第1章 微专题三 离子交换膜在电化学装置中的应用（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修1高中同步学案（鲁科版）

微专题(三)　离子交换膜在电化学装置中的应用 离子交换膜的分类和应用 注意：在多交换膜的池中，离子迁移遵循电荷守恒，离子的迁移数目可能不相等。 1．阳离子交换膜——只允许阳离子和水分子通过。 (1)图1装置的电极反应 负极Zn===2e－===Zn2+； 正极Cu2+＋2e－===Cu。 (2)电池工作过程中，Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区；即阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)。 2．阴离子交换膜——只允许阴离子和水分子通过。 如图2，以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开。 (1)阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； 阳极反应为2I－－2e－===I2。 (2)阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O；即阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池负极)。 3．质子交换膜——只允许H＋和水分子通过。如图3装置，在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2。 (1)阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑； 阳极反应： CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋。 (2)阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极；即H＋→透过质子交换膜→电解池阴极(或原电池正极)。 [应用举例] 1．探究有关膜电极的解题思路 2．实例分析 [典例1]　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SO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。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。思维流程如下： (1)弄清是原电池还是电解池，判断电极，有外接电源→电解池，n→阳极，m→阴极。 (2)根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类：Na＋→通过ab→阴极→ab是阳离子交换膜，SO→通过cd→阳极→cd是阴离子交换膜。 (3)根据放电顺序写出电极反应，阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 (4)根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物：阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。 [典例2]　电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：其中A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。如图所示。 1．用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如图所示。下列叙述不正确的是(　　) A．膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜 B．阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸 C．阳极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D．该装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，两极共生成气体3.36 L(标准状况) 解析：选B　阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极附近氢离子浓度增大，阴极室溶液中氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度增大，阳极室得到硝酸，阴极室得到氢氧化钠，膜a为阴离子交换膜，膜c为阳离子交换膜，A正确，B错误；阳极是氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，C正确；阳极生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，该装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，生成氧气0.05 mol，生成氢气0.1 mol，两极共生成气体体积＝(0.05 mol＋0.1 mol)×22.4 L·mol-1＝3.36 L(标准状况)，D正确。 2．H3PO2也可用电渗析法制备。“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：________________________________________________________________________. (2)分析产品室可得到H3PO2的原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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________________________________________________________________________。 解析：(1)阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 (2)H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：H＋＋H2PO===H3PO2。 (3)如果撤去阳膜，H2PO或H3PO2可能会被氧化。 答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)PO　H2PO或H3PO2被氧化 学科网（北京）股份有限公司 $$