2024高考化學(xué)離子交換膜

活動一、識膜——離子交換膜的知識重構(gòu)一建構(gòu)認(rèn)知模型

1.什么是離子交換膜？常見的類型有哪些？工作原理是什么？

2.對比分析電化學(xué)裝置中為什么要引入離子交換膜？它的作用是什么？

寧"■匕二代匕-1mol-L1陽離子1molL-1

ZnSO,溶液CuSO,溶液ZnSC)4(aq)交換膜CuSO4(;M1)

3.離子交換膜在教材中的原理模型

［回歸教材1］選修4教材P80

①畫出氯堿工業(yè)離子交換膜電解裝置圖（一膜二進(jìn)四出）

寫出電極反應(yīng)式和總化學(xué)方程式

［回歸教材2］必修2教材P90

海水淡化的方法有蒸飾法、電滲析法、離子交換法等。

模擬氯堿工業(yè)裝置圖自主設(shè)計”三室式電滲析法”海水淡化裝置圖，寫出電極反應(yīng)式。

活動二、析膜一一離子交換膜在電化學(xué)中的題型例析一建構(gòu)思維模型

角度一：單膜物質(zhì)制備類

例1：（2018浙江高考改編）

不銹鋼情性電極

—K2Cr（）4溶液

陽離子交換膜

以KzCrCh為原料，利用電解法制備心02。7的實驗裝置如下圖

（1）K2CrO4為什么能在陽極區(qū)轉(zhuǎn)化為K2Cr2O7,用離子方程式和簡單的語言文字說

明o

（2）電解的總化學(xué)方程式為o

（3）若電解前K2CrO4lmol,通電一段時間后陽極室中K和Cr的物質(zhì)的量之比為3：2,則

K+通過陽離子交換膜向陰極室移動moo

角度二、雙膜新型化學(xué)電源類

例2：我國科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn-PbCh電池，電解質(zhì)為K2so4、H2so4和KOH,由a和b

兩離子交換膜隔開，形成I、II、山三個電解質(zhì)溶液區(qū)域，結(jié)構(gòu)示意圖如圖，回答下列問題:

（1）電池中，Zn為極，II區(qū)域的電解質(zhì)為

K2so4、H2so4或KOH）

（2）電池反應(yīng)的離子方程式為

（3）陽離子交換膜為圖中的（填"a〃或"b〃）膜。

（4）消耗6.5gZn,川區(qū)電解質(zhì)溶液減少go

鏈接高考：（2022全國甲卷）一種水性電解液Zn-MnCh離子選擇雙隔膜電池如圖所示（KOH溶液中，Zn2+

以Zn（OHM存在）。電池放電時，下列敘述錯誤的是

MnOz電極離子選擇隔膜Zn電極

A.n區(qū)的K+通過隔膜向in區(qū)遷移占/\占

B.I區(qū)的SO’?—通過隔膜向II區(qū)遷移

+2+

C.MnCh電極反應(yīng)：MnO2+2e+4H=Mn+2H2O

KOH溶液,

+2-2+

D.電池總反應(yīng)：Zn+4OH"+Mn02+4H=Zn（OH）4+Mn+2H20

I11III

角度三：多膜雙極膜電滲析分離提純、物質(zhì)制備

例3.雙極膜（BP）是陰、陽復(fù)合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復(fù)合層間的出0解離成H+和0H,作為

H+和0H離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH渡卡

X電RBPM；NBPY電R

和HCL其工作原理如圖所示，M、N為離子交換膜，下列說法錯誤的

是

A.Y電極與電源正極相連，發(fā)生的反應(yīng)為40H-4e{302個+2W。

B.M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜

C."雙極膜組〃電滲析法也可應(yīng)用于從鹽溶液（MX）制備相應(yīng)的酸［HX）和堿（M0H）

D.若去掉雙極膜(BP),電路中每轉(zhuǎn)移lmol電子，兩極共得到O.Smol氣體

角度四、特殊膜一一雙極膜

例4.在直流電源作用下，雙極膜中間的H?O解離為H+和oir,利用電解池產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基

(OH),處理含苯酚廢水和含SO2的煙氣的工作原理如圖所示。下列說法正確的是

A.M電極為陽極，反應(yīng)式為：OJT-e-=QH

B.含SO2的煙氣被吸收的反應(yīng)為SO?+2.OH=H2SO4

C.雙極膜中間的H?0解離出的H+向N極遷移

D.每處理9.4g苯酚，理論上有2.8molH+透過膜a

答案

活動一、

1.離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應(yīng)用時

主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。常見類型有陽離子交換膜、陰離子交換

膜、雙極膜、質(zhì)子交換膜等；工作原理：如陽離子交換膜只允許陽離子通過，不允許陰離子和氣體分子通

過,

2.單液原電池缺點(diǎn):負(fù)極與電解質(zhì)溶液直接接觸，導(dǎo)致電流不穩(wěn)定，電能轉(zhuǎn)化率低

帶鹽橋的原電池缺點(diǎn)：電流稔定，但電流小(鹽橋電阻大)

帶離子交換膜的原電池：優(yōu)點(diǎn)：有效隔離，電阻小。電流穩(wěn)定，電流較大。

離子交換膜的作用：①隔離Zn和CuSO4溶液，避免直接反應(yīng)

②選擇性通過離子，平衡電荷，形成閉合回路

陰極：2H2O+2e川+20H；陽極：2。加=砥

總化學(xué)方程式：2NaQ+2H)oT2NaOH+H,T+Q#

活動二、

例1、2CrO4，+2H+?562-+此0陽極區(qū)產(chǎn)生氫離子促使平衡正向移動

0.5

4K2CrO4+H2O=K2Cr2O7+4KOH+O2t