最新高考化学二轮题型必练——离子交换膜在交换膜里的应用
2020届高考化学二轮题型对题必练
——离子交换膜在交换膜里的应用
1. 电解法制备MnO 2的装置如图所示。下列说法不正确的是
A. 离子交换膜可选用质子交换膜
B. 阳极反应式为Mn 2++2H 2O ?2e ?=MnO 2+4H +
C. 阴极区溶液的pH 增大
D. 导线中通过1mole ?时,理论上阳极区溶液的质量减少44.5g
2. 双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用该装置可电解硫酸钠溶液以制取硫酸
和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是（）
A. a 气体为氢气,b 气体为氧气
B. A 溶液为氢氧化钠,B 溶液为硫酸
C. C 隔膜为阳离子交换膜,d 隔膜为阴离子交换膜
D. 该电解反应的总方程式可以表示为2Na 2SO 4+
6H 2O =电解2H 2SO 4+4NaOH +O 2↑+2H 2↑
3. 如图装置（Ⅰ）为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K +通过，
该电池充放电的化学方程式为；K 2S 4+3KI ?放电
充电 2K 2S 2+KI 3 ，装置（Ⅱ）为电解池的
示意图当闭合开关K 时，X 附近溶液先变红．则下列说法正确的是（ ）
A. 闭合K 时,K 十从左到右通过离子交换膜
B. 闭合K 时,A 的电极反应式为：3I ??2e ?=I 2
? C. 闭合K 时,X 的电极反应式为：2CI ??2e ?=Cl 2↑
D. 闭合K 时,当有0.1mo1K +通过离子交换膜,X 电极上产生标准状况下气体2.24L 4. 如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中
乙装置中X 为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( )
A. 反应一段时间后,乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠
B. 乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe ?2e -=F e 2+
C. 通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为
O 2-4e -+2H 2O =4OH -
D. 反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
5. 高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍 (Ni)、
铁作电极电解浓NaOH 溶液制备高铁酸钠(Na 2FeO 4)的装置如图所示。下列说法正确的是
A.铁是阳极,电极反应为Fe?2e?+2OH?=Fe(OH)2↓
B. 电解一段时间后,镍电极附近溶液的pH减小
C. 每制得1molNa2FeO4,理论上可以产生67.2L气体
D. 若离子交换膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有FeO42?
6.实验室采用电解法将CuCl转化为Cu和CuCl2，实验装置如下所示。下列说法正确
的是
A. 若隔膜为阴离子交换膜,则电解过程中,隔膜两侧盐酸的物质的量基本不变(忽略
盐酸的挥发)
B. M极可能为石墨,N极可能为铜
C. M极的电极反应式为CuCl?e?=Cu2++Cl?
D. 每处理1 mol CuCl,理论上消耗N2H4的质量为8 g
7.某热再生电池工作原理如图所示。放电后，可利用废热进行充电。已知电池总反应：
Cu2++4NH3?[Cu(NH3)4]2+ΔH＜0下列说法正确的是
A. 充电时,能量转化形式主要为电能→化学能
B. 放电时,负极反应为NH3?8e?+9OH?=no3?+6H2O
C. a为阳离子交换膜
D. 放电时,左池Cu电极减少6.4g时,右池溶液质量减少18.8g
8.乙醛酸(HOOC-CHO)是一种重要的有机合成中间体。在乙二酸( HOOC-COOH)电还
原法合成乙醛酸的基础上化学工作者创新性地提出双极室
成对电解法装置模型及工作原理如图所示。下列说法中错
误的是
A. 该离子交换膜应选择阳离子交换膜
B. HCl是制取乙醛酸反应的催化剂,并起导电作用
第2页，共14页
C. 该方法的总反应为OHC?CHO+HOOC?COOH=通电2HOOC?CHO
D. 乙二醛、乙二酸分别在阴、阳电极表面放电,故称为双极室成对电解法
9.国内某科技研究小组首次提出一种新型的Li+电池体系，该体系征集采用含有I-、
Li+的水溶液，负极采用固体有机聚合物，电解质溶液采用LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极分隔开（原理示意图如图）。已知：I-+I2=I3-，则下列有关判断正确的是
A. 图甲是原电池工作原理图,图乙是电池充电原理图
B. 放电时,正极液态电解质溶液的颜色变浅
C. 充电时,Li+从右向左通过聚合物离子交换膜
D. 放电时,负极的电极反应式为：
10.铬及其化合物在工农业生产中用途广泛,工业上常用双膜电解法制备铬,其电解示意
图如下,下列说法错误的是（）
A. 石墨电极为阳极,膜B为阳离子交换膜
B. 为了使电解反应持续进行,一段时间后,阳极室需要补充H2O
C. 阴极发生的电极反应式：Cr3++3e?=Cr
D. CrO3与CH3OH反应,每转移3N A e?,生成标况下11.2LCO2
11.Kolbe法制取乙烯的装置如图所示，电极a上的产物为乙烯
和碳酸根离子。下列说法正确的是
A. 该装置将化学能转化为电能
B. 图中为阳离子交换膜
C. 阴极周围溶液的pH不断减小
D. 每生成1mol乙烯,电路中转移2mol电子
12.实验室采用电解法将CuCl转化为Cu和CuCl2，实验装置如下图所示。下列说法正确
的是（）
A. 若隔膜为阴离子交换膜,则电解过程中,隔膜两侧盐酸的
物质的量基本不变(忽略盐酸的挥发)
B. M极可能为石墨,N极可能为铜
C. M极的电极反应式为CuCl?e?=Cu2++Cl?
D. 每处理1molCuCl,理论上消耗N2H4的质量为8g
13.装置(Ⅰ)为铁镍(Fe-Ni)可充电电池：Fe+NiO2+2H2O?放电
Fe(OH)2+Ni(OH)2；装置(Ⅱ)
充电
为电解示意图。当闭合开关K时，Y附近溶液先变红。下列说法正确的是（）
A. 闭合K时,X的电极反应式为：2H++2e?=H2↑
B. 闭合K时,A电极反应式为：NiO2+2e?+2H+=Ni(OH)2
C. 给装置(Ⅰ)充电时,B极参与反应的物质被氧化
D. 给装置(Ⅰ)充电时,OH?通过阴离子交换膜,移向A电极
14.下列有关工业生产的叙述中正确的是（）
A. 硫酸工业中,为了提高SO2的转化率,使用五氧化二钒作催化剂
B. 合成氨中通过及时分离液态氨来提高化学反应速率
C. 电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小
D. 电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法,可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
15.通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物,其装置如下图。下列说法不正确的是( ) Array
