考查的内容有：电极名称、离子和电子即电流的移动方向、溶液酸碱性的变化、电极反应式及总反应式的书写、根据电极反应式进行计算、能量转化等方面，而最近出现在电解池或原电池中涉及到离子交换膜的应用，电解池与原电池进行综合考查等等。在一轮的复习中已经将重要的知识点进行了复习，但是没有形成知识系统，尤其把膜用到新型的装置就不会分析，因此，二轮复习抓住核心知识，找准合适载体，进行知识综合利用、思维能力的培养，为学生的迁移应用能力奠定基础，从而达到让学生“怎么想，怎么做，怎么答”的目的。

三、教学设计

课题 离子交换膜在电化学中的应用

教学目标 知识与技能 1、掌握原电池和电解池的工作原理，电极反应式的书写和电池总反应式的书写。

2、学会选择离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用。

过程与方法 1、通过实例分析原电池和电解池的工作原理，熟练书写电极反应和电池反应方程式。

2、通过交流讨论、变式分析进一步归纳出归纳总结出离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用。

情感态度与价值观 通过对以离子交换膜的理论分析和实验验证，感受化学原理在社会生活中的应用。

重难点 重点 电极反应式和电池总反应式的书写

难点 离子交换膜选择的一般方法总结

教学方法 以学生为主体的方法策略（多媒体、实验辅助）

板书设计 离子交换膜在电化学中的应用（略）

离子交换膜在电化学中的应用 2

离子交换膜在电化学中的应用 2

离子交换膜在电化学中的应用

浙江省桐庐中学高三化学备课组 吴方持

一.考试说明要求

1、了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2、了解常见化学电源的种类及工作原理。

3、理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

二、课题设计的目的

电化学的内容是浙江历年高考重要考点之一，主要以选择题和电极反应式书写的形式出现，考查的内容有：电极名称、离子和电子即电流的移动方向、溶液酸碱性的变化、电极反应式及总反应式的书写、根据电极反应式进行计算、能量转化等方面，而最近出现在电解池或原电池中涉及到离子交换膜的应用，电解池与原电池进行综合考查等等。在一轮的复习中已经将重要的知识点进行了复习，但是没有形成知识系统，尤其把膜用到新型的装置就不会分析，因此，二轮复习抓住核心知识，找准合适载体，进行知识综合利用、思维能力的培养，为学生的迁移应用能力奠定基础，从而达到让学生“怎么想，怎么做，怎么答”的目的。

三、教学设计

课题 离子交换膜在电化学中的应用

教学目标 知识与技能 1、掌握原电池和电解池的工作原理，电极反应式的书写和电池总反应式的书写。

2、学会选择离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用。

过程与方法 1、通过实例分析原电池和电解池的工作原理，熟练书写电极反应和电池反应方程式。

2、通过交流讨论、变式分析进一步归纳出归纳总结出离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用。

情感态度与价值观 通过对以离子交换膜的理论分析和实验验证，感受化学原理在社会生活中的应用。

重难点 重点 电极反应式和电池总反应式的书写

难点 离子交换膜选择的一般方法总结

教学方法 以学生为主体的方法策略（多媒体、实验辅助）

板书设计 离子交换膜在电化学中的应用（略）

高中电化学中“离子交换膜”的理解和应用

高中电化学中“离子交换膜”的理解和应用

高中电化学中“离子交换膜”的理解和应用

作者：杜雪文

来源：《文理导航·教育研究与实践》 2020年第5期

浙江省金华市第六中学 杜雪文

【摘 要】离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在电化学的工业生产中应用广泛。高中教材对于交换膜的介绍非常有限，但在近几年的选考试题中带膜的电化学装置却频频出现，有质子交换膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜等。如何判断膜的类型，理解膜的作用？本文特选取几道与离子交换膜有关的试题来理解、探究其在解决电化学问题中的应用。

【关键词】交换膜；离子；迁移

高中阶段离子交换膜通常分为四种类型：①阳离子交换膜（只允许阳离子和水分子通过，其他的阴离子和气体分子不能通过）；②阴离子交换膜（只允许阴离子和水分子通过，其他的阳离子和气体分子不能通过）；③质子交换膜（只允许氢离子和水分子通过，其他的离子和气体分子都不能通过）。

离子交换膜在电化学工业中应用非常广泛，因此浙江省的选考试题中带离子交换膜的电化学装置备受亲睐。

一、离子交换膜在原电池中的应用

离子交换膜可以选择性的通过离子，不仅可以起到平衡电荷、形成闭合回路，还能阻止两极区域的物质直接反应从而提高电池的电流效率。离子交换膜有盐桥的作用，但又不需要像盐桥一样定时更换或再生，它是盐桥的延伸。

例：某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4转化为Na2S。下列说法正确的是（ ）。

A.充电时，太阳能转化为化学能，化学能又转化为电能

B.放电时，a为负极

C.充电时，阳极的电极反应式为I3--2e-=3I-

D.M可以使用阴离子交换膜

解析：充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能储存起来，A错误；充电时Na2S4转化为Na2S，a为阴极，那么放电时Na2S转化为Na2S4，a为负极，B正确；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为3I--2e-=I3-，C错误；电池放电时负极区域S2-被氧化，正极区域I3-被还原，只有采用阳离子交换膜才能避免S2-和I3-直接接触，提高电流效率，D错误。