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1、2024年高考化学二轮复习讲练测（新教材新高考）离子交换膜的分析与应用目 录 1 2【真题研析规律探寻】 2考点一 “单膜”池 2考点二 “双膜”池 11考点三 “多膜”池 13【核心提炼考向探究】 141隔膜的作用 142离子交换膜的类型 143离子交换膜类型的判断 16【题型特训命题预测】 16题型一 “单膜”池 16题型二 “双膜”池 30题型三 “多膜”池 35资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】考点要求考题统计考情分析 “单膜”池2023湖北省选择性考试10题，3分；2023山东卷11题，4分；2022山东卷13题，4分；2023浙江省6月选考13题，3分；2023北京卷5题，3分；20
2、23全国甲卷12题，6分；2023广东卷16题，3分；2022湖南选择性考试8题，3分；2022浙江省1月选考21题，2分；2022浙江省6月选考21题，2分；2021全国甲卷13题，6分；2021湖北选择性考试15题，3分【命题规律】近年来，新型电化学装置中的“膜”层出不穷，高考试题中往往以此为契入点，考查电化学基础知识。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,又称离子交换膜。可分三类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H和其他阳离子通过，不允许阴离子通过；(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过；(3)质子交换膜，
3、只允许H通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。【命题预测】预测2024年这类试题将以“文字叙述+离子交换膜+电化学装置图”的方式呈现，考查的并不是离子交换膜的具体结构，而是以离子交换膜在化学电源、电解制备物质或电渗析等方面的实际应用为载体，考查电化学基础知识及基本的化学思想与方法 “双膜”池2021辽宁选择性考试13题，3分；2021天津卷11题，3分；2021广东选择性考试16题，3分 “多膜”池考点一 “单膜”池1(2023湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x m
4、olh -1。下列说法错误的是( )Ab电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-B离子交换膜为阴离子交换膜C电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D海水为电解池补水的速率为2x molh -1【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2+2OH-，阳极反应为4OH-4e-=O2+2H2O，电池总反应为2H2O2H2+O2。A项，b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2+2OH-，故A正确；B项，该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓
5、度不变，阳极发生的电极反应为4OH-4e-=O2+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；C项，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D项，由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为x molh -1，则补水的速率也应是x molh -1，故D错误；故选D。2(2023山东卷，11)(双选)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开
6、始工作。下列说法正确的是( )A甲室Cu电极为正极B隔膜为阳离子膜C电池总反应为：Cu2+4NH3=Cu(NH3)42+DNH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响【答案】CD【解析】A项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成Cu(NH3)42+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；B项，再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C项，左侧负极是Cu+4NH3-2e- =Cu(NH3)42+，正极是Cu 2+2e- = Cu，则电池总反
7、应为：Cu2+4NH3=Cu(NH3)42+，故C正确；D项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成Cu(NH3)42+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。故选CD。3(2022山东卷，13)(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )A装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-
8、+4H+=Li+Co2+4OH-D若甲室Co2+减少，乙室Co2+增加，则此时已进行过溶液转移【答案】BD【解析】A项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；B项，对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；C项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：
9、LiCoO2+e-+4H+=Li+Co2+2H2O，C错误；D项，若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)= ，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=，说明此时已进行过溶液转移，D正确；故选BD。4.(2023浙江省6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )A电极A接电源正极，发生氧化反应B电极B的电极反应式为：2H2O2e-=H22OH-C应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗【答案】B【解析】A项，电极A是氯离子变为氯
10、气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B项，电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B错误；C项，右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D项，改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。故选B。5.(2023北京卷，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是( )A废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B装置a中溶液显碱性的原因是HCO3-的
