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有关离子交换膜问题

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 离子交换膜
一.离子定向移动目的 1.去某极参加反应 2.平衡某侧电荷,使溶液呈电中性 二.离子交换膜(阳离子、阴离子、质子)的作用 1.隔离某些物质,防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应 2.用于某些物质的制备:通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的物质 3.物

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一.离子定向移动目的

1.去某极参加反应

2.平衡某侧电荷,使溶液呈电中性

二.离子交换膜(阳离子、阴离子、质子)的作用

1.隔离某些物质,防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应

2.用于某些物质的制备:通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的物质

3.物质分离、提纯

三.示例

1.两室电解池

如:氯碱工业,如图

有关离子交换膜问题

阳极室中电极反应:2Cl-2e-===Cl2↑;

阴极室中的电极反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH

阴极区H放电,破坏了水的电离平衡,使OH浓度增大,阳极区Cl放电,使溶液中的c(Cl)减小,为保持电荷守恒,阳极室中的Na通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH结合,得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质,纯度较高,基本没有杂质。

阳离子交换膜的作用:只允许Na通过,而阻止阴离子(Cl)和气体(Cl2)通过。防止两极产生的H2和Cl2混合爆炸,又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。

2.三室电解池

如:利用三室电解装置制备NH4NO3,如图

有关离子交换膜问题

阴极的NO被还原为NH4,NO+5e-+6H===NH4+H2O,NH4 +通过阳离子交换膜进入中间室;

阳极的NO被氧化为NO3,NO-3e-+2H2O===NO3+4H,NO3通过阴离子交换膜进入中间室。

总反应:8NO+7H2O ==3NH4NO3+2HNO3,为使电解产物全部转化为NH4NO3,补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3

3.多室电解池,

如:利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸),如图

有关离子交换膜问题

电解稀硫酸的阳极反应:2H2O-4e-===O2↑+4H,产生的H通过阳离子交换膜进入产品室,原料室中的H2PO2穿过阴离子交换膜进入产品室,与H结合生成弱电解质H3PO2

电解NaOH稀溶液的阴极反应:4H2O+4e-===2H2↑+4OH,原料室中的Na通过阳离子交换膜进入阴极室。

四.例题分析

1.(2018·全国卷Ⅰ节选)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

有关离子交换膜问题

[解析] (2)根据题中的图示,左侧为电解池的阳极,右侧为电解池的阴极,离子交换膜均为阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阳极的电解质溶液为硫酸,所以阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H+O2↑,则阳极的氢离子会透过阳离子交换膜进入a室,与a室中的SO2碱吸收液中含有的Na2SO3发生反应生成NaHSO3,所以a室中的NaHSO3浓度增加。

[答案] (2)2H2O-4e-===4H+O2↑ a

2.氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”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)。下列叙述错误的是(  )

有关离子交换膜问题

A.通电后,阴极室溶液的pH增大

B.阳极电极反应式是2H2O-4e-===4H+O2

C.得到1 mol 产品HI,阳极室溶液质量减少8 g

D.通电过程中,NaI的浓度逐渐减小

解析:选C 通电后,阴极电极反应式为2H2O+2e-===2OH+H2↑,则溶液的pH增大,故a正确;阳极上发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===4H+O2↑,故b正确;根据阳极电极反应式可知得到1 mol 产品HI,则转移1 mol 电子,阳极室溶液质量减少9 g,故C错误;通电过程中,原料室中的Na移向阴极室,I移向产品室,所以NaI的浓度逐渐减小,故D正确。

3.【2012年北京卷25题节选】直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2

(2)在钠碱循环法中Na2SO3,溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制得,该反应的离子方程式是。

(3)吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32):n(HSO3)变化关系如下表:

有关离子交换膜问题

(4)当吸收液的pH降至约为6时,送至电解槽再生。再生示意图如图所示:

有关离子交换膜问题









①HSO3在阳极放电的电极反应式是HSO3-2e-+H2O=SO42+3H

②当阴极室中溶液pH升至8以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生原理:H在阴极得电子生成H2,溶液中c(H)降低,促使HSO3电离生成SO32,且Na进入阴极室,吸收液得以再生。

(责任编辑:化学自习室)
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