化学自习室移动版

离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性．阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过；阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过．在外加直流电场的作用下，水中离子做定向迁移.分清隔膜类型，即分清交换膜属于阳膜、阴膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许什么离子通过隔膜．含有隔膜的原电池、电解池中离子的迁移计算是电化学学习的难点，同时也是高考能力题考查的重点，本文从以下几个方面进行剖析．

1 迁移原理

例1 某原电池装置如图1所示，电池总反应为2Ag＋Cl₂=2AgCl．

(1) 当电路中转移Amol电子时，质子交换膜左侧溶液中约减少______mol离子，质子交换膜右侧溶液c(HCl)______(填“＞”“＜”“=”) 1mol·L^－1(忽略溶液体积变化)．

图1

(2) 假设将质子交换膜换成阴离子交换膜，其他条件不变．若有11.2L(标准状况)氯气参与反应，则必有________mol________(填离子符号)由交换膜________侧通过交换膜向________侧迁移．交换膜右侧溶液c(HCl)________(填“＞”“＜”“=”)₁mol·L^－1(忽略溶液体积变化)．

(1)正极的电极反应式为Cl₂＋2e^-=2Cl^－，负极的电极反应式为Ag－e^-＋Cl^－=AgCl，质子交换膜只允许氢离子通过，转移Amol电子，必有AmolCl^－生成沉淀，为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有AmolH^＋向右侧迁移，故交换膜左侧共减少2Amol离子(AmolCl^－＋AmolH^＋)．交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大．

(2)n(Cl₂)=0.5mol，n(Cl^－)=1mol，n(e^-)=1mol，交换膜右侧溶液中增加了1mol 负电荷(或增加了1mol Cl^－)，左侧减少了1mol 负电荷(或减少了1mol Cl^－)．如果将质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl^－)通过交换膜，不允许H^＋通过．为了维持电荷平衡，必有1mol Cl^－从交换膜右侧通过交换膜向左侧迁移，Cl^－迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变．

答案 (1) 2A； ＞. (2) 1；Cl^－； 右； 左； =.

2 迁移数目的计算

例2 某电化学装置如图2所示(阴离子交换膜只允许阴离子通过，通常简称阴膜)．

图2

(1) 该装置工作一段时间后，阴离子交换膜左侧增加的离子数目与右侧减少的离子数目之比为______．

(2) 若将氯化铁溶液换成硫酸铜溶液，其他条件不变，工作一段时间，阴离子交换膜左侧增加的离子数目与右侧减少的离子数目之比为______．

(1) 转移电子数目与交换膜两侧离子变化量之比无关．可以采用赋值法计算．若转移2mol 电子，负极的电极反应式为Fe－2e^-=Fe^2＋，正极的电极反应式为2Fe^3＋＋2e^-=2Fe^2＋．由电极反应式知，阴膜左侧增加1mol Fe^2＋；阴膜右侧的2mol Fe^3＋变成2mol Fe^2＋，阳离子数没有变化．左侧过剩了2mol 正电荷，右侧减少了2mol 正电荷(可认为过剩了2mol 负电荷)．阴离子交换膜只允许阴离子通过，为了维持电荷平衡，必有2mol Cl^－由右侧通过交换膜向左侧迁移．故阴离子交换膜左侧增加离子为1mol Fe^2＋和2mol Cl^－，右侧减少离子为2mol Cl^－，二者之比为3∶2．

(2) 氯化铁溶液换成硫酸铜溶液，正极的电极反应式为Cu^2＋＋2e^-=Cu，假设转移电子为2mol，交换膜左侧增加1mol Fe^2＋，交换膜右侧有1mol Cu^2＋变成1mol Cu，左侧过剩了2mol 正电荷，右侧减少了2mol 正电荷(或过剩了2mol 负电荷从右侧通过交换膜向左侧迁移．因此，左侧增加了1mol Fe^2＋和右侧减少了1mol Cu^2＋和二者之比为1∶1．

答案 (1) 3∶2. (2) 1∶1.