福建省莆田市仙游县高二化学 校本作业6 离子交换膜在电化学中的应用(无答案)

福建仙游第一中学2018-2019学度高二上学期化学校本功课：6、离子交换膜在电化学中的应用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，离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。

一．隔离某些物质防止发生反应1．目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳〔阴〕离子交换膜不允许阴〔阳〕离子通过。

那么以下表达中错误的选项是〔〕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2．以下图常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。

甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2 2CO2＋4H2O。

那么该装置中〔填a或b〕为电池的负极，其电极反应为。

a、CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+二．制备某些物质3．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如下图。

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，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。

以下说法中正确的选项是〔〕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、随着电解进行，KOH溶液浓度会逐渐减小C、a电极反应式：I- -6e-+6OH- = IO3-+3H2O，a极区的KI最终转变为KIO3D、当阳极有0.1mol I-放电时，阴极生成6.72LH2三．分离、提纯某些物质4．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〕，其工作原理如下图。

以下说法中不正确的选项是〔〕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、通电后，该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小D、除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来练习：1.空间实验室〝天宫一号〞的供电系统中有再生氢氧燃料电池〔RFC〕，RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充放电池。

校本作业7 电化学计算电化学中涉及的反应也是氧化还原反应，所以有关计算仍然要抓住得失电子守恒1．电解100 mL含c(H＋)为0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是( )A．0.10 mol/L Ag＋ B．0.20 mol/L Zn2＋C．0.20 mol/L Cu2＋ D．0.20 mol/L Pb2＋2．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。

假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是( )A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2OC．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀D．当b极增重3.2 g时，d极产生的气体为2.24 L(标准状况)3．用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 mol·L－1) 50 mL，当阴极析出9.6 g固体时，标准状况下阳极得到的气体的体积是( )A．3.36 L B．2.8 L C．6.72 L D．4.48 L4．将质量相等的银片和铂片分别作为阳极和阴极用来电解硝酸银溶液：ⅰ.以电流强度为 1 A通电10 min；ⅱ.10 min后，反接电源，以电流强度为2 A继续通电10 min；下列图像分别表示：银电极质量，铂电极质量及电解池产生气体质量与电解时间的关系图，正确的是( )。

A．①③ B．①②C．②③④ D．①②③④5、用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况）：从而可知M的原子量( )A.22.4ax/b B11.2ax/b C.5.6ax/b D.2.8ax/b6．下图是一个化学过程的示意图。

已知甲池的总反应式为2CH 3OH ＋3O 2＋4KOH 放电充电2K 2CO 3＋6H 2O请回答下列问题：(1)图中甲电池是________装置。

离子交换膜在电化学中的应用（2016.4.26）课堂练习1．（2015天津）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（）A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42-)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡2.（2015上海）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式_______________________________________(2)离子交换膜的作用为：________________(3)精制饱和食盐水从图中_____位置补充，氢氧化钠溶液从图中_______位置流出。

（选填“a”、“b”、“c”或“d”）变式练习1一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如下图所示。

该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。

请写出负极发生的电极反应式______________________.该燃料电池持续放电时，图中选___________离子交换膜。

变式练习2将饱和食盐水换成KI及淀粉溶液制备KIO3（如下图所示），通电发现右侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O。

(1)阴极电极反应式___________________________；总反应方程式______________________________。

(2)A为_________离子交换膜（填“阳”或“阴”)交流与讨论2（3）假如使用阳离子交换膜，会发生怎样的变化？巩固应用1、如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾(电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过)。

1.如图所示阴阳膜组合电解装置用于循环脱硫，用NaOH溶液在反应池中吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解又制得NaOH。

其中a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石墨，产品C为H2SO4溶液。

下列说法正确的是（）A. b为只允许阳离子通过的离子交换膜B. 阴极区中B最初充入稀NaOH溶液,产品E为氧气C. 反应池采用气、液逆流方式,目的是使反应更充分D. 阳极的电极反应式为2.如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是（）A.质子透过阳离子交换膜由右向左移动B. 电子流动方向为C. M电极反应式：D. 当M电极微生物将废水中 g淀粉转化掉时,N电极产生 L 标况下3.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（）A. 通电后中间隔室的离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B. 该法在处理含废水时可以得到NaOH和产品C. 负极反应为,负极区溶液pH降低D. 当电路中通过1mol电子的电量时,会有的生成4.某电源装置如图所示，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. 当电路中转移时,交换膜左侧溶液中约减少离子5.科学家用氮化镓（GaN）材料与铜作电极组装如图所示的人工光合系统，成功地实现了以CO2和H2O合成CH4．下列说法不正确的是A. 该过程是将太阳能转化为化学能和电能B. GaN表面发生氧化反应,有产生C. 电解液中从质子交换膜右侧向左侧迁移D. Cu 表面电极反应式：6.以铬酸钾（K2CrO4）为原料用电化学法制备K2Cr2O7的装置如图，下列说法正确的是A. a极的电极反应式为B. 电解过程中氢氧化钾溶液的浓度保持不变C. b极上发生氧化反应生成D. 电解过程中从右侧通过离子交换膜迁移到左侧。