11、水解程度大于HCO3-的电离程度C装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D装置中的总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-【答案】C【解析】A项，SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；B项，装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3-的水解程度大于电离程度，故B正确；C项，装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；D项，由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-，故D正确；故选C。6(2023全国甲卷，12
12、)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是( ) A析氢反应发生在IrOx-Ti电极上BCl-从电极迁移到IrOx-Ti电极C阴极发生的反应有：2CO2+12H+12e=C2H4+4H2OD每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)【答案】C【解析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e=O2+4H+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、
13、乙醇等，电极反应式为2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O、2CO2+12H+12e=C2H5OH+3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。A项，析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B项，离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误；C项，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O，故C正确；D项，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e=O2+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，
14、在标况下体积为5.6L，故D错误；故选C。7(2023广东卷，16)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是( )A电解总反应：KNO3+3H2O= NH3H2O+2O2+KOHB每生成1mol NH3H2O，双极膜处有9 mol的H2O解离C电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变D相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率【答案】B【解析】由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a
15、为阴极，电极方程式为NO3- +8e+7H2O= NH3H2O+9OH-，电极b为阳极，电极方程式为4OH-4e=O22H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H移向电极a，OH移向电极b。A项，由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3+3H2O= NH3H2O+2O2+KOH，故A正确；B项，每生成1mol NH3H2O，阴极得8mol e，同时双极膜处有8mol H+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；C项，电解过程中，阳极室每消耗4mol OH-，同时有4mol OH-通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；D项，相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具
16、有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH-，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。8(2022湖南选择性考试，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )A海水起电解质溶液作用BN极仅发生的电极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2C玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D该锂-海水电池属于一次电池【答案】C【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2。A项，海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化
17、镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B项，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2，故B正确；C项，Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，故C错误；D项，该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选C。9(2022浙江省1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入AgAgCl电极)和另一AgAgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是( )A如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为
18、：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1molL-1)B玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化C分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pHDpH计工作时，电能转化为化学能【答案】C【解析】A项，如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B项，已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C项，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的p