A. 阳极的电极反应式为4OH ??4e??=2H2O+O2↑
B. 阳极区c(H+)增大,H+由a室经阳离子交换膜进入b室
C. 外电路每转移0.2mol电子,有0.2molNa+从b室进入c室
D. c室得到Na2SO3的原因是OH?+HSO3?=H2O+SO32?
16.实验室采用电解法将CuCl转化为Cu和CuCl2，实验装置如下所示。下列说法正确
的是（）
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A. 若隔膜为阴离子交换膜,则电解过程中,隔膜两侧盐酸的物质的量基本不变(忽略
盐酸的挥发)
B. M极可能为石墨,N极可能为铜
C. M极的电极反应式为CuCl?e?=Cu2++Cl?
D. 每处理1mol CuCl,理论上消耗N2H4的质量为8g
17.通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物，其装置如下图。下列说法不正确的是
（）
A. 阳极的电极反应式为4OH??4e?=2H2O+O2↑
B. 阳极区c(H+)增大,H+由a室经阳离子交换膜进入b室
C. 外电路每转移0.2mol电子,有0.2molNa+从b室进入c室
D. c室得到Na2SO3的原因是OH?+HSO?3?=H2O+SO?32?
18.以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：
下列说法不正确的是（）
A. 在阴极室,发生的电极反应为：2H2O+2e?=2OH?+
H2↑
B. 在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H+浓度增大,使平衡
2CrO 42?+2H+Cr2O72?+H2O向右移动
C. 该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+
2H2↑+O2↑
D. 通过阳离子交换膜的离子主要是H+离子
19.下图中装置Ⅰ是原电池，电池总反应为：N2H4＋O2＝N2↑＋2H2O，离子交换膜只允
许H＋通过。装置Ⅱ为电解池，闭合开关K时，b极附近先变红色。下列说法正确的是
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A. 原电池负极发生的电极反应式为N 2H 4+4OH ??4e ?=N 2↑
+4H 2O
B. 电解池中,b 电极为阳极
C. 当有0.01molH +通过离子交换膜时,a 电极上析出气体112mL
D. 闭合K 后,电流方向为A →a →b →B →A
20. 以铬酸钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下所示，其原理为
2CrO 42?+2H +C r 2O 72?+H 2O 。下列说法不正确的是（ ）
A. 电解槽中的离子交换膜是阳离子交换膜
B. 在阴极室,发生的电极反应为2H 2O +2e ?=2OH ?+H 2↑
C.
该制备过程总反应的化学方程式为
D. 电解一段时间后,测定阳极液中K 和Cr 的含量,若K 与Cr 的物质的量之比为d,则此时铬酸钾的转化率为(2?d)
21. 下图装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，
其中的离子交换膜只允许K ＋通过，该电池充放电的化学方程式为2K 2S 2＋KI 3?放电
充电K 2S 4＋3KI ；装置(Ⅱ)为电解池的示意图，
当闭合开关K 时，X 附近溶液先变红。则下列说法正确的是()
A. 闭合K 时,K +从左到右通过离子交换膜
B. 闭合K 时,电极A 的反应式为3I ??2e ?=I?3?
C. 闭合K时,X的电极反应式为2Cl??2e?=Cl2↑
D. 闭合K时,当有0.1molK+通过离子交换膜,X电极上产生标准状况下气体2.24L
22.金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能
源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：
4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料
理论上能释放出的最大电能。下列不正确的是
A. 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液接触面积,且利于氧气扩散至电
极表面
B. 在M–空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换
膜
C. M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=
4M(OH)n
D. 比较Mg,Al,Zn三种金属–空气电池,Al–空气电池的理论比能量最高
答案和解析
1.【答案】C
由题中给的信息可知，锰离子在阳极失电子结合水生成二氧化锰，同时产生氢离子，反应式为：Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋；阴极氢离子得电子产生氢气，根据溶液呈电中性的原则，阳极产生的氢离子通过离子交换膜进入阴极，离子交换膜为质子交换膜，
A.根据以上分析可知，离子交换膜为质子交换膜，故A不符合题意；
B.阳极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故B不符合题意；
C.根据溶液呈电中性的原则，阳极产生的氢离子通过离子交换膜进入阴极，故阴极溶液PH不变，故C符合题意；
D.根据Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，通过1mol电子，产生0.5mol二氧化锰，和进入阴极的2mol氢离子的质量之和为44.5g。故D不符合题意。
故选C。
2.【答案】D
A.该电解装置的实质是用惰性电极电解Na2SO4溶液，左侧为阳极，电极反应为2H2O－4e–= O2↑+4H+，右侧为阴极，电极反应为2H2O－4e–= H2↑+4OH–，所以a气体为氧气，b气体为氢气，故A错误；
2.B.A溶液为硫酸，B溶液为氢氧化钠溶液，故B错误；
3.C.SO42–向阳极移动，Na+向阴极移动，所以c隔膜为阴离子交换膜，允许SO42–
通过，d隔膜为阳离子交换膜，允许Na+通过，故C错误；
4.D.由于装置的特殊性，可得产物O2、H2、H2SO4、NaOH，故D正确。
故选D。
3.【答案】A
当闭合开关K时，X附近溶液先变红，即X附近有氢氧根生成，所以在X极上得电子析出氢气，X极是阴极，Y极是阳极．与阴极连接的是原电池的负极，所以A极是负极，B极是正极。
A.闭合K时，A是负极，B是正极，原电池工作时，阳离子向正极移动，应从左到右通过离子交换膜，故A正确；
B.闭合K时，A是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为 3I－-2e－=I3-，故B 错误；
C.闭合K时，X电极是阴极，在阴极上溶液中的氢离子放电生成氢气，所以电极反应式为2H++2e-=H2↑，故C错误；
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D.闭合K时，当有0.1molK+通过离子交换膜，即有0.1mol电子产生，根据2H++2e-=H2↑关系式知，生成的氢气的物质的量为0.05mol，体积为1.12L（标况下），故D错误。故选A。
4.【答案】A
甲装置为甲醚燃料电池，充入氧气的一极发生还原反应，为电极的正极，充入甲醚的一极为电极的负极；乙装置为电解饱和氯化钠溶液的装置，根据串联电池中电子的转移，可知Fe电极为阴极，C极为阳极；丙装置为电解精炼铜的装置，精铜为阴极，粗铜为阳极。A.乙装置中铁电极发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑，根据电荷守恒知Na＋移向阴极，在铁电极处生成氢氧化钠，故A正确；
B.乙装置中铁电极发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑，故B错误；
C.正极发生还原反应，反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故C错误；
D.粗铜极除了铜发生氧化反应外，活动性在铜前面的杂质金属也会反应，但在精铜极，只有Cu2＋被还原，根据电荷守恒，硫酸铜溶液浓度减小，故D错误。
故选A。
5.【答案】D
A.用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠（Na2FeO4），铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，镍作阴极，电极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O，故A错误；
B.镍电极上氢离子放电生成氢气，氢离子浓度减小，所以溶液的pH增大，故B错误；
