“離子交換膜”在電化學(xué)中的應(yīng)用

1、歡迎閱讀優(yōu)秀的材料離子交換膜在電化學(xué)中的應(yīng)用摘要：“離子交換膜”在電化學(xué)中的應(yīng)用是近年來的熱門話題。本文總結(jié)了幾種常見的交換膜，并對其中涉及的計(jì)算難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：電化學(xué)；離子交換膜；大學(xué)入學(xué)考試作者簡介：魏春明(1982-)，女，湖北宜都人，本科，中學(xué)教師，研究方向：高中化學(xué)教學(xué)。與近兩年的教學(xué)大綱相比，作者發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)方面，對原電池和電解池的研究要求有了很大的提高。從最初的“了解原電池和電解池的工作原理和應(yīng)用，我們可以寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式”到“了解原電池和電解池的組成、工作原理和應(yīng)用，我們可以寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。”從字面上看，雖然它只是從“理解”變成了“理解”，但其意義

2、是顯而易見的。因?yàn)槔斫馐腔瘜W(xué)知識的含義及其適用條件，它能正確地判斷、解釋和說明相關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象和問題，“知道為什么”和“知道為什么”。近年來，全國高考中的電化學(xué)裝置一般都裝有離子交換膜，這類課題非常新穎，學(xué)生往往會犯錯誤，因?yàn)樗麄儾荒芾斫怆x子交換膜與陰陽離子運(yùn)動方向之間的關(guān)系。一、離子交換膜的定義和分類離子交換膜是一種含有離子基團(tuán)的聚合物膜，能夠選擇性滲透溶液中的離子。它也被稱為離子選擇性滲透膜，因?yàn)樗碾x子選擇性滲透主要用于一般應(yīng)用。根據(jù)通過的粒子，離子交換膜可分為多種類型，以下三種類型主要出現(xiàn)在高考試題中：(1)陽離子交換膜：陽離子交換膜在孔道上有許多微孔和負(fù)電荷基團(tuán)。陽離子可以自由通過孔道

3、，即通過交換膜，而陰離子在移動到孔道時(shí)不能進(jìn)入，因?yàn)樗鼈儽豢椎乐械呢?fù)電荷基團(tuán)排斥，所以它們不能通過交換膜。(2)質(zhì)子交換膜：質(zhì)子交換膜是陽離子交換膜的一種特殊情況，它只允許質(zhì)子(氫)通過，不允許其他離子通過。(3)陰離子交換膜：陰離子交換膜在孔道上有許多微孔和帶正電荷的基團(tuán)。陰離子可以自由通過孔道，即通過交換膜，而陽離子不能進(jìn)入，因?yàn)楫?dāng)它們移動到孔道時(shí)被孔道中的正電荷基團(tuán)排斥，所以它們不能通過交換膜。二、離子交換膜的作用(1)隔離某些物質(zhì)以防止反應(yīng)。(2)用于物質(zhì)的制備。(3)物質(zhì)的分離和純化。三、常見問題(1)使用陽離子交換膜的電化學(xué)裝置例1(上海卷20xx，V)氯堿工業(yè)通過電解精煉飽和鹽水

4、生產(chǎn)氯、氫、苛性鈉和氯含氧酸鹽等一系列化工產(chǎn)品。上圖是通過離子交換膜進(jìn)行鹽水電解的示意圖，其中僅允許陽離子通過。完成下列空格：(1)寫出電解飽和鹽水的離子方程。離子交換膜的功能是：精制飽和鹽水從圖中位置補(bǔ)充，氫氧化鈉溶液從圖中位置流出(選擇“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)回答(1) 2Cl- 2H2O通電，Cl2H22OH-。防止OH-進(jìn)入陽極室，與Cl2: 2naohcl2naclnacloh2o發(fā)生副反應(yīng)；防止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合爆炸。a；d.分析離子交換膜的加入不會改變反應(yīng)原理，因此溶液中的陽離子H在陰極得到電子變成H2，陰離子C1-在陽極失去電子形成Cl2，反應(yīng)的離子方

5、程式為2Cl- 2H2O，由Cl2H22OH-帶電圖中的陽離子交換膜只允許陽離子通過，因此可以防止陰極區(qū)溶液中的羥基進(jìn)入陽極室并重新進(jìn)入陽極室隨著電解的進(jìn)行，溶質(zhì)氯化鈉不斷消耗，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。氯離子在陽極排出，因此精制飽和鹽水從圖中與陽極相連的位置A補(bǔ)充。在陰極處，被水電離的氫被連續(xù)排出，留下大量的氫氧原子-，其與穿過陽離子交換膜的鈉結(jié)合形成氫氧化鈉，氫氧化鈉從圖中的位置D流出。水是連續(xù)消耗的，因此從端口B連續(xù)加入蒸餾水，并且增強(qiáng)溶液可以用稀氫氧化鈉溶液代替。(2)使用質(zhì)子交換膜的電化學(xué)裝置例2(第一冊，20xx新課程標(biāo)準(zhǔn)，11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理

6、如圖所示。以下關(guān)于微生物電池的說法是錯誤的A.CO2在陽極反應(yīng)中產(chǎn)生B.微生物在反應(yīng)中促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)電極區(qū)域移動到正電極區(qū)域D.全細(xì)胞反應(yīng)C6H12O6 6O26CO2 6H2O回答一從微生物電池工作原理示意圖可以看出，在酸性環(huán)境下，C6H12O6與燃料電池相比，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)；O2在正極還原，CO2在負(fù)極生成，A項(xiàng)錯誤；從微生物作用下化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能可知，b項(xiàng)是正確的；c項(xiàng)，質(zhì)子通過交換膜從負(fù)電極區(qū)移動到正電極區(qū)，這是正確的；d項(xiàng)，電池的總反應(yīng)為c6h12o6o26co26h2o，正確。(3)使用陰離子交換膜的電化學(xué)裝置例3 (20xx洛陽模擬)利用反應(yīng)：6no2nh37n212h2o形成電池，不僅能有效消除氮氧化物的排放，減少環(huán)境污染，還能充分利用化學(xué)能。設(shè)備如圖所示。以下陳述不正確()A.電流在通過負(fù)載后從右電極流向左電極B.為了使電池持續(xù)放電，選擇陰離子交換膜作為離子交換膜C.電極a的反應(yīng)式為2NH3-6e-N2 6HD.當(dāng)處理448升NO2(標(biāo)準(zhǔn)條件)時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子是08摩爾答案三從總反應(yīng)可以看出，NO2被還原并用作正極，因此電流從右向左流動，項(xiàng)目A是正確的。陽極經(jīng)歷還原反應(yīng)6NO2 12H2O 24e-3N2 24OH-，陰極經(jīng)歷氧化反應(yīng)8nh3 8NH3 24OH - 24e-4N2 12H2O。陽