19、H，C正确；D项，pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；故选C。10(2022浙江省6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )A电极A为阴极，发生还原反应B电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+C电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变D电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3【答案】C【解析】A项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO
20、2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；C项，电极A为阴极， LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li+4Mn2+8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li+Mn2+3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；D项，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li+Mn2+3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液
21、pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；故选C。11(2021全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别问两极迁移。下列说法正确的是( )AKBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B阳极上的反应式为：+2H+2e-=+H2OC制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移【答案】D【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，
22、Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。A项，KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；B项，阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；C项，电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；D项，由上述分析可知，双极膜中间
23、层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；故选D。12(2021湖北选择性考试，15) Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是( )A电解时只允许H+通过离子交换膜B生成O2和H2的质量比为8:1C电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大DCrO3的生成反应为：Cr2O72-2H+2CrO3H2O【答案】A【解析】左侧电极上产生O2，右侧电极上产生H2，说明左极为阳极，电极反应式为2H2O4e-4H+O2，左侧制备三氧化铬：Cr2O72-2H+2CrO3H2O；右极为阴极，电极反应式为4H2O4e-4
24、OH-2H2。在阳极区参与反应制备三氧化铬，故不通过离子交换膜，通过交换膜向阴极区迁移，A项错误；根据电子守恒，产生O2、H2的质量之比为32:48:1，B项正确；由阴极反应式知，阴极产生OH-；如果阴极通过交换膜向左侧迁移，OH-必然会中和H+，与题意相矛盾，所以，钠离子由左侧向右侧迁移，阴极区氢氧化钠溶液浓度增大，C项正确；根据原料和产物组成知，Cr2O72-2H+2CrO3H2O；D项正确。考点二 “双膜”池1(2021辽宁选择性考试，13)利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是( )Aa为电源负极B溶液中Q的物质的量保持
25、不变C在M极被还原D分离出的从出口2排出【答案】C【解析】由题干信息可知，M极发生的是由Q转化为的过程，该过程是一个还原反应，故M极为阴极，电极反应为：+2H2O+2e-=+2OH-，故与M极相连的a电极为负极，N极为阳极，电极反应为：-2e-=+2H+，b极为电源正极。A项，由分析可知，a为电源负极，A正确；B项，由分析可知，根据电子守恒可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；C项，由分析可知，整个过程CO2未被还原，CO2在M极发生反应为CO2+OH-=HCO3-，C错误；D项，由题干信息可知，M极上CO2发生反应为：CO2+OH-= HCO3-被吸收，HCO3-向阳极移动，N极上发生的
26、反应为：HCO3-+H+=H2O+CO2，故分离出的CO2从出口2排出，D正确；故选C。2(2021天津卷，11)如下所示电解装置中，通电后石墨电极上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )Aa是电源的负极B通电一段时间后，向石墨电极附近滴加石蕊溶液，出现红色C随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D当0.01mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)【答案】C【解析】通电后石墨电极上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极为阴极。A项， a是电源的负极，故A正确；B项，石墨电极为阳极，通电一段时间后，
27、产生氧气和氢离子，所以向石墨电极附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；C项，随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；D项，当0.01mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式2H2O-4e-=4H+O2，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合成标准状况下)，故D正确；故选C。3(2021广东选择性考试，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )A工作时，室和室溶液的pH均增大B生成1molCo，室溶液质量理论上减少16