C.温度和压强未知，所以无法计算生成气体体积，故C错误；
D.若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有FeO42-，故D正确。
故选D。
6.【答案】A
7.【答案】D
8.【答案】D
A.由装置图可知，产生氯气的一极应为阳极，氯气氧化乙二酸同时产生氢离子，氢离子要向阴极移动，故离子交换膜为阳离子交换膜，故A正确；
B.从装置图中可看出，氯离子变为氯气，氯气又变为氯离子，可认为HCl是制取乙醛酸反应的催化剂，并起导电作用，故B正确；
C.两个电极都产生乙醛酸，总反应为OHC-CHO+HOOC-COOH=通电2HOOC-CHO，故C 正确；
D.乙二醛在阳极放电，乙二酸在阴极放电，故D错误。
故选D。
9.【答案】B
A.由“负极采用固体有机聚合物”知，固体有机聚合物在负极失电子，故图乙是原电池工作原理图，图甲是电池充电原理图，故A错误；
B.放电时，正极的电极反应式为I3-+2e-=3I-，I3-被还原为无色的I-，电解质溶液的颜色变浅，故B正确；
C.充电过程即为电解过程，阳离子从阳极移向阴极，所以充电时，Li+从左向右通过聚合物离子交换膜，故C错误；
D.放电时负极失电子，故D错误。
故选B。
10.【答案】A
A.石墨电极连接电源的正极，则为阳极，左侧发生还原反应，溶液剩余硫酸根，离子向右侧移动进入，则膜B为阴离子膜，膜A为阳离子膜，在中间生成硫酸，故A错误；
B.阳极室发生水提供的氢氧根放电，生成氧气，剩余氢离子向左移动，则该区域内水被消耗，一段时间后，阳极室需要补充水，故B正确；
C.阴极发生得电子的还原反应，生成单质铬，电极反应式为：Cr3++3e-=Cr，故C正确；
D.CH3OH碳元素化合价为-2，价态升高6价，生成二氧化碳，每转移3mol电子，生成
0.5mol二氧化碳，标况下体积为11.2L，故D正确。
故选A。
11.【答案】D
A.该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A错误；
B.a电极的电极反应式4OH?+?OOCCH2CH2C00??2e?=CH2=CH2↑+2CO32?+
2H2O，阴极区不断消耗OH-，故图中为阴离子交换膜，故B错误；
C.阴极上电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴极周围溶液的pH不断增大，故C错误；
D.据电极反应式4OH?+?OOCCH2CH2C00??2e?=CH2=CH2↑+2CO32?+2H2O，每生成1mol乙烯，电路中转移2mol电子，故Dz正确。
故选D。
12.【答案】A
由装置图可得，左侧为电解池，右侧为原电池，其中，通入氧气一极为正极，通入N2H4一极为负极，则M为阴极，N为阳极。
A.若隔膜为阴离子交换膜，隔膜两侧的H+既不参与反应，也不向膜的另一侧移动，所以电解过程中，隔膜两侧盐酸的物质的量基本不变，故A正确；
B.若N极为铜，则铜失电子，故B错误；
C.M为阴极，发生还原反应，应为CuCl+e-=Cu+Cl-，故C错误；
D.每转移1mol电子，阴阳两级各消耗1molCuCl，共2molCuCl；1molN2H4转化为1molN2，转移电子为4mol，根据电子守恒可知，每处理1 mol CuCl，转移电子为0.5mol，需要0.125molN2H4，质量为0.125mol×32g/mol=4g，故D错误。
故选A。
13.【答案】D
A.闭合开关K时，Y附近溶液变红，说明此电极产生OH-，电极反应式为：
2H2O+2e-=2OH-+H2↑，因此Y电极为阴极，则X为阳极，其电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，故A错误；
B.根据A选项分析，电极A应是电源的正极，根据原电池的总电极反应式，推出正极上的反应式为：NiO2+2H2O+2e-=Ni(OH)2+2OH-，故B错误；
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C.对装置（I）充电时，电极B应接电源负极，其电极反应式为：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，化合价降低被还原，故C错误；
D.给装置(Ⅰ)充电时为电解池，OH- 通过阴离子交换膜，移向A电极，故D正确。
故选D。
14.【答案】A
A. 氯化铁溶液能够腐蚀铜板，可以用来刻制印刷电路板，与盐类的水解无关，故A正确；
B. 泡沫灭火器的反应原理为碳酸氢钠与硫酸铝发生双水解反应生成二氧化碳，与盐类的水解有关，故B错误；
C. 氯化铵溶液水解显酸性，可以溶解铁锈，与盐类的水解有关，故C错误；
D. 醋酸铵溶液中的阴离子和阳离子的水解程度相同，导致溶液显中性，是水解的结果，故D错误。
15.【答案】C
通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物，根据装置图分析，电解池阳极发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，则阳极处OH-放电产生O2，阳极电极反应为：
4OH --4e -=2H2O+O2↑，阴极为物质得到电子，发生还原反应，考虑到溶液是碱性，则阴极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑；
A.根据图示可知，阳极氢氧根离子放电，生成氧气，阳极的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，故A正确；
B.阳极消耗氢氧根离子，故氢离子浓度增大，由a室进入b室，故B正确；
C.根据阳极电极反应式可知，外电路每转移0.2mol电子，a室有0.2mol氢离子进入b室，故为保持电荷守恒，有0.2mol阳离子从b室进入c室，外电路每转移0.2mol电子，不仅有Na+转移，还有H+从b室进入c室，故C错误；
D.c室中产生Na2SO3，阴极反应后溶液为碱性，则c室得到Na2SO3的原因是
OH-+HSO3-=H2O+SO32-，故D正确。
故选C。
16.【答案】A
由装置图可得，左侧为电解池，右侧为原电池，其中，通入氧气一极为正极，通入N2H4一极为负极，则M为阴极，N为阳极。
A.若隔膜为阴离子交换膜，隔膜两侧的H+既不参与反应，也不向膜的另一侧移动，所
以电解过程中，隔膜两侧盐酸的物质的量基本不变，故A正确；
B.若N极为铜，则铜失电子，故B错误；
C.M为阴极，发生还原反应，应为CuCl+e-=Cu+Cl-，故C错误；
D.每转移1mol电子，阴阳两级各消耗1molCuCl，共2molCuCl；1molN2H4转化为1molN2，转移电子为4mol，根据电子守恒可知，每处理1 mol CuCl，转移电子为0.5mol，需要0.125molN2H4，质量为0.125mol×32g/mol=4g，故D错误。
故选A。
17.【答案】C
通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物，根据装置图分析，电解池阳极发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，考虑到溶液是碱性，则阳极处OH-放电产生O2，阳极电极反应为：4OH --4e -=2H2O+O2↑，阴极为物质得到电子，发生还原反应，考虑到溶液是碱性，则阴极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑；
A.根据图示可知，阳极氢氧根离子放电，生成氧气，阳极的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，故A正确；
B.阳极消耗氢氧根离子，故氢离子浓度增大，由a室进入b室，故B正确；
C.根据阳极电极反应式可知，外电路每转移0.2mol电子，剩余0.2mol氢离子，进入b 室，故为保持电荷守恒，有0.2molNa＋从b室进入c室，外电路每转移0.2mol电子，不仅有Na+转移，还有H+，故C错误；
D.c室中产生Na2SO3，溶液为碱性，则c室得到Na2SO3的原因是OH-+HSO3=H2O+SO32-，故D正确。
18.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了电解原理，掌握电解池的反应原理和电极反应式为解题的关键，注意总反应与两极反应的联系，难度不大。
【解答】
A.电极均为惰性电极，在阴极室发生还原反应，水得电子变成氢气，电极反应为：2H2 O+2e- =2OH- +H2↑，故A正确；
B.阳极室发生氧化反应，水失去电子放电，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阳极区氢离子浓度增大，平衡右移，溶液逐渐由黄色变为橙色，故B正确；
C.阴极电极反应为：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，阳极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，
