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重难点突破 离子交换膜的分析与应用-2024年高考化学二轮复习讲与练（新教材新高考）
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这是一份重难点突破 离子交换膜的分析与应用-2024年高考化学二轮复习讲与练（新教材新高考），文件包含重难点突破离子交换膜的分析与应用原卷版docx、重难点突破离子交换膜的分析与应用解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共62页， 欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \p " " \h \z \u \l "_Tc18033" PAGEREF _Tc18033 \h 1
\l "_Tc6849" PAGEREF _Tc6849 \h 2
\l "_Tc25558" 【真题研析·规律探寻】 PAGEREF _Tc25558 \h 2
\l "_Tc25460" 考点一 “单膜”池 PAGEREF _Tc25460 \h 2
\l "_Tc3382" 考点二 “双膜”池 PAGEREF _Tc3382 \h 11
\l "_Tc10896" 考点三 “多膜”池 PAGEREF _Tc10896 \h 13
\l "_Tc1361" 【核心提炼·考向探究】 PAGEREF _Tc1361 \h 14
\l "_Tc5270" 1．隔膜的作用 PAGEREF _Tc5270 \h 14
\l "_Tc8284" 2．离子交换膜的类型 PAGEREF _Tc8284 \h 14
\l "_Tc18358" 3．离子交换膜类型的判断 PAGEREF _Tc18358 \h 16
\l "_Tc19287" 【题型特训·命题预测】 PAGEREF _Tc19287 \h 16
\l "_Tc1620" 题型一 “单膜”池 PAGEREF _Tc1620 \h 16
\l "_Tc10989" 题型二 “双膜”池 PAGEREF _Tc10989 \h 30
\l "_Tc1763" 题型三 “多膜”池 PAGEREF _Tc1763 \h 35
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 ml·h -1。下列说法错误的是( )
A．b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 ml·h -1
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)4]2+
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
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LiCO2转化为C2+，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LiCO2+2H2O+e-+4H+=Li++C2++4OH-
D．若甲室C2+减少，乙室C2+增加，则此时已进行过溶液转移
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：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
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
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SO2
D．装置中的总反应为SO32-+CO2+H2Oeq \(\s\up 7(电解),\s\d0(====))HCOOH+SO42-
6．(2023•全国甲卷，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
B．Cl-从电极迁移到IrOx-Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O
D．每转移1ml电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
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= NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1ml NH3·H2O，双极膜处有9 ml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
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
B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑
C．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
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Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl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：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1ml·L-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pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
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
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( )
A．KBr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-=+H2O
C．制得2ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1ml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
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8:1
C．电解一段时间后阴极区溶液OH的浓度增大
D．CrO3的生成反应为：Cr2O72＋2H＝2CrO3＋H2O
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( )
A．a为电源负极B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．在M极被还原D．分离出的从出口2排出
2．(2021•天津卷，11)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ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0.01ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
