离子交换膜在电化学中的应用[知识必备]离子交换膜在原电池和电解池中均有较广泛的应用,且常出常新。1.离子交换膜的功能使离子选择性定向迁移,其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。2.交换膜在电化学中的作用(1)防止副反应的发生,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)用于制备纯净的物质。3.离子交换膜的类型根据透过的微粒,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子和气体通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过,质子交换膜只允许质子(H+)通过,另外还有特殊离子交换膜,只允许相应的离子通过。4.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。(3)在利用电解原理制备物质时,选择离子交换膜的类型,既要考虑阴、阳极电极反应式,同时也要考虑产品室和原料室在装置图中的位置。如:利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3,装置图如下:阳极室放出O2,消耗OH-余出H+,则H+应向产品室移动,阴极室放出H2,消耗H+余出OH-,则原料室中的Na+应向阴极室移动,B(OH)应向产品室移动,所以a膜、c膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜,选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。[例1](2018·全国Ⅰ,节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛,生产Na2S2O5通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为___________________________________________________。电解后,________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。解析:阳极发生氧化反应2H2O-4e-===4H++O2↑,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应,析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增大。答案:2H2O-4e-===4H++O2↑a[例2](2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成解析:B[A.电解池中阴离子向阳极区移动,因此通电后中间隔室的SO离子向正极迁移;正极区氢氧根放电,产生氢离子,所以正极区溶液pH减小,错误;B.阳极区氢氧根离子放电,产生硫酸,阴极区氢离子放电,产生氢氧化钠,因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品,正确;C.负极区氢离子得到电子使溶液中c(H+)减小,所以负极区溶液pH升高,错误;D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25mol的O2生成,错误。][对点训练]1.下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是()A.a、b极不能使用同种电极材料B.工作时,a极的电势低于b极的电势C.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大D.b极的电极反应式为:CH3COO-+4H2O-8e-===2HCO+9H+解析:D[A项:电极a、b上发生的反应不同,因而两极间形成电势差,故电极材料可同可异,A错误;B项:工作时,电极b上CH3COO-→HCO,碳元素从平均0价失电子升至+4价,电极b是原电池的负极,则电极a是电池的正极,a极的电势高于b极的电势,B错误;C项:电极a(正极)电极反应为+H++2e-→+Cl-,正极每得到2mol电子时,为使溶液电中性,必有2molH+通过质子交换膜进入a极溶液,同时电极反...