离子交换膜在电化学中的应用公开课导言：离子交换膜是一种特殊的薄膜，其具有离子选择性通透性，可以在电解过程中起到重要作用。

本文将探讨离子交换膜在电化学中的应用，并介绍其原理和优势。

一、离子交换膜的原理离子交换膜是由聚合物材料制成的，其内部有大量的离子交换基团。

这些基团可以选择性地吸附和释放电解质中的离子，实现离子的传输。

离子交换膜通常分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种类型，可以根据需要选择使用。

二、离子交换膜在电解过程中的应用1. 燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中离子交换膜起到关键作用。

在燃料电池中，离子交换膜将氢离子（H+）从阳极传输到阴极，同时阻止了氢气与氧气的直接反应，保证了电池的正常工作。

2. 电解水在电解水过程中，离子交换膜可以将水分解为氢气和氧气。

离子交换膜的选择性传输特性使得只有阳离子或阴离子能够通过，从而实现了氢气和氧气的分离。

这对于制取纯净的氢气具有重要意义。

3. 盐水淡化离子交换膜还可以应用于盐水淡化过程中。

通过将盐水通过离子交换膜，离子交换膜可以选择性地阻止盐离子的传输，从而将盐水中的盐分去除，得到淡水。

这是一种高效的海水淡化方法。

4. 电解质传感器离子交换膜还可以应用于电解质传感器中。

电解质传感器通过测量电解质的浓度来检测化学反应或生物过程的变化。

离子交换膜可以实现离子的选择性传输，从而提高传感器的灵敏度和准确性。

三、离子交换膜的优势1. 高选择性：离子交换膜可以选择性地传输特定类型的离子，从而实现分离和纯化的目的。

这种高选择性使得离子交换膜在许多电化学应用中非常有用。

2. 低电阻：离子交换膜具有较低的电阻，可以有效地传输离子。

这有助于提高电化学反应的效率，并减少能量的损耗。

3. 高稳定性：离子交换膜具有较好的化学和物理稳定性，可以在广泛的温度和pH范围内工作。

这使得离子交换膜适用于各种极端条件下的应用。

4. 易于制备：离子交换膜的制备相对简单，成本较低。

专题八离子交换膜在电化学中的应用(建议用时：45分钟)1．(2023·山东枣庄八中高二月考)已知X、Y均为惰性电极，海水中富含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO2－4等离子，用如图装置模拟海水淡化的过程。

下列叙述中不正确的是()A．N是阴离子交换膜B．Y电极上产生有色气体C．X电极区有浑浊产生D．X电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O【答案】D【解析】隔膜N靠近阳极，阳极上是阴离子放电，所以隔膜N是阴离子交换膜，A正确；通电后Y电极为阳极，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；通电后X电极为阴极，阴极上是氢离子得到电子生成氢气，导致阴极区氢氧根离子浓度增大，OH－与Ca2＋、Mg2＋形成沉淀，C正确；X电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D错误。

2．一种全天候太阳能电化学电池的工作原理如图所示。

下列说法不正确的是A. 该电池能将太阳能转化为化学能和电能B. 光照时，a极周围pH减小C. 光照时，H+由a极室透过质子膜进入b极室D. 光照时，a极的电极反应式为V3++e-=V2+【答案】C【解析】A.根据题给信息可知，该电池能将太阳能转化为化学能和电能，A正确；B.a极上V3+→V2+得电子发生了还原反应，所以a极为正极，氢离子向正极移动，造成正极周围酸性增强，pH减小，B正确；C.a极为正极，氢离子向正极移动，从b极室透过质子膜进入a极室，C错误；D.光照时，a极为正极，发生还原反应，电极反应式为V3++e-=V2+，D正确；答案选C。

【点睛】原电池中，电子由负极流向正极，电流由正极流向负极，溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3．以石墨负极(C)、LiFePO4正极组成的锂离子电池的工作原理如图所示(实际上正负极材料是紧贴在锂离子导体膜两边的)。

充放电时，Li＋在正极材料上脱嵌或嵌入，随之在石墨中发生了Li x C6生成与解离。