4CrO42-+4H+=2Cr2O72-+2H2O，故总制备方程式为4K
CrO4+4H2O=通电2K2Cr2O7+
2
4KOH+2H2↑+O2↑，故C正确；
D. 通过阳离子交换膜的离子为氢离子和钾离子，故D错误。
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故选D。
19.【答案】D
因为闭合开关K时，b极附近先变红色，据此推断b极是阴极，B是负极，A是正极，a 是阳极。
A.由于原电池中离子交换膜只允许H＋通过，所以负极发生的电极反应式为N2H4－4e－＝N2↑＋4H+，故A错误；
C.电解池中，b电极为阴极，故B错误；
B.当有0.01molH＋通过离子交换膜时，由于无法证明是标准状况下的条件，所以a电极上析出气体不一定是112mL，故C错误；
D.闭合K后，依据正电荷移动的方向是电流的方向，所以电流方向为A→a→b→B→A，故D正确。
20.【答案】C
通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物，根据装置图分析，电解池阳极发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，考虑到溶液是碱性，则阳极处OH-放电产生O2，阳极电极反应为：4OH --4e -=2H2O+O2↑，阴极为物质得到电子，发生还原反应，考虑到溶液是碱性，则阴极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑；
A.根据图示可知，阳极氢氧根离子放电，生成氧气，阳极的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，故A正确；
B.阳极消耗氢氧根离子，故氢离子浓度增大，由a室进入b室，故B正确；
C.根据阳极电极反应式可知，外电路每转移0.2mol电子，剩余0.2mol氢离子，进入b 室，故为保持电荷守恒，有0.2molNa＋从b室进入c室，外电路每转移0.2mol电子，不仅有Na+转移，还有H+，故C错误；
D.c室中产生Na2SO3，溶液为碱性，则c室得到Na2SO3的原因是OH-+HSO3-=H2O+SO32-，故D正确。
故选C。
21.【答案】A
当闭合开关K时，X附近溶液先变红，即X附近有氢氧根生成，所以在X极上得电子析出氢气，X极是阴极，Y极是阳极，与阴极连接的是原电池的负极，所以A极是负极，B极是正极。
A.闭合K时，A是负极，B是正极，原电池工作时，阳离子向正极移动，应从左到右通过离子交换膜，故A正确；
B.闭合K时，A为原电池的负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为
2K2S2-2e-=K2S4+2K+，故B错误；
C.闭合K时，X为电解池的阴极，发生反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故C错误；
D.闭合K时，当有0.1molK+通过离子交换膜，即有0.1mol电子产生，根据
2H2O+2e-=H2↑+2OH-关系式知，生成的氢气的物质的量为0.05mol，体积为1.12L（标况
下），故D错误。
故选A。
22.【答案】B
A.反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面，从而提高反应速率，故A 正确；
B.负极上Mg 失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则阴极区溶液不能含有大量OH?，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜，故B 正确；
C.正极上氧气得电子和水反应生成OH?，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2+2H2O+4e?=4OH?，故C 错误；
D.电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，假设质量都是1g 时，
这三种金属转移电子物质的量分别为
1g
24g/mol
×2=1
12
mol，1g
27g/mol
×3=1
9
mol，
1g 65g/mol ×2=1
32.5
mol，
所以Al? 空气电池的理论比能量最高，故D 正确。
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离子交换树脂的种类和性能
离子交换树脂的种类和性能 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。 离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。 在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。 离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。 离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl
膜过滤技术及其应用范围介绍
膜过滤技术及其应用范围介绍 北京陶普森膜应用工程技术有限公司孙永杰 过滤是分离液体中固体性颗粒的常用方法之一。我们熟悉的土壤就是一个天然过滤器，池塘、湖泊和河流中的地表水在通过不同类型的土壤之后，渗透聚积成相对洁净的地下水，土壤让水透过的时候截留了其它成分，如颗粒物和污染物等，而渗透到深处的地下水得到了净化。 过滤是实验室常用的物料分离技术。从筛网、滤纸到膜滤器等技术手段的延伸、发展，促进了产品提纯技术的提高，净化效果明显，分离精度大大提高。在能量消耗，过滤效果和操作简便方面，相比于传统的分离方法如蒸馏或结晶，膜过滤技术的表现优于其他分离过程。在许多分离领域，膜过滤克服了传统技术局限性，尤其对生化或药物的加工应用过程，膜技术的应用提高了产品品质和收率，因为其中的蛋白质和有效成分大多是热敏感的。因膜过滤为物理过滤方式，膜材质稳定性强，经验证的实验室过滤工艺，很容易被放大和改进，更易成功应用到实际的大规模生产中。 在生物和制药技术行业的许多领域，包括食品和饮料行业，生物技术和饮用水处理行业，都普遍使用过滤膜用于过滤。 过滤膜的工作原理：膜过滤器的原理类似于上面提到的地下水渗透过程，人工制备的膜相当于地表土层，待过滤的溶液中一部分的小分子物质可以通过薄膜的微孔，其渗透性取决于孔的大小。比滤膜孔更小的颗粒可透过滤膜，而比滤膜孔大的颗粒就被截留下来。
一般情况下，膜的孔径决定了应用，根据孔径的大小，将不同的过滤膜技术分为四类：微滤，超滤和纳滤以及反渗透。 1. 微滤膜技术 过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。在微生物实验中经常被使用孔径为0.1μm至0.2μm的膜，可以分离出酵母菌和细菌，是一种温和快速的杀菌方法。在工业化生产上，这种滤膜技术通常为过滤器的滤芯，广泛应用在医药，食品和饮料工业生产线中。例如，生物制药厂用于生物反应器中微生物生长阶段之后的“收获”和细菌菌体的分离，废水处理或浑浊液的油水分离等。 2. 超滤膜技术 超滤技术常常用于大分子的浓缩和脱水，超滤膜过滤“孔径”在0.1μm和0.01μm之间。由于该技术主要用于分离或浓缩蛋白质分子，所以膜的过滤孔径被定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC)，单位为道尔顿(质量单位，等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示可被膜截留的球状分子的小分子量。为了安全起见，应总是选择MWCO值至少比要分离的大分子的分子量高20%。这种膜过滤技术的应用操作压力，通常在2-10巴之间。 3.纳滤技术 是纳米级过滤技术的简称，纳米级过滤的膜过滤器，其孔径小于0.005μm，可截留更小的有机分子和大部分盐类物质，以及重金属离子等。陶普森纳米级过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在10-80巴之间。
高考中有关离子交换膜的电化学试题
高考中有关离子交换膜的电化学试题 离子交换膜是一种对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因在应用时主要是利用它的离子选择透过性，又称为离子选择透过性膜．离子交换膜法在电化学工业中应用十分广泛。教材中并未专门介绍，一般是在讲解氯碱工业时介绍阳离子交换膜的应用，但在近年考试中涉及离子交换膜原理的考题屡见不鲜．一、交换膜的功能： 使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。 二、交换膜在中学电化学中的作用： 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，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。 2.用于物质的制备、分离、提纯等。 三、离子交换膜的类型： 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。 四、试题赏析： 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子交换膜移向A极．下列分析正确的是 A．溶液中c(A2＋)减小 B．B极的电极反应：B－2e－= B2＋ C．Y电极上有H2产生，发生还原反应
