第1章 第3节 第4课时 离子交换膜在电化学中的应用(拓展课)-【新课程学案】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册教师用书word（鲁科版 山东专版双选版）
第四课时 离子交换膜在电化学中的应用(拓展课)
一、掌握解题必备知能
(一)离子交换膜的分类与应用
(二)三类交换膜应用实例
1.阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)
装置图 | 说明 |
锌铜原电池
| ①负极反应式:Zn-2e-==Zn2+ ②正极反应式:Cu2++2e-==Cu ③Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极 |
2.阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过)
装置图 | 说明 |
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以Pt为电极电解淀粉⁃KI溶液,中间用阴离子交换膜隔开
| ①阴极反应式:2H2O+2e-==H2↑+2OH- ②阳极反应式:2I--2e-==I2 ③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应。3I2+6OH-==I ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极 |
3.质子交换膜(只允许H+和水分子通过)
装置图 | 说明 |
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH),可获得清洁能源H2
| ①阴极反应式:2H++2e-==H2↑ ②阳极反应式:CH3COOH-8e-+2H2O==2CO2↑+8H+ ③阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极 ④H+→透过质子交换膜→电解池的阴极 |
(三)常见带离子交换膜的四类装置
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到物质制备、浓缩、净化、提纯的目的。
类型1 单膜双室
带阳离子交换膜的氯碱工业电解模型:
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分析如下:
此时,阳离子交换膜的作用是平衡电荷,形成闭合回路;防止Cl2和H2混合而引起爆炸;避免Cl2与NaOH反应生成NaClO,影响NaOH的产量;避免Cl-进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
类型2 双膜三室
水溶液中电解制备金属钴的装置示意图
分析如下:
判断电极名称 | 书写电极反应 | 检查离子浓度变化 | 确定膜(或离子移动方向) |
阳极(石墨) | 2H2O-4e-==O2↑+4H+ | Ⅰ室c(H+)增大,即c(阳离子)增大 | H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室移向Ⅱ室 |
阴极(Co) | Co2++2e-==Co | Ⅲ室阴离子电荷数大于阳离子电荷数 | Cl-通过阴离子交换膜由Ⅲ室移向Ⅱ室 |
类型3 三膜四室
以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例,其工作原理如图所示:
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