课时4.9 电化学离子交换膜的分析与应用-2021-2022学年高二化学选择性必修1精品讲义（人教版2019）

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课时 4.9 电化学离子交换膜的分析与应用

【主干知识梳理】

1、离子交换膜的功能和作用

(1)功能：使离子选择性定向移动，平衡整个溶液的离子浓度和电荷

(2)作用：

①隔离某些物质，防止阴极和阳极之间发生副反应，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 Cl2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 H2混合发生爆炸)

(2)用于物质的分离、提纯等。

(3)用于物质的制备(电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质)

2、离子交换膜的类型

(1)阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)

以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开

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(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，阻止阳离子和气体通过)

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－===IO＋5I－＋3H2O

④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)

(3)质子交换膜 (只允许 H＋和水分子通过)

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→原电池正极(或电解池的阴极)

(4)电渗析法

将含 AnBm的废水再生为 HnB和A(OH)m

的原理：已知 A为金属活动顺序表 H之

前的金属，Bn－为含氧酸根离子

3、离子交换膜类型的判断：根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型

(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余

(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型

4、定量关系：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数

【常见“膜”的类型】

类型一　“单膜”电解池

1、用电解法可提纯粗 KOH 溶液(含硫酸钾、碳酸钾等)，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电极 f为阳极，电极 e上H＋发生还原反应

B．电极 e的电极反应式为 4OH－－4e－===2H2O ＋O2↑

C．d处流进粗 KOH 溶液，g处流出纯 KOH 溶液

D．b处每产生 11.2 L 气体，必有 1 mol K＋穿过阳离子交换膜

2、工业上常采用吸收—电解联合法除去天然气中的 H2S气体，并转化为可回收利用的单质硫，其装置如下图所

示。通电前，先通入一段时间含 H2S的甲烷气，使部分 NaOH 吸收 H2S转化为 Na2S，再接通电源，继续通入

含杂质的甲烷气，并控制好通气速率即可保证装置中反应的连续性。下列说法正确的是(　　)

A．与电源 a端相连的碳棒为阳极，气体 A为O2

B．与电源 b端相连的碳棒上电极反应为 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

C．通电过程中，右池溶液中的 OH－通过阴离子膜进入左池

D．在通电前后，右池中的 c(NaOH)与c(Na2S)之比基本不变

3、已知反应：2CrO(黄)＋2H＋Cr2O(橙)＋H2O，设计图示装置(均为惰性电极)电解 Na2CrO4溶液制取

Na2Cr2O7，下列有关叙述正确的是(　　)

A．CrO 生成 Cr2O的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得

B．电源左侧是正极

C．右侧电极的电极反应为 2H2O＋2e－===H2＋2OH－

D．Na＋从右侧通过膜进入左侧

4、将二氧化碳转化为乙烯的装置如图所示，使用的电极材料均为惰性电极。下列说法正确的是(　　)

A．a为电源的正极 B．每生成 0.1 mol 乙烯，同时生成 6.72 L O2

C．阴极反应式为 2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O D．电解过程中，阳极区溶液中 c(H＋)逐渐减小

类型二　“双膜”电解池

5、用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。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．阳极的电极反应式为 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)

6、苯酚( )具有微弱的酸性，可利用电场促使C6H5O－定向移动、脱离废水，并富集回收。电渗析装置

示意图如下。下列说法不正确的是(　　)

A．苯酚的电离方程式为 + H＋

B．A、B分别为离子交换膜，其中 A是阴离子交换膜

C．电解过程中，阳极室的 pH 增大

D．当通过线路中的电子数目为0.1NA时，有含 0.1 mol C6H5O－的废水被处理

类型三　“多膜”电解池

7、为一元弱酸，已知 H3BO3与足量NaOH 溶液反应的离子方程式为 H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过

电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(

)

A．当电路中通过 1 mol 电子时，可得到 1 mol H3BO3

B．将电源的正负极反接，工作原理不变

C．阴极室的电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

D．B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室

8、四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合

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