D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解 2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是 A．放电时正极反应为：NiOOH＋H 2O＋e－→Ni(OH) 2 ＋OH－ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H 2 O＋e－ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度 越高 3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为 2Ag＋Cl 2 ＝2AgCl。下列说法正确的是 A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子4.(2013·浙江高考·11)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后, 蓝色逐渐变浅。已知:3I 2+6OH-=I+5I-+3H 2 O 下列说法不正确的是( ) A.右侧发生的电极反应式:2H 2O+2e-=H 2 ↑+2OH-
离子交换树脂的交换原理是什么
离子交换树脂的交换原理是什么 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成； (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它 置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有
关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 （文档由洛阳宏昌工贸整理提供）
膜分离技术的介绍及应用讲解
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
最新高考化学二轮题型必练——离子交换膜在交换膜里的应用
2020届高考化学二轮题型对题必练 ——离子交换膜在交换膜里的应用 1. 电解法制备MnO 2的装置如图所示。下列说法不正确的是 A. 离子交换膜可选用质子交换膜 B. 阳极反应式为Mn 2++2H 2O ?2e ?=MnO 2+4H + C. 阴极区溶液的pH 增大 D. 导线中通过1mole ?时,理论上阳极区溶液的质量减少44.5g 2. 双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用该装置可电解硫酸钠溶液以制取硫酸 和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是（） A. a 气体为氢气,b 气体为氧气 B. A 溶液为氢氧化钠,B 溶液为硫酸 C. C 隔膜为阳离子交换膜,d 隔膜为阴离子交换膜 D. 该电解反应的总方程式可以表示为2Na 2SO 4+ 6H 2O =电解2H 2SO 4+4NaOH +O 2↑+2H 2↑ 3. 如图装置（Ⅰ）为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K +通过， 该电池充放电的化学方程式为；K 2S 4+3KI ?放电 充电 2K 2S 2+KI 3 ，装置（Ⅱ）为电解池的 示意图当闭合开关K 时，X 附近溶液先变红．则下列说法正确的是（ ） A. 闭合K 时,K 十从左到右通过离子交换膜 B. 闭合K 时,A 的电极反应式为：3I ??2e ?=I 2 ? C. 闭合K 时,X 的电极反应式为：2CI ??2e ?=Cl 2↑ D. 闭合K 时,当有0.1mo1K +通过离子交换膜,X 电极上产生标准状况下气体2.24L 4. 如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中 乙装置中X 为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( ) A. 反应一段时间后,乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠 B. 乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe ?2e -=F e 2+ C. 通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为 O 2-4e -+2H 2O =4OH - D. 反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变 5. 高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍 (Ni)、 铁作电极电解浓NaOH 溶液制备高铁酸钠(Na 2FeO 4)的装置如图所示。下列说法正确的是
膜分离技术及其应用_童汉清
膜分离技术及其应用 童汉清 海金萍 (蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030) 摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。 关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 0 前言 膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。 现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。 1 反渗透膜及其应用 1.1 反渗透膜的性能 反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。 反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。 1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。 1.3 反渗透膜的应用 1.3.1 海水淡化 反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。 1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩 膜浓缩是在常温下进行的。用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。 19 《化工装备技术》第20卷第2期1999年
高考化学复习 专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用 (2)
专题7 离子交换膜在电化学装置中的应用 日期：2019年11月10日 学号姓名 1．（2018年11月浙江选考17题）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。 下列说法不正确 ．．．的是（） A．右边吸附层中发生了还原反应 B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－＝2H2O C．电池的总反应是2H2 ＋O2＝2H2O D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动 2．（2019年高考天津卷6题）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌--碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是 A.放电时，a电极反应为I2Br－+ 2e－=2I－+ Br－ B.放电时，溶液中离子的数目增大