28、gC移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D电解总反应：为2Co2+2H2O2 Co +O2+4H+【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由室向室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2+2e-=Co，室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由室向室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2+2H2O2 Co +O2+4H+。A项，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由室
29、向室移动，使室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；B项，由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则室溶液质量减少18g，故B错误；C项，若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；D项，由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2+2H2O2 Co +O2+4H+，故D正确；故选D。考点三 “多膜”池12014全国卷，27(4)H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式：_。分析产品室可得到
30、H3PO2的原因：_。早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是_。【答案】2H2O4e=O24H阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2POH2PO或H3PO2被氧化【解析】阳极发生氧化反应，水中的OH失去电子，电极反应式为2H2O4e=O24H。H2O放电产生H，H进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：HH2PO=H3PO2。如果撤去阳膜，H2PO或H3PO
31、2可能会被氧化。第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。1隔膜的作用交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。2离
32、子交换膜的类型(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开负极反应式：Zn-2e-=Zn2正极反应式：Cu22e-=CuZn2通过阳离子交换膜进入正极区阳离子透过阳离子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)(2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)以Pt为电极电解淀粉KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开阴极反应式：2H2O2e-=H22OH-阳极反应式：2I-_2e-=I2阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I26OH-=IO3-5I-3H2O阴离子透过阴离子交换膜电解池阳极(或原电池的负极)(3)质子交换
33、膜(只允许H和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2阴极反应式：2H2e-=H2阳极反应式：CH3COOH-8e-2H2O=2CO28H阳极产生的H通过质子交换膜移向阴极H透过质子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)(4)电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn-为含氧酸根离子3离子交换膜类型的判断(1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极。是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。(2)根据电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题中给出的已知信息，找出物
34、质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。4电解池中某极区溶液质量变化与pH分析。在含有离子交换膜的电解池中，要判断一个极区溶液质量或溶液pH的变化，应综合考虑电极反应引起的溶液质量变化和通过离子交换膜、离子的迁移引起的质量变化。如：下列装置中每通过1 mol电子，稀硫酸的变化：(1)b极的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+，通过1 mol电子时，有0.5 mol H2O放电，产生1 mol H+。(2)通过1 mol电子时，有1 mol H+从稀硫酸中通过阳膜进入产品室。因此通过1 mol电子时，稀硫酸中反应消耗0.5 mol H2O，生成的O2逸出，生成
35、的H+迁移至产品室，则质量减少9 g。稀硫酸中H+的物质的量不变，若不考虑溶液体积变化，则溶液pH不变。题型一 “单膜”池1(2024云南省部分名校高三理科综合能力测试)镍氢电池的工作原理如图所示，放电时，电流由a极经外电路流向 b极。下列叙述正确的是( )A放电时，b极发生还原反应B充电时，a极与电流负极连接C放电时，a极的电极反应式为 NiO(OH)+e-+H2O= Ni(OH)2+OH-D充电时，b极的电极反应式为 MHx+OH-e-=MHx-1+H2O【答案】C【解析】A项，放电时，电流由a极向b极，说明a极为正极，b极为负极，b极发生氧化反应，故A错误；B项，充电时，a为阳极，与电源
36、正极连接，故B错误；C项，放电时，a极为正极，发生还原反应，电极反应式为NiO(OH)+e-+H2O= Ni(OH)2+OH-，故C正确；D项，充电时，b极为阴极，电极反应式为MHx1H2OeMHxOH，故D错误；故选C。2(2024河南高三湘豫名校联考联盟高三联考)KMnO4是一种重要的化学试剂，电解K2MnO4及某种稀碱性溶液可得到KMnO4、KOH，其工作原理如图所示(电极材料是铁与铂)，电解中M电极周围溶液逐渐变成紫红色，下列说法错误的是( )A电极电势：abBN电极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2C当电路中有2mol电子转移时，会有78g离子通过X膜DM电极是铁、N电极是
