1、離 子 交 換 膜專題突破17電化學中離子交換膜的分析與應用:專I題I精I講1.離子交換膜的功能和作用.使離子選擇性定向移動，平衡整個溶液 i的離子濃度或電荷'隔離某些物質防止陰極與陽極產物 f之間發生反應-用于物質的制備（電解后溶液陰極作;用 >區或陽極區得到所制備的物質）A物質分離、提純2.離子交換膜的類型（1）陽離子交換膜（只允許陽離子和水分子通過） 裝置如圖所示：1 moleL 1 陽離子 1 rnnbL 1ZnSOJaq）交換膜 CuSO,（aq） 鋅銅原電池負極反應式：Zn2e-=Zn2 ；正極反應式：Cu2 +2e-=Cu；ZY+通過陽離子交換膜進入正極區；陽離子一

2、通過陽離子交換膜一正極。（2）質子交換膜（只允許H和水分子通過）在微生物作用下電解有機廢水（含CH3coOH）,可獲得清潔能源H>電解裝 置如圖所示：陽極反應式：CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2 t +8H。陽極產生的FT通過質子交換膜移向陰極；H+一通過質子交換膜一陰極。（3）陰離子交換膜（只允許陰離子和水分子通過）以Pt為電極電解淀粉-KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開，電解裝置如圖所 示：JLLU一LLJLLpt陰陽子交換膜陰極反應式：2H2O+2e =H2 t +2OK；陽極反應式：2I- -2e"=l2；陰極產生的OFT移向陽極與陽極產物反應：3I2 + 6O

3、H-=IOI + 5F + 3H20：陰離子一通過陰離子交換膜一陽極。3.解答步驟第一步，分清離子交換膜的類型。即離子交換膜屬于陽離子交換膜、陰離子 交換膜、質子交換膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過離子交換膜。笫二步，寫出電極反應式。判斷離子交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化, 根據電荷平衡判斷離子遷移方向。第三步，分析離子交換膜的作用。在產品制備中，離子交換膜的作用主要是 提高產品純度、避免產物之間發生反應、避免產物因發生反應而造成危險。:精I練I提I能精練一 離子交換膜在原電池中的應用1. （2021河南中原名校一模）新能源汽車是國家戰略產業的重要組成部分， LiFePO"電池是

4、新能源汽車關鍵部件之一，其工作原理如圖所示，電池工作時的總反應為LiFePO4 + 6C充電放電Lii-.vFePO4+LhC6o下列說法錯誤的是（LiCLi*LijFg電解質電解質隔膜A.充電時，電極a與電源負極連接，電極b與電源正極連接B.電池工作時，正極的電極反應為LiFePO4+xLi+xe-=LiFePO4C.電池工作時，負極材料質量減少1.4 g,轉移0.4mol電子D.電池進水將會大大降低使用壽命解析：選C。放電時，Li十向電極b移動，則電極b為正極，電極a為負極, 充電時，電極a與電源負極連接，電極b與電源正極連接，故A正確；電池工作時，Li十向正極移動，正極上Li i. AF

5、ePO4發生還原反應：Lii.AFePO4 + xLi+ xe - =LiFePO4,故B正確；電池工作時，負極反應為Li.G - xe - =xLi+ 6C, 負極材料質量減少1.4 g,說明有0.2 mol Li +生成，則轉移0.2 mol電子,故C 錯誤；因為Li易與水發生反應，所以電池進水將會大大降低使用壽命，故D正 確。2.（提廟電流效率）已知：電流效率=電路中通過的電子數與消耗負極失去Cu CII電子總數之比。現有兩個電池I、II,裝置如圖所示。奴化成溶液I下列說法正確的是（）A. I和【I的電池反應不同B.【和I的能量轉化形式不同C. I的電流效率低于I的電流效率D.放電一段時

6、間后，I、II中都只含1種溶質解析：選C。1、II裝置中電極材料相同，電解質溶液部分相同，電池總反 應、負極反應和正極反應均相同，A項錯誤；I和II裝置的能量轉化形式都是化 學能轉化成電能，B項錯誤；I裝置中銅與氯化鐵溶液直接接觸，二者會在銅極 表面發生反應，導致部分能量損失（或部分電子沒有通過電路），導致電流效率降 低；而I】裝置采用陰離子交換膜，銅不與氯化鐵溶液直接接觸，二者不會在銅極 表面發生反應，放電過程中陰離子交換膜左側負極的電極反應式為Cu-2e- =Cu2+,陽離子增多，右側正極的電極反應式為2Fe3+2e-=2Fe2+,負電 荷過剩，ci-從陰離子交換膜右側向左側遷移，電流效率

7、高于I裝置，C項正確； 放電一段時間后，I裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，H裝置中陰離子交換膜左側 生成氯化銅，右側生成氯化亞鐵，二者還都可能含有氯化鐵，D項錯誤。精練二離子交換膜在電解池中的應用3.（單膜電解池）（2020成都疥三月考）KIO3是一種重要的無機化合物，可作 為食鹽中的補碘劑，可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是 （）A.陰極的電極反應式為2H2O+2e =2OH +H2 fB.電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為K-C.溶液中陽離子的遷移方向是從右池到左池D.采用“電解法”制備KIO3的優點是不產生有害氣體，能減少對環境的 污染解析：選C, A.由題圖可知，惰性

8、電極b為陰極，發生還原反應，即H2O 中氫元素得電子轉化為Hz,所以陰極的電極反應式為2H20 + 2e - =2OH - + H2 f ,故A正確；B .陽離子交換膜只允許陽離子通過，主要交換的離子為K+, 故B正確；C .電解池工作時，陽離子向陰極移動，由題圖可知，K +的遷移方 向應從左池到右池，故C錯誤；D .電解池工作時，陽極的電極反應式為12- 10e +12OH- =2103 + 6H2O,陰極的電極反應式為 2H2。+ 2e - =2OH - + H2 t , 電解產生的氣體是H?,不產生有害氣體，能減少對環境的污染，故D正確。4.（雙臏電解池）通過光伏電池對含有SO2的工業尾

9、氣進行電解可以得到 H2so4，其工作原理如圖所示。光伏電池下列說法錯誤的是（）A.光伏電池中要使用大量晶體硅，能將太陽能轉化為電能B. M膜、N膜分別為陽離子交換膜和陰離子交換膜，Na十和HSO,分別向a 極和b極遷移C.陽極區電極反應式為HSO；-2e + H2O=3H+ + SO?-D.若有1 mol Na.通過離子交換膜，則可處理64 gsO2解析：選D。光伏電池的材料是晶體硅，能將太陽能轉化為電能，A項正確； 由題圖可知，b極進入的是稀硫酸，出來的是濃硫酸，所以HSOHg過N膜向b 極遷移，則N膜為陰離子交換膜，b極為陽極，a極為陰極，Na +通過M膜向a 極遷移，M膜為陽離子交換膜，B項正確；b極為陽極，電極反應式為HSO二- 2e- +H2O=3H+ +SOF，C項正確；若有1 mol Na +通過離子交換膜，則整個 電路中有1 mol電子通過，根據轉移電子數相等可知，有0.5 mol（32 g）SCh被轉 化為H2so4,