C.充电时，b 电极每增重0.65 g ，溶液中有0.02mol I － 被氧化 D.充电时，a 电极接外电源负极 3．（2019 年全国卷 I 12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV 2+/MV +在电极与酶之间传递电子，下列说法错误的是 A ．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B ．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2 + 2MV 2+ = 2H + + 2MV + C ．正极区，固氮酶为催化剂，N 2发生还原反应生成NH 3 D ．电池工作时，质子通过交换膜由负极区向正极区移动 4．（2016年全国卷 I 11）三室式电渗析法处理含 Na 2SO 4 废水的原理如图3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 42－ 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(B ) A ．通电后中间隔室的SO 42－向正极迁移，正极区溶液pH 增大 B ．该法在处理含Na 2SO 4。废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品 C ．负极反应为2H 2O － 4e - = O 2＋ 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0.5 mol 的O 2生成 5．（2018年全国卷Ⅰ 27节选）焦亚硫酸钠(Na 2S 2O 5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应有广泛，加答下列问题： MV + MV 2+ N 2 NH 3 H 2 H + MV + MV 2+ 电 极 电 极 氢化酶 固氮酶 2SO 4负极区正极区 浓Na 2SO 4溶液a b c d ＋－
离子交换树脂结构及交换原理
一．氢型与钠型阳离子交换树脂是什么? 氢型阳离子交换树脂（有时简称氢型树脂）是一种人造有机聚合物产品。最常用的原料是：苯乙烯或丙烯酸（酯），先经过聚合反应生成具有三度空间立体网状结构的聚合物骨架（树脂母体），再于骨架上导入不同的「化学活性基」而成。由于它的活性基，如磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）等，都含有活性氢离子，可在水中解离出来，用于与其它阳离子进行交换，所以特别在阳离子树脂名称之前再冠上“氢型”两字，以与同一系统的“钠型”种类有所区别。不过“钠型”可以利用强酸处理成为“氢型”，“氢型”也可以用氢氧化钠或食盐水溶液处理成为“钠型”，即二者可以互相转换。氢型阳离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。和其它离子交换树脂一般，常被制成颗粒状，外观看起来有些像鱼卵，粒径大约在0.3-1.2 mm之间，但大部分在0.4-0.6 mm范围内。化学性质相当稳定，摸起来硬而有弹性，机械强度也足够承受相当压力，颜色由白色至近乎黑色都有，颜色浅时呈透明状，深时呈半透明状，都有光鲜亮丽的树脂光泽。氢型阳离子交换树脂最常应用的地方，就是硬水的软化，即让硬水流过树脂层，把硬水中的硬度离子，如钙、镁等离子吸收在树脂中，就变成不带硬度离子的软水了，这也是阳离子交换树脂最初被制造的主要目的，但它在工业上应用没有「钠型」来的多，因为在软化过程中，它会直接释出氢离子，使水质呈酸性，可能会因此腐蚀相关金属设备。依需要的不同，它也可以应用到水质预处理工艺中，用作软化水质及降低pH值之用。 二离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如2．1所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成： (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高
离子交换树脂注意事项
2015离子交换树脂的贮存和装填 一、Lewatit 离子交换树脂的贮存 1、要保持树脂的水分。Lewatit树脂出厂时，其含水率是饱和的，在贮存过程中必须防止水分的消失。建议将离子交换树脂储存于干燥、没有阳光直射的室内.如发现树脂变干时，切忌将树脂直接置于水中浸泡，而应该将它置于饱和食盐水中浸泡，使树脂缓慢膨胀，然后再逐渐稀释食盐水溶液。 2、应将树脂贮存在产品资料中推荐的合适温度下。若贮存的温度过高，容易引起树脂交换基团的分解和微生物污染。若贮存在水的冰点之下，会使树脂内的水分冻结。如果树脂冻结，不能用机械方法处理，将其置于环境温度中逐步解冻。在处理或使用前，应当使树脂完全解冻。不能试图去加速解冻过程。 3、防止树脂受到污染。树脂贮存时要避免和铁容器、氧化剂和油类物质直接接触，以免树脂被污染或被氧化降解。 4、贮存期不要超过产品资料中的推荐值。 二、树脂的装填 1、离子交换器在装填树脂前要彻底清理和检查。确保所有接受树脂的容器在装树脂前是清洁的并用去离子水淋洗过。 2、用去离子水将树脂装入再生塔中，在再生塔中加入去离子水，以使下部排水管免受树脂的冲击。建议用水力引入器将混合水的树脂装入容器。也可以“倒”入容器，但是要始终将液面保持在树脂层上面。不要用机械泵装填树脂。速率最大不超过1m/s,水和树脂的混合比例>2:1。 3、确信去离子水的液面至少高于已经装入的树脂床的0.5m以上。然后将树脂浸泡在去离子水中至少2小时。浸泡时间越长越好，对树脂无害。（对于弱碱性和中碱性树脂（Lewatit MP 62，MonoPlus MP 64等）必须过夜使之浸泡透，防止反洗时损失树脂。 4、浸泡结束后，仔细并彻底反洗树脂约30min。除去所有的树脂细颗粒以及在装填过程中带入的外界杂质。可能会有一些细树脂，也可能没有。反洗出口处不应该有视窗，其会妨碍树脂细颗粒的去除。所有的细颗粒必须反洗出容器。小心不要将好的树脂也反洗出容器。阳树脂的反洗流出液开始的时候可能是棕色的，不必担心，这是磺酸树脂的共有特点，继续反洗，一直到反洗液澄清无细颗粒。推荐分步反洗，每次反洗50％的树脂，反洗速率根据各树脂的技术资料。阴树脂和阳树脂最好使用两个不同的反洗塔，防止交叉污染。 5、在所有的过程中，需要使用去离子水，如果没有去离子水，先用原水反洗阳离子树脂，然后用阳离子树脂软化后的原水，反洗和装填阴树脂。 5、第一次使用树脂前，使用倍量再生剂，再生树脂。注意：只需要增加再生剂的量，不要增加再生剂的浓度。 6、由于树脂在再生过程中会膨胀，所以推荐先装填90％的树脂，再生，淋洗，然后根据树脂的膨胀程度补填剩余的树脂 离子交换树脂床正确的反洗和再生 只有对离子交换树脂床采用适当的反洗和再生措施，才可以使离子交换树脂床正常有效的运行。如果反洗和再生的措施不恰当，可能会导致下列问题： a）树脂床的压降增高 b）由于额外的机械压力，会导致树脂颗粒易破碎 c）离子柱出口出的离子泄漏增大
高考化学专项突破 离子交换膜在电化学装置中的应用
高考化学专项突破----离子交换膜在电化学装置中的应用 一、离子交换膜的功能：使离子有选择性的定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。 二、离子交换膜在电化学中的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触。 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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 (3)用于物质的制备、分离、提纯等。 三、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，简称阳膜，只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。 注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。②同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。 四、离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈中性的原则，判断膜的类型。判断时首先写出阴、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，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 五、真题再现 1、(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+ 在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是 A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2+2MV2+2H++2MV+ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【答案】B 【解析】 【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+?e?= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池
