离子交换膜在电化学解题中的应用研究

何友洁

摘 要：现代化教育背景下，高中化学教育教学中会关注高考的试题倾向，这样能帮助学生更有针对性的进行学习。近年来涉及离子交换膜的电化学试题频繁出现在全国高考试题中，这种题型体现综合考察性的特点，对学生的化学核心素养也有极高的要求。但现阶段的高中化学教材中，很少有围绕离子交换膜的介绍。面对这样的情况，为了帮助学生的化学综合素养的提升，让学生更顺应高考解题的需要，文章围绕着离子交换膜在电化学中的应用及其解法展开分析。

关键词：离子交换膜;电化学解题;应用途径

在高中化学鲁科版2019选择性必修一第三章物质在水溶液中的行为提到离子反应，在离子反应中，围绕离子反应发生的条件、离子反应的应用进行相关的探究。其中进一步的延伸就可以将离子交换膜呈现在学生眼前，离子交换膜的应用以及电解液介质对电极反应的影响，是近年来试题中出现较高频率的内容。通过离子交换膜的功能在于选择性的透过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质，电解液介质主要是对电极反应物的产物进行二次反应。

一、电化学中的交换膜和介质

对离子交换膜在电化学解题中的应用展开分析，要从宏观层面对调化学中的交换膜和介质进行全面了解。交换膜的作用就是让离子选择性的定向迁移，主要目的是保障整個溶液离子浓度或电荷的平衡[1]。交换膜的主要作用就是在电化学中防止副反应的出现，防止各种不安全因素出现。交换膜在物质的制备、分离和提纯中发挥着非常突出的作用。离子交换膜的主要类型就是阳离子交换膜、阴离子交换膜和特殊离子交换膜。在电化学中常见的介质包括CH3OH、O2燃料电池。

隔膜式离子交换膜的又一个别称，它们都是高分子特殊材料所制成的。前文提到了离子交换膜的几种类型，在阳离子交换膜的情况下是只允许阳离子通过，自身不允许应力通过。反之在阴离子交换膜的情况下，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。而在一种特殊类型的交换膜中，是只允许质子通过，不允许阳离子和阴离子通过。隔膜的作用就是将两个极区相隔离，防止两个极区内的物质出现接触后发生化学反应，能选择性的通过离子起到平衡电荷，形成闭合回路的效果。

二、离子交换膜在电化学解题中的应用

在解题过程中遇到离子交换膜的电化学生题时，题解题思路分为三个步骤，首先对题目进行仔细审核，了解离子交换膜的类型，从而明确这种离子交换膜允许哪种立即通过，这一步是非常关键的，也是基本。另外要写出准确规范的电极反应式，判断离子交换膜两侧离子的变化。最后围绕题目的相关要求完成书写规范作答，接下来就根据相关的题目进行分析，来了解离子交换膜在电化学解题中是如何应用的[2]。

例1 ：（ 2018 年全国卷Ⅲ27 题节选） KIO3 是一种 无机化合物，可作为食盐的补碘剂，回答下列问题：

①写出电解时阴极的电极反应式

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为

其迁移方向是

在看到这一题目时，学生们首先要做的事情就是了解这道题考查的内容。这道题考察的是化学工业以及电化学相关知识，在解题过程中，离子交换膜是阳离子交换膜。根据图1的内容，能发现阴极区为氢氧化钾溶液，电极反应为水电离的氢离子放电，所以反应式为2H+ + 2e -==H2↑。在这样的情况下，阴极区水的电离平衡容易被破坏，平衡向电离方向移动，OH- 本身的浓度也会增大，为了使溶液呈电中性，溶液中的阳离子需要向阴极迁移，这时候溶液中会大量存在k+迁移，方向是从左边向右边，即从a侧到b侧。透过这道题目能发现该题考查的主要是阳离子交换膜参与电解装置围绕着电极的极性、电极反应式的情况进行了考察。在这个题目中，要求电解反应是一定要准确规范地书写明白，任何电解质溶液都呈电中性的知识点，就能顺利解题。

例2：正在研发的锂空气电池能量密度高、成本低，可作为未来电动汽车的动力源，其中多孔电极材料催化剂使该电池表现出良好的循环性能。电池反应为2Li+O2===Li2O2。其工作原理如图2。下列有关该电池的说法不正确的是（ ）

A.该电池的有机电解液可用锂盐的有机溶液

B.离子交换膜采用阴离子交换膜

C.电池充电时间越长，电池中Li2O2越多

D.电池工作时，正极反应可能经过两个过程：

结束语：

综上所说，在电化学解题中，离子交换膜的主要应用就是先读题，判断好离子交换膜的类型，然后写出电极反应式，这样就能判断交换膜两侧离子变化，最后根据题目完成规范操作即可。

参考文献：

[1]许海菊.浅谈离子交换膜在电化学解题中的应用技巧[J].数理化学习（高中版），2021（08）：63-64.

[2]魏春明.“离子交换膜”在电化学中的应用[J].理科考试研究，2018，25（19）：53-56.