3．(2021•广东选择性考试，16)钴(C)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，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1mlC，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．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2C2++2H2O2 C +O2↑+4H+
考点三 “多膜”池
1．[2014·全国卷Ⅰ，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)：
①写出阳极的电极反应式：______________________________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________________。
③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__________________________________。
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)
(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)
(3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)
(4)电渗析法
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 ml电子，稀硫酸的变化：
(1)b极的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，通过1 ml电子时，有0.5 ml H2O放电，产生1 ml H+。
(2)通过1 ml电子时，有1 ml H+从稀硫酸中通过阳膜进入产品室。因此通过1 ml电子时，稀硫酸中反应消耗0.5 ml H2O，生成的O2逸出，生成的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
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：a＞b
B．N电极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑
C．当电路中有2ml电子转移时，会有78g离子通过X膜
D．M电极是铁、N电极是铂
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，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
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( )
A．a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
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NH3·BH3+3H2O2= NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A．b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
C．a室的电极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-=4NH4++BO2-+6H+
D．其他条件不变时，向H2O2溶液中加入适量溶液能增大电流强度
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，产生的气体是O2和CO2
B．铜电极的电极反应式为2CO2+12HCO3-+12e-=C2H4+12CO32-+4H2O
C．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 ml电子时，理论上能产生C2H41.12L
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( )
A．b电极为原电池的正极
B．装置工作时c极区溶液的pH减小
C．d电极反应式为NO2-+5H2O+6e-=NH3+7OH-
D．装置工作时，若消耗6.5gZn，理论上能得到0.03mlNH3
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)4CN]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
9．(2023届·安徽省蚌埠市高三第一次教学质量检查)铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH
B．Pt电极附近溶液的pH值减小
C．每转移2ml电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g
D．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用
10．(2023届·广东省深圳市光明区一模)某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①Zn-2e-=Zn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn [Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是( )
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e-=C2H4+2OH-
D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu
11．(2024·山东德州高三期中)我国科学家设计的耦合光催化、电催化分解水的装置如图所示，光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)。下列有关说法错误的是( )
A．气体X为氢气，气体Y为氧气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．光催化装置中生成I3-的反应为3I - +2h+=I3-
D．每分解0.01mlH2O光催化装置生成1.905gI3-
12．(2024·浙江省温州市普通高中高三一模)利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下：
①启动电源1，MnO2所在腔室的海水中的Li+进入MnO2结构形成LiMn2O4；
②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是( )
A．启动电源1时，电极1为阳极，发生氧化反应
B．启动电源2时MnO2电极反应式为：2MnO2+xLi++xe-=LixMn2O4
C．电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度