离子交换树脂的研究现状与应用
离子交换树脂 摘要：本文综述了离子交换树脂的发展历史、分类；在各领域的应用、树脂的使用和保管方法及其发展前景等。 关键词：离子交换树脂；分类；应用；保管 1 引言 离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换、选择、吸附和催化等功能，在工业高纯水制备、医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。近年来，离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化，其生产和应用也都得到了很大的发展。 我国自20世纪50年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展，国内常规离子交换树脂的制备和应用技术已经较为成熟，水平与国外相当。离子交换树脂主要应用于电力、食品、医药、电子和冶金等行业，随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高，促使常规的离子交换树脂生产和应用技术不断完善，同时催生了许多新型的生产工艺不断涌现，使得离子交换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 2 离子树脂的分类 依据离子交换树脂所带活性基团的性质，离子交换树脂课分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离子交换树脂;能与水中的阴离子进行交换反应的称为阴离子交换树脂。根据活性基团上Hˉ和OHˉ电离的强弱程度，又可以分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂，以及强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。 2.1强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3ˉ，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸
高考化学中离子交换膜试题
高考中有关离子交换膜的电化学试题 一、交换膜的功能： 使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。 二、交换膜在中学电化学中的作用： — 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，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。 2.用于物质的制备、分离、提纯等。 三、离子交换膜的类型： 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。 四、试题赏析： — 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子交换膜移向A极．下列分析正确的是（） A．溶液中c(A2＋)减小 B．B极的电极反应：B－2e－= B2＋ C．Y电极上有H2产生，发生还原反应 D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解 \2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是（） A．放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H2O＋e－ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 、 3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（） A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少mol离子 - 4.(2013·浙江高考·11)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I2+6OH- =IO3-+5I-+3H2O 下列说法不正确的是() A.右侧发生的电极反应式: 2H2O+2e- = H2↑+2OH- B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3- ， C.电解槽内发生反应的总化学方程式: KI+3H2O KIO3+3H2↑ D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
离子交换膜电化学中的应用
1.如图所示阴阳膜组合电解装置用于循环脱硫，用NaOH溶液在反应池 中吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解又制得 NaOH。其中a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石 墨，产品C为H2SO4溶液。下列说法正确的是（） A. b为只允许阳离子通过的离子交换膜 B. 阴极区中B最初充入稀NaOH溶液,产品E为氧气 C. 反应池采用气、液逆流方式,目的是使反应更充分 D. 阳极的电极反应式为 2.如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化学能直接转化为电 能，下列说法中一定正确的是（） A.质子透过阳离子交换膜由右向左移动 B. 电子流动方向为 C. M电极反应式： D. 当M电极微生物将废水中 g淀粉转化掉时,N电极产生 L 标况下 3.三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SO42-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. 通电后中间隔室的离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B. 该法在处理含废水时可以得到NaOH和产品 C. 负极反应为,负极区溶液pH降低 D. 当电路中通过1mol电子的电量时,会有的生成 4.某电源装置如图所示，电池总反应为2Ag+Cl2=2AgCl．下列说法正确的是（） A. 正极反应为 B. 放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C. 若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D. 当电路中转移时,交换膜左侧溶液中约减少离子 5.科学家用氮化镓（GaN）材料与铜作电极组装如图所示的人工光合系统，成功地实现了
膜分离的发展及其工业应用
膜分离技术的发展及其工业应用 摘要:膜分离技术作为新型高科技分离技术之一,倍受众多工业的关注。综述了膜分离技术的发展,及今后的发展趋势,对其在石化行业、水处理、食品行业主要工业应用进行较为详细的阐述。 关键词:膜分离技术;膜发展;膜应用 分离技术的发展与人类的生产实践密切相关,伴随着生产力的发展,科学技术的进步,分离的方法也从简到繁,从低级到高级,工艺从一种方法到多种联用。已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术,膜分离技术等。 膜分离技术[1],顾名思义,是利用一张特殊制造的,有选择透过性能的薄膜,在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。实践证明,当不能经济地用常规的分离方法得到较好的分离时,膜分离作为一种分离技术往往是非常有用的,并且膜分离技术还可以和常规的分离方法结合起来使用,使分离技术投资更为经济。表1是几种主要的膜分离过程及其传递机理,推动力,透过物,膜类型的比较。 表1几种主要的膜分离过程 1发展史 膜分离在生物体内广泛存在,而人们对其的认识、利用、模拟,及至目前的人工合成的过程却是极其漫长而曲折的。膜分离技术发展大致可分为3个阶段: ——50年代,奠定基础的阶段,主要是对膜分离科学的基础理论研究和膜分离技术的初期工业开发; ——60年代～80年代,发展阶段,主要是使一些膜分离技术实现工业化生产,同时又开发研制了几种重要膜分离过程; ——90年代～至今,发展深化阶段,主要是不断提高已实现工业化的膜分离水平,扩大使用范一些难度较大的膜分离技术的开发得到突飞猛进的发展,并开拓了新的膜分离技术。
