離子交換膜在電化學解題中的應用研究

何友潔

摘 要：現代化教育背景下，高中化學教育教學中會關注高考的試題傾向，這樣能幫助學生更有針對性的進行學習。近年來涉及離子交換膜的電化學試題頻繁出現在全國高考試題中，這種題型體現綜合考察性的特點，對學生的化學核心素養也有極高的要求。但現階段的高中化學教材中，很少有圍繞離子交換膜的介紹。面對這樣的情況，為了幫助學生的化學綜合素養的提升，讓學生更順應高考解題的需要，文章圍繞著離子交換膜在電化學中的應用及其解法展開分析。

關鍵詞：離子交換膜;電化學解題;應用途徑

在高中化學魯科版2019選擇性必修一第三章物質在水溶液中的行為提到離子反應，在離子反應中，圍繞離子反應發生的條件、離子反應的應用進行相關的探究。其中進一步的延伸就可以將離子交換膜呈現在學生眼前，離子交換膜的應用以及電解液介質對電極反應的影響，是近年來試題中出現較高頻率的內容。通過離子交換膜的功能在于選擇性的透過某些離子和阻止某些離子來隔離某些物質，電解液介質主要是對電極反應物的產物進行二次反應。

一、電化學中的交換膜和介質

對離子交換膜在電化學解題中的應用展開分析，要從宏觀層面對調化學中的交換膜和介質進行全面了解。交換膜的作用就是讓離子選擇性的定向遷移，主要目的是保障整個溶液離子濃度或電荷的平衡[1]。交換膜的主要作用就是在電化學中防止副反應的出現，防止各種不安全因素出現。交換膜在物質的制備、分離和提純中發揮著非常突出的作用。離子交換膜的主要類型就是陽離子交換膜、陰離子交換膜和特殊離子交換膜。在電化學中常見的介質包括CH3OH、O2燃料電池。

隔膜式離子交換膜的又一個別稱，它們都是高分子特殊材料所制成的。前文提到了離子交換膜的幾種類型，在陽離子交換膜的情況下是只允許陽離子通過，自身不允許應力通過。反之在陰離子交換膜的情況下，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。而在一種特殊類型的交換膜中，是只允許質子通過，不允許陽離子和陰離子通過。隔膜的作用就是將兩個極區相隔離，防止兩個極區內的物質出現接觸后發生化學反應，能選擇性的通過離子起到平衡電荷，形成閉合回路的效果。

二、離子交換膜在電化學解題中的應用

在解題過程中遇到離子交換膜的電化學生題時，題解題思路分為三個步驟，首先對題目進行仔細審核，了解離子交換膜的類型，從而明確這種離子交換膜允許哪種立即通過，這一步是非常關鍵的，也是基本。另外要寫出準確規范的電極反應式，判斷離子交換膜兩側離子的變化。最后圍繞題目的相關要求完成書寫規范作答，接下來就根據相關的題目進行分析，來了解離子交換膜在電化學解題中是如何應用的[2]。

例1 ：（ 2018 年全國卷Ⅲ27 題節選） KIO3 是一種 無機化合物，可作為食鹽的補碘劑，回答下列問題：

①寫出電解時陰極的電極反應式

②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為

其遷移方向是

在看到這一題目時，學生們首先要做的事情就是了解這道題考查的內容。這道題考察的是化學工業以及電化學相關知識，在解題過程中，離子交換膜是陽離子交換膜。根據圖1的內容，能發現陰極區為氫氧化鉀溶液，電極反應為水電離的氫離子放電，所以反應式為2H+ + 2e -==H2↑。在這樣的情況下，陰極區水的電離平衡容易被破壞，平衡向電離方向移動，OH- 本身的濃度也會增大，為了使溶液呈電中性，溶液中的陽離子需要向陰極遷移，這時候溶液中會大量存在k+遷移，方向是從左邊向右邊，即從a側到b側。透過這道題目能發現該題考查的主要是陽離子交換膜參與電解裝置圍繞著電極的極性、電極反應式的情況進行了考察。在這個題目中，要求電解反應是一定要準確規范地書寫明白，任何電解質溶液都呈電中性的知識點，就能順利解題。

例2：正在研發的鋰空氣電池能量密度高、成本低，可作為未來電動汽車的動力源，其中多孔電極材料催化劑使該電池表現出良好的循環性能。電池反應為2Li+O2===Li2O2。其工作原理如圖2。下列有關該電池的說法不正確的是（ ）

A.該電池的有機電解液可用鋰鹽的有機溶液

B.離子交換膜采用陰離子交換膜

C.電池充電時間越長，電池中Li2O2越多

D.電池工作時，正極反應可能經過兩個過程：

結束語：

綜上所說，在電化學解題中，離子交換膜的主要應用就是先讀題，判斷好離子交換膜的類型，然后寫出電極反應式，這樣就能判斷交換膜兩側離子變化，最后根據題目完成規范操作即可。

參考文獻：

[1]許海菊.淺談離子交換膜在電化學解題中的應用技巧[J].數理化學習（高中版），2021（08）：63-64.

[2]魏春明.“離子交換膜”在電化學中的應用[J].理科考試研究，2018，25（19）：53-56.