D．启动至关闭电源1，转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为，可得LixMn2O4中的x=1.2
13．(2024·浙江省金华市十校选考模拟考试)海水原位直接电解制氢技术是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自然蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，为电解提供淡水(工作时KOH溶液的浓度保持不变)。装置如图所示，下列叙述不正确的是( )
A．M电极反应式为4OH―-4e－=O2↑＋2H2O
B．该技术避免了生成强氧化性的含氯粒子腐蚀电极
C．离子交换膜b为阳离子交换膜
D．当产生标准状况下33.6L H2时，有1.5ml H2O(g)透过透气膜a
14．(2022·山东省威海市二模)工业上用石墨和铅作电极，用双极膜电解葡萄糖溶液制备甘露醇和葡萄糖酸盐。已知在直流电场作用下，双极膜将水解离为H+和OH-并实现其定向通过，电解过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．b极材料为石墨，接电源正极
B．通电后双极膜中产生的OH-向b极定向移动
C．生成葡萄糖酸盐的反应为：+BrO3-+OH-=HOCH2(CHOH)4COO-+Br-+H2O
D．理论上若生成1ml甘露醇，则可生成1ml葡萄糖酸盐
15．(2022·山东师范大学附中模拟预测)天津大学研究团队以KOH溶液为电解质，CP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物()的装置如图所示(R代表烃基)。下列说法不正确的是( )
A．若用铅蓄电池作为电源，CP极连接铅蓄电池的铅电极
B．离子交换膜是阴离子交换膜
C．偶氮化合物具有顺反异构体，合成1ml物质，需转移4ml电子
D．Ni2P电极反应式为RCH2NH2—4e—+4OH—= RCN+4H2O
16．有一种将乙烯高效转化为环氧乙烷的电化学合成方法，如图所示。反应在KCl电解液的流动池中进行，电解结束后，将阴阳极电解液输出混合，便可生成环氧乙烷。下列说法正确的是( )
A．泡沫镍电极附近溶液pH减小
B．通电时，图中阴离子从上往下迁移通过阴离子交换膜
C．用该方法制备环氧乙烷的过程总反应为CH2=CH2+HOCl→+HCl
D．当电路中通过2ml电子时，泡沫镍电极上会产生22.4L气体(标准状况)
17．(2023届·湖南省长沙一中高三模拟)双极膜电渗析法制备缩水甘油()的原理：将3-氯-1，2-丙二醇的水溶液通过膜M与双极膜之间的电渗析室，最终得到的缩水甘油纯度很高(几乎不含无机盐)。已知：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜为双极膜。在直流电场的作用下，双极膜复合层间的H2O解离成OH-和H+并分别通过阴膜和阳膜。下列说法正确的是( )
A．装置工作时，3-氯-1，2-丙二醇被氧化
B．通电后，电渗析室内溶液的pH变小
C．膜M为阳离子交换膜
D．装置工作时，阴极上发生的电极反应：2H++2e-=H2↑
18．(2023届·湖南省益阳市高三教学质量调研)锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，是多种便携式电子设备和交通工具的常用电池。一种锂离子电池的结构及工作原理如图所示，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是( )
A．放电时电极a为电池的正极，充电时电极b作阳极
B．放电时负极反应式为：LixCy-xe-=xLi++Cy
C．电池放电时总反应为：LixCy+ Li1-xCO2=LiCO2+Cy
D．放电充电时，锂离子往返于电池的正极负极之间，完成化学能与电能的相互转化
题型二 “双膜”池
1．(2024·黑龙江省龙东五地市高三联考)一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物-空气液流二次电池工作时，原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
B．连接负载时，X极的电极反应式为2S22--2e-=S42-
C．连接电源时，Ⅰ室的数目增加
D．连接电源时，电路中每通过电子，生成的质量为20g
2．(2023届·江苏省南通市高三期初教学质量调研)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如下图所示。(已知在KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH )42-存在)。下列叙述不正确的是( )
A．放电时Zn作负极
B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
C．放电时MnO2电极上发生的反应：MnO2+4H++2e- =Mn2++2H2O
D．电路中每通过1 ml电子，Zn电极的质量减小32.5g
3．(2023届·辽宁省沈阳市第一二〇中学高三模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2O
B．离子交换膜b为阴离子交换膜
C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成
D．每生成0.1 ml Na2FeO4，II室中溶液减少的质量为32.0 g
4．我国科研人员以二硫化钼(MS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法正确的是( )
A．外电路中电子从MS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 ml电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MS2电极能加快合成氨的速率
5．双极膜电渗析法制疏基乙酸(HSCH2COOH)和高纯度NaOH溶液的原理如图所示，其中a，b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。
已知：双极膜复合层间H2O能解离为H+和OH-，且实现H+和OH-的定向通过。下列说法正确的是( )
A．M极连接电源的正极，电极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑
B．膜a和膜b均为阳离子交换膜，Na+经膜a由盐室移向碱室1
C．电解一段时间后，碱室2中NaOH溶液浓度变大
D．若将盐室中原料换成Na2SO4溶液，当外电路中通过2ml e-时，可生成2mlH2SO4
6．(2024·山东省普通高中高三联合质量测评)利用热再生氨电池可实现(CuSO4电镀废液的浓缩再生，同时利用该电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH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始工作。下列说法正确的是( )
A．隔膜为阳离子膜
B．当电路中转移2ml电子时，1ml SO42-通过膜d向右移动
C．电池总反应为：Cu 2++4NH3= [Cu(NH3)4]2+
D．M、P、X、Y对应的物质分别是稀硫酸、稀NaOH溶液、H2、O2
7．(2024·浙江省宁波市高三选考模拟考试)电解硫酸钠溶液制取电池正极材料的前驱体，其工作原理如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．a是直流电源的正极，石墨电极发生氧化反应