37、铂【答案】D【解析】由M电极周围溶液颜色的变化可确定有MnO4-生成，过程中锰元素价态升高，由此知M是阳极、N是阴极，a是正极、b是负极。A项，由M电极周围溶液颜色的变化可确定有MnO4-生成，过程中锰元素价态升高，由此知M是阳极、N是阴极，a是正极、b是负极。正极的电极电势高于负极，A项正确；B项，阴极上水中+1价氢得到电子转化为H2，B项正确；C项，电路中通过的电子所带电量与通过X膜的离子所带电量相同，故有2molK+通过X膜，其质量为78g，C项正确；D项，若铁作阳极，则MnO42-无法放电转化为MnO4-，D项错误；故选D。3(2024湖北省名校联考高三期中)传统合成氨采用氢气作为氢源
38、，能耗高，我国科研机构采用水作为氢源，通过如图电化学装置实现了常温下氨的合成。下列说法正确的是( )A在阳极池中加入盐酸不影响气体产物的成分B隔膜为阳离子交换膜，H+通过该隔膜向左池移动C不考虑损耗，理论上氨气和氧气的产出比为D合成氨过程中，电子通过石墨电极流入电源的负极【答案】B【解析】结合题意和图可知，左池为电解池的阴极，发生氮气得电子产生氨气的还原反应，因此左池应该与电源负极相连；而右池则发生水的放电反应，水失去电子生成氧气与氢离子，为阳极，与电源正极相连。A项，阳极池加入盐酸后，Cl-优先失电子生成Cl2，A项错误；B项，电解过程中阳离子向阴极移动，B项正确；C项，根据得失电子守恒可知
39、，理论上氨气和氧气的产出比为43，C项错误；D项，石墨电极为阳极，阳极上面的电子流入电源的正极，D项错误；故选B。4(2023广东省佛山市二模)过硫酸铵(NH4)2S2O8可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是( )Aa为外接电源的负极B电解总反应：O2+2H+2SO42- H2O2+S2O82-C阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代D电解池工作时，I室溶液质量理论上逐渐减小【答案】C【解析】S元素化合价由6价升高为7价，化合价升高被氧化，故右侧Pt电极为阳极，b为外接电源正极，a为外接电源负极，左侧Pt电极为阴极。A项，a为外接电源的负极
40、，A正确；B项，阴极氧气被还原，阳极硫酸根被氧化，电解总反应正确，B正确；C项，根据阳极产物可知，反应需要消耗硫酸根，阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代，C错误；D项，电解池工作时，I室溶液中氢离子移向阴极，硫酸根移向阳极，消耗硫酸，I室溶液质量理论上逐渐减小，D正确；故选C。5(2024江苏泰州高三期中)科学家利用氨硼烷设计成原电池装置如题图所示，常温下该电池总反应为NH3BH3+3H2O2= NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( )Ab室为该原电池的负极区B放电过程中，通过质子交换膜由b室移向a室Ca室的电极反应式为NH3BH3+2H2O-6e-=4NH4+BO2-+6H+D其他条件
41、不变时，向H2O2溶液中加入适量溶液能增大电流强度【答案】C【解析】氨硼烷中硼元素化合价升高，被氧化，是负极；过氧化氢中氧元素化合价降低，被还原，是正极。A项，b室为过氧化氢溶液，是正极，A项错误；B项，放电时，氢离子是阳离子，向正极移动，应有a室移向b室，B项错误；C项，a室为氨硼烷被氧化，失去电子，变成NH4BO2，C项正确；D项，该电解质为酸性溶液，加入NaOH溶液不能增大电流强度，D项错误；故选C。6(2023浙江省杭州地区(含周边)重点中学高三联考化)科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯，原理如图所示。已知：电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法正确的是( )A铂电极为阳极，产生的
42、气体是O2和CO2B铜电极的电极反应式为2CO2+12HCO3-+12e-=C2H4+12CO32-+4H2OC通电过程中，溶液中HCO3-通过阴离子交换膜向右槽移动D当电路中通过0.6 mol电子时，理论上能产生C2H41.12L【答案】A【解析】该电解池的总反应方程式为2CO2+2H2O=C2H4+3O2，铜电极为阴极，该电极的电极方程式为14CO2+8H2O+12e-=C2H4+12HCO3-，铂电极为阳极，该电极的电极方程式为12HCO3-12e-=12CO2+3O2+6H2O。A项，铂电极为阳极，产生的气体是O2和CO2，故A正确；B项，铜电极的电极方程式为14CO2+8H2O+12
43、e-=C2H4+12HCO3-，故B错误；C项，HCO3-在铂电极发生反应，并且电解前后电解液浓度几乎不变，所以溶液中HCO3-通过阴离子交换膜向左槽移动，故C错误；D项，由铜电极电极方程式分析可知，当电路中通过0.6 mol电子时，理论上能产生0.05mol C2H4，在标况下，0.05molC2H4的体积为1.12L，该题目没有说明条件为标况，故D错误；故选A。7(2024山东潍坊安丘市三区县高三过程性测试)西北工业大学推出一种新型Zn-NO2电池，通过自供电实现NO2-转化为NH3，装置如图所示。下列说法错误的是( )Ab电极为原电池的正极B装置工作时c极区溶液的pH减小Cd电极反应式为
44、NO2-+5H2O+6e-=NH3+7OH-D装置工作时，若消耗6.5gZn，理论上能得到0.03molNH3【答案】C【解析】根据图知，左侧装置能自发的进行氧化还原反应，则该装置为原电池，Zn易失电子作负极，b电极为正极，负极的电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，正极的电极反应式为：NO2+e-=NO2-，b连接石墨c，则c为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2，d为阴极，电极反应式为NO2-+7H+6e-=NH3+2H2O。A项，根据以上分析知，a、b和电解质溶液构成原电池，a为负极，则b为正极，故A正确；B项，c电极上H2O失电子生成O2和H+，电极反应式为2H2O-4e-=
45、4H+O2，有氢离子生成，反应中转移4mol电子同时有4molH+通过质子交换膜进入d极区，氢离子的物质的量不变，但由于反应消耗水，溶液的pH值减小，故B正确；C项，氢离子由阳极通过质子交换膜进入阴极室，酸性条件下，d电极上NO2-得电子生成NH3，电极反应式为NO2-+7H+6e-=NH3+2H2O，故C错误；D项，6.5gZn的物质的量为，由Zn-2e-=Zn2+可知转移0.2mol电子，阴极的电极反应式为：NO2-+7H+6e-=NH3+2H2O，理论上能得到，故D正确；故选C。8(2023届辽宁省鞍山市普通高中第一次质量监测)工业电解丙烯腈(CH2=CHCN)制己二腈NC(CH2)4C
46、N的原理如图所示。相关说法正确的是( )A乙室电极反应：2H2O-4e-=O2+4H+B该生产过程离子交换膜为阴离子交换膜C甲室碳棒为阳极，工作温度较高电极会有损失D生产中若收集气体，转移电子【答案】A【解析】根据题意，该装置为电解池装置，依据装置图，乙室中有氧气产生，该电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，根据电解原理，该电极为阳极，碳棒为阴极。A项，乙室中有氧气产生，根据电解原理，应是OH-在该电极放电，即电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，故A正确；B项，丙烯腈转化成己二腈，其电极反应式为2CH2=CHCN+2H+2e-= NC(CH2)4CN，根据电极原理，H+由乙室向甲室移动，因此