1.1膜分离技术的起源 200多年前,Abbe Nollet在1748年观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进入瓶中,发现了渗透现象。但是,直到19世纪中叶Gra-ham发现了透析(Dialysis)现象,人们才开始对膜分离现象重视起来,并开始研究。最初,许多生理学家使用的膜主要是动物膜。1867年Moritz Taube制成了人类历史上第一张合成膜——亚铁氰化钠膜,并以近代的观点予以论述。随后,Preffer用这种膜在蔗糖和其他溶液进行试验,把渗透压和温度及溶液浓度联系起来。接下来Van′t Hoff以Preffer的结论为出发点,建立了完整的稀溶液理论。1911年Donnan研究了荷电体传递中的平衡现象。1920年,Gibbs从热力学角度提供了认识渗透压现象和它与其他热力学性能关系的理论。1925年世界上第一个滤膜公司(Sartorius)在德国Gottingen公司成立。1930年Treorell Meyer,Sievers等对膜电动势的研究,为电渗析和膜电极的发明打下了基础。1950年W.Juda等试制成功第一张具有实用价值的离子交换膜,电渗析过程得到迅速发展。 1.2膜分离技术的发展 60年代末期,加利福尼亚大学的Yuster、Loeb、Sourirajan等对膜材料进行了广泛的筛选工作,结果发现乙酸纤维素也具有特殊的半透性质。为了改进乙酸纤维素的透水性能,他们采用过氯酸镁水溶液为添加剂,经过反复试验,终于在1960年首次制成世界上具有历史意义的高性能非对称的乙酸纤维素反渗透膜,这使得Allied-Singned公司开创了RO工业应用的时代。随后,制膜技术不断机械化、自动化,膜的形式也从平板膜发展到管式膜及中空膜等。1971年Du Pont化学公司也推出三醋酸纤维素中空纤维透过器。微滤、反渗透、超滤、透析及气体分离等膜分离技术都在60～80年代相继得到迅速发展。 1.3发展趋势 近10多年来世界各国对膜分离技术的重视,极大地促进膜技术的发展,90年代Get Gmb H公司推出了渗透蒸发。中科院近来开发的某种新型渗透汽化膜及其工艺过程,将变革MTBE 的生产工艺,产生可观的经济效益。近几年开发的纳滤膜分离技术,其膜的孔径比反渗透膜稍大,截留粒子的直径为几个nm,分子量为200～500,允许通过单价离子,低分子量有机溶剂。我国对纳滤技术的开发和应用也相当广泛。 随着新型膜材料的开发和膜过程的改进,膜分离技术将不仅可以替代某些单元操作,而且可以与许多单元操作相结合,以取得更好的分离效果。例如将膜分离技术与催化反应结合起来形成膜反应器 1 膜分离技术概述 随着纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程,纳滤膜分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。 1.1 微滤 微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下[(50~100) kPa],溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为(0.1~20)Lm的对称微孔膜,只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使溶液或水得到净化。微滤技术是目前所有膜技术中应用最广、经济价值最大的技术。主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等。在微滤方面今后应着重研究开发廉价膜组件;耐高温抗溶剂的膜及组件;不污染,易清洗的长寿命膜。 1.2 超滤 超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤的分离技术,可用于传统分离手段较难处理的恒沸物、近沸物系的分离,微量水的脱除及水中微量有机物的去除。渗透蒸发是利用溶液的吸附扩散原理,以膜两侧的蒸汽压差[(0~100)kPa])做为推动力,使一些组分首先选择性地溶解在膜料液的侧表面,再扩散透过膜,最
离子交换膜与离子交换树脂的比较
离子交换膜又称“离子交换树脂膜”或“离子选择透过膜”。这是因为离子交换膜与用于水处理领域的粒状离子交换膜树脂,具有基本相同的结构,而且早期的离子交换膜就是使用离子交 换树脂,通过加入粘合剂混炼拉片,然后加网热压成为膜状物的,所以,有“离子交换树脂漠”之称。但是,离子交换膜和离子交换树脂之间,除形状之差而外,还有着根本不同的作用原理:离子交换树脂是通过离子的吸附、药品溶离和再生的离子交换机能进行脱盐,但离子交换膜不是通过离子交换的机能,而是以选择透过为其主要机理,将离子作为一种选择性通过的媒介物。此外,在应用方法上也不相同,例如,离子交换树脂的使用过程包含着处理、交换、再生等步骤,而离子交换膜在应用过程中,可以连续作用,不必再生。由此看来,与其称为离子交换膜,不如称为“离子选择透过膜”更为确切。不过,根据长期的习惯,人们还是沿称“离子交换膜”。 离子交换膜与离子交换树脂 离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类。 而离子交换树脂就属于非均相膜 ①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应引入所需功能基。也可通过甲醛、苯酚等单体聚合制得。 ②非均相膜。用粒度为200～400目的离子交换树脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合后加工成膜制得。 下面给一些离子交换树脂的具体资料: 离子交换树脂分为阴阳两种类型，阳离子交换树脂又分为强酸性和弱酸性，阴离子交换树脂分为强碱性和弱碱性。 水通过阳离子交换树脂时变为酸性，再通过阴离子交换树脂变为中性后回到水族箱中，因此使用离子交换树脂时，要强酸性与强碱性、弱酸性与弱碱性配对使用，离子交换树脂依其听附对象的不同又分为H型，OH型CI型和NA型，水族箱适用NA型，（钠型）其目的是软化水质。 阳离子交换树脂的再生可用5%--10%盐酸、0.5%--5%硫酸、10%的食盐水或海水其中之一种，阴离子交换树脂的再生可用2%--10%氢氧化钠、2%--4%氨水或10%食盐水其中之一种，均浸泡24小时。离子交换树脂也是一种化学滤材 载体不同 后者属于前者，后者是前者所包含的物质之一。 如果还要细分的话还有正离子交换膜，负离子交换膜等。 水处理设备网讯：离子交换膜和球状离子交换树脂在化学结构上是相同的，所以有人称它为膜状的离子交换树脂。早期是利用粉碎的离子交换树脂加入粘合剂制成薄膜，故称为离子交换（树脂）膜。因为在膜中存在粘合剂，活性基团将会分布不均，故又称为异相（非均质）离子交换膜。随着制膜技术不断发展，近
离子交换膜
离子交换膜的研究进展与工业应用 摘要:简要介绍了离子交换膜的发展背景及工业应用，主要介绍了均相离子交换膜，也是未来离子交换膜的主要研究发展方向 关键词：离子交换膜、发展背景、工业应用、均相离子交换膜 1 离子交换膜技术 1.1离子交换膜的基本概念 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。[1]离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物膜五种类型。离子交换膜的构造和离子交换树脂相同，但为膜的形式。根据膜体结构(或按制造工艺)的不同，离子交换膜分为异相膜、均相膜和半均相膜三种。无论是均相膜还是非均相膜，在空气中都会失水干燥而变脆或破裂，故必须保存在水中[2]。 1.2离子交换膜的原理[3] 和粒状离子交换树脂一样，离子交换膜中的功能团在水溶液中会发生离解，产生阳(或阴)离子进入周围的溶液，致使膜带有负(或正)电荷，为保持电性中和，膜就会吸引外部溶液中的阳(或阴)离子，通过膜的离解和吸引作用全过程，使得外部溶液中的阳(或阴)离子从膜的一侧选择透过到另一侧，而不会或很少使溶液中与膜带同性电荷的离子透过。如果使用阴离子交换膜，因为膜孔骨架上的正电基构成强烈的正电场，就使得只准阴离子透过，而阳离子不会透过。同时，阳极 2-)来说，区产生的H+不能进入阴极区。对于溶液中各种不同的反电离子(OH-；S0 4 由于它们在膜中的扩散系数各不相同(例如水合离子半径不同)，以及膜中空隙筛过离子的能力不同，因此，采用离子交换膜能够进行分离，正是利用这种选择透过性。从以上膜的工作原理看，外部溶液与膜之间的离子传递，并不是真正的离子交换，而是选择渗析，这两者的工作原理差别很大。粒状离子交换树脂在使用上需要分为吸附一淋洗(解吸)一再生等步骤。而离子交换膜不需再生等步骤，可以连续作用，同时，两者在工业上的使用范围也有很大的不同，前者主要用于富集和分离相似元素，后者主要用于渗析、电渗析和作为电解过程的隔膜等。 1.3离子交换膜的发展背景 Juda[1]在1949年发明了离子交换膜，并于1950年成功地研制了第一张具有商业用途的离子交换膜，1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上[4]。从此离子交换膜成为一个新的技术领域受到日本及欧美等国的充分重视。50余年来，在应用过程中对离子交换膜做了很多改进，从初期性能差的非均相发展到适合于工业生产的、性能较好的均相离子交换膜，从单一电渗析水处理用膜发展到扩散渗析用膜、离子选择透过性膜和抗污染用膜．应用方面除了通常的电渗析外，还拓展到电解、渗透蒸发、质子燃料电池及其电渗析为基础的过程集成[6]。 我国离子交换膜的研制始于20世纪60年代，当时研制的是非均相膜，主要用于苦