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电化学中的“膜法师”——离子交换膜
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算；
通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？工作原理是什么？
对比分析电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？
3.离子交换膜在教材中的原理模型
[回归教材1]选修4教材P80
①画出氯碱工业离子交换膜电解装置图（一膜二进四出）
写出电极反应式和总化学方程式
[回归教材2] 必修2教材P90
海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
模拟氯碱工业装置图自主设计“三室式电渗析法”海水淡化装置图 ，写出电极反应式。
活动二、析膜——离子交换膜在电化学中的题型例析——建构思维模型
角度一：单膜 物质制备类
例1：（2018浙江高考改编）
以K2CrO4为原料，利用电解法制备K2Cr2O7的实验装置如下图
（1）K2CrO4 为什么能在阳极区转化为K2Cr2O7，用离子方程式和简单的语言文字说明 。
（2）电解的总化学方程式为 。
（3）若电解前K2CrO4 1mol，通电一段时间后阳极室中K和Cr的物质的量之比为3：2，则K+通过阳离子交换膜向阴极室移动 mo。
角度二、双膜 新型化学电源类
例2：我国科学家最近发明了一种Zn - PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两离子交换膜隔开，形成I、II、III三个电解质溶液区域，结构示意图如图，回答下列问题：
电池中，Zn为 极，II区域的电解质为 （填K2SO4、H2SO4或KOH）
电池反应的离子方程式为
阳离子交换膜为图中的 （填“a”或“b”）膜。
（4）消耗6.5gZn，III区电解质溶液减少 g。
链接高考：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
角度三：多膜 双极膜电渗析分离提纯、物质制备
例3.双极膜(BP) 是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH﹣，作为H+和OH﹣离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜，下列说法错误的是
A．Y电极与电源正极相连，发生的反应为4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2O
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共得到0.5mol气体
角度四、特殊膜——双极膜
例4.在直流电源作用下，双极膜中间的解离为和，利用电解池产生强氧化性的羟基自由基，处理含苯酚废水和含的烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．M电极为阳极，反应式为：
B．含的烟气被吸收的反应为
C．双极膜中间的解离出的向N极迁移
D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8mol透过膜a
答案
活动一、
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。常见类型有阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极膜、质子交换膜等；工作原理：如阳离子交换膜只允许阳离子通过，不允许阴离子和气体分子通过。
单液原电池缺点:负极与电解质溶液直接接触，导致电流不稳定， 电能转化率低
带盐桥的原电池缺点：电流稳定，但电流小（盐桥电阻大）
带离子交换膜的原电池：优点：有效隔离，电阻小。电流稳定， 电流较大。
离子交换膜的作用：①隔离Zn和CuSO4溶液，避免直接反应
②选择性通过离子，平衡电荷，形成闭合回路
3.
4.
活动二、
例1、2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O 阳极区产生氢离子促使平衡正向移动

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