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电化学原理的利用:电渗析法
【关键词】 ;
【正文】 点渗析法是利用电解原理,通过离子交换膜构建多室,进而达到分离、浓缩、除杂、制备物质的目标。本文通过举例分析相关知识,以期对同学们的复习有所帮助。
知识系统梳理
1.离子交换膜:
(1)中学常见的离子交换膜有三类:阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜。
阳离子交换膜又叫阳膜,只允许阳离子透过,阳离子可以由左向右透过,也可以由右向左透过。同理,阴离子交换膜(阴膜)只允许阴离子从左向右(或从右向左)透过;质子交换膜只允许H+从左向右(或从右向左)透过。阳离子交换膜允许H+和其他阳离子透过。但是,质子交换膜不允许其他阳离子透过。
(2)选择交换膜主要有两个目的:一是提高所制备产品的纯度;二是避免两极产生的物质之间发生反应。
2.离子的定向迁移:
(1)在电极反应中,离子迁移的主要目的有三种情况:
第1种情况:不生产新物质,维持电解质溶液呈电中性。
第2种情况:发生非氧化还原反应,如生成沉淀、气体等的复分解反应。
第3种情况:发生氧化反应或还原反应。
(2)电解池中电子和离子的移动方向:
电解池工作时,在电场力作用下,阳极附近失电子被氧化,从而在外电路中将电子由阳极移到阴极,进而在阴极附近得电子发生还原反应,而在电解质溶液中,阳离子向阴极定向移动,阴离子向阳极定向移动从而形成电流。具体图示如下:
(3)判断离子迁移方向步骤:
第一步,分别写出两极的反应方程式;
第二步,判断电极反应中的离子种类及离子量的增多或减少;
第三步,无论是阳离子还是阴离子,在哪一极反应就向该极迁移。如果离子在两极参与反应,例如:将亚硝酸铁溶液与稀盐酸的反应构成原电池,NO3-+4H++3e-=NO↑+2H2O;Fe2+向负极迁移,发生的反应为3Fe2+-3e-=3Fe3+。
(4)常见的电池反应、电解反应中,离子迁移方向的规律:
①在原电池中:发生还原反应的阳离子(如Fe3+、Cu2+、H+)向正极迁移(在正极上发生还原反应);发生氧化反应的阳离子(如Fe2+、Sn2+)向负极迁移;发生还原反应的阴离子(如NO3-、Fe42-、MnO4-)向正极迁移;发生氧化反应的阴离子(S2-、I-)向负极迁移。
②在电解池中:发生氧化反应的阳离子向阳极迁移,如Fe2+Pb2+、Mn2+;发生还原反应的阳离子向阴极迁移,如Fe3+,Cu2+;发生氧化反应的阴离子向阳极迁移,如MnO42-、OH-、S2-、I-、Br-、Cl-;发生还原反应的阴离子向阴极迁移,如NO3-。
③仅为了维持电荷守恒,不发生反应的离子遵循“相反电荷相互吸引”的规律;如果离子不参与反应,阳离子向正极(原电池)或阴极(电解池)迁移,阴离子向负极(原电池)或阳极(电解池)迁移。
④离子迁移数量的判断:离子迁移数量由两极产生的正电荷数和负电荷数决定。在电解池中,若阳极上发生氧化反应增加了N个正电荷,则阴极上必然同时发生还原反应且减少N个正电荷;为了维持电荷平衡,阳极区向阴极区迁移N个正电荷(阳离子),或阴极区由阳极区移入N个负电荷(阴离子),阴、阳离子所带的电荷数决定了迁移的离子的物质量。同理,在原电池放电过程中,负极区增加N个正电荷,正极区同时减少N个正电荷,或负极区减少N个负电荷,同时正极区增加N个负电荷。不论是电解池还是原电池,都由一极区向另一极区迁移N个电荷维持电解质溶液的电中性。
知识系统梳理
1.离子交换膜:
(1)中学常见的离子交换膜有三类:阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜。
阳离子交换膜又叫阳膜,只允许阳离子透过,阳离子可以由左向右透过,也可以由右向左透过。同理,阴离子交换膜(阴膜)只允许阴离子从左向右(或从右向左)透过;质子交换膜只允许H+从左向右(或从右向左)透过。阳离子交换膜允许H+和其他阳离子透过。但是,质子交换膜不允许其他阳离子透过。
(2)选择交换膜主要有两个目的:一是提高所制备产品的纯度;二是避免两极产生的物质之间发生反应。
2.离子的定向迁移:
(1)在电极反应中,离子迁移的主要目的有三种情况:
第1种情况:不生产新物质,维持电解质溶液呈电中性。
第2种情况:发生非氧化还原反应,如生成沉淀、气体等的复分解反应。
第3种情况:发生氧化反应或还原反应。
(2)电解池中电子和离子的移动方向:
电解池工作时,在电场力作用下,阳极附近失电子被氧化,从而在外电路中将电子由阳极移到阴极,进而在阴极附近得电子发生还原反应,而在电解质溶液中,阳离子向阴极定向移动,阴离子向阳极定向移动从而形成电流。具体图示如下:
(3)判断离子迁移方向步骤:
第一步,分别写出两极的反应方程式;
第二步,判断电极反应中的离子种类及离子量的增多或减少;
第三步,无论是阳离子还是阴离子,在哪一极反应就向该极迁移。如果离子在两极参与反应,例如:将亚硝酸铁溶液与稀盐酸的反应构成原电池,NO3-+4H++3e-=NO↑+2H2O;Fe2+向负极迁移,发生的反应为3Fe2+-3e-=3Fe3+。
(4)常见的电池反应、电解反应中,离子迁移方向的规律:
①在原电池中:发生还原反应的阳离子(如Fe3+、Cu2+、H+)向正极迁移(在正极上发生还原反应);发生氧化反应的阳离子(如Fe2+、Sn2+)向负极迁移;发生还原反应的阴离子(如NO3-、Fe42-、MnO4-)向正极迁移;发生氧化反应的阴离子(S2-、I-)向负极迁移。
②在电解池中:发生氧化反应的阳离子向阳极迁移,如Fe2+Pb2+、Mn2+;发生还原反应的阳离子向阴极迁移,如Fe3+,Cu2+;发生氧化反应的阴离子向阳极迁移,如MnO42-、OH-、S2-、I-、Br-、Cl-;发生还原反应的阴离子向阴极迁移,如NO3-。
③仅为了维持电荷守恒,不发生反应的离子遵循“相反电荷相互吸引”的规律;如果离子不参与反应,阳离子向正极(原电池)或阴极(电解池)迁移,阴离子向负极(原电池)或阳极(电解池)迁移。
④离子迁移数量的判断:离子迁移数量由两极产生的正电荷数和负电荷数决定。在电解池中,若阳极上发生氧化反应增加了N个正电荷,则阴极上必然同时发生还原反应且减少N个正电荷;为了维持电荷平衡,阳极区向阴极区迁移N个正电荷(阳离子),或阴极区由阳极区移入N个负电荷(阴离子),阴、阳离子所带的电荷数决定了迁移的离子的物质量。同理,在原电池放电过程中,负极区增加N个正电荷,正极区同时减少N个正电荷,或负极区减少N个负电荷,同时正极区增加N个负电荷。不论是电解池还是原电池,都由一极区向另一极区迁移N个电荷维持电解质溶液的电中性。
- 【发布时间】2021/4/5 18:26:38
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