B．交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，Ⅰ室pH降低
C．当产生的时，标准状况下纯钛电极上至少产生气体
D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则纯钛电极上会有金属与前驱体附着而使产率降低
题型三 “多膜”池
1．(2023届·湖南省永兴县第一中学高三模拟)一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是( )
A．与a、b相连的分别是电源的负极、正极
B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．A膜、C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
D．产品室中的Ca2+和原料室的物质的量浓度同等程度增大
2．(2023届·河北省曲阳县第一高级中学高三模拟)目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源医乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法正确的是( )
A．a是直流电源的负极
B．阳极区溶液浓度几乎不变
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．出口I、II分别接收NaCl浓溶液、淡水
3．(2022·浙江省五校高三联考)双极膜电解法制巯基乙酸(HSCH2COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。下列说法正确的是( )
A．膜a和膜b均为阳离子交换膜
B．双极膜解离出的H+在双极膜的右侧
C．碱室1和碱室2的NaOH溶液可以循环使用，电解过程不产生其他副产物
D．若将盐室的原料换成Na2SO4溶液，当外电路通过2mle-时，可生成2mlH2SO4
4．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇(CH3OH)，并利用利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所示。下列说法不正确的是( )
A．电极c的电势高于电极d的电势
B．N表示阴离子交换膜
C．甲室流出的为盐酸溶液
D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
5．一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，下列叙述正确的是( )
A．电池工作时，H+的迁移方向：左→右
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小
C．“好氧阴极”存在反应：NH4+-6e-+ 8OH-=NO2-+ 6H2O
D．“厌氧阳极”区质量减少28.8g时，该电极输出电子2.4ml
6．使用交替排列的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜的电渗析过程如图所示。电渗析分离离子的原理是单价阳离子(例如：Li+、Na+、K+)通过单价选择性阳离子交换膜迁移到浓缩室，而二价阳离子(例如：Ca2+、Mg2+)被阻挡，留在脱盐室，达到富集锂的目的。下列说法错误的是( )
A．电极W连接电源正极，电极N连接电源负极
B．X口流出的是富Li+盐水，Y口流出的是贫Li+盐水
C．选择性离子交换膜是电渗析技术应用于盐湖卤水提锂的关键
D．该电渗析过程总的电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑
7．如图所示电解装置中，通电后Ⅱ室溶液底部逐渐溶解，下列判断正确的是( )
A．a是电源的正极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加酚酞溶液，出现红色
C．随着电解的进行，Ⅰ室溶液的pH变大
D．当0.01ml Fe2O3全溶解时，至少产生气体672mL(标准状况下测得)
8．(2024·浙江省绍兴市高三选考科目诊断性考试)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，利用光伏并网发电装置制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，下列叙述不正确的是( )
A．a极电极发生还原反应
B．保持电流恒定，增大NaCl稀溶液浓度，制备(CH3)4NOH的反应速率增大
C．c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜
D．b极收集2.24L(标况)气体时，溶液中有0.4ml离子透过交换膜
考点要求
考题统计
考情分析
\l "_Tc147941322" “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；2023•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，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
\l "_Tc147941322" “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
\l "_Tc147941322" “多膜”池
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
以Pt为电极电解淀粉KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
②阳极反应式：2I-_2e-=I2
③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH-=IO3-＋5I-＋3H2O
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e-=H2↑
②阳极反应式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
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
TOC \ "1-3" \p " " \h \z \u \l "_Tc18033" PAGEREF _Tc18033 \h 1
\l "_Tc6849" PAGEREF _Tc6849 \h 2
\l "_Tc25558" 【真题研析·规律探寻】 PAGEREF _Tc25558 \h 2
\l "_Tc25460" 考点一 “单膜”池 PAGEREF _Tc25460 \h 2
\l "_Tc3382" 考点二 “双膜”池 PAGEREF _Tc3382 \h 11
\l "_Tc10896" 考点三 “多膜”池 PAGEREF _Tc10896 \h 13
\l "_Tc1361" 【核心提炼·考向探究】 PAGEREF _Tc1361 \h 14
\l "_Tc5270" 1．隔膜的作用 PAGEREF _Tc5270 \h 14
\l "_Tc8284" 2．离子交换膜的类型 PAGEREF _Tc8284 \h 14
\l "_Tc18358" 3．离子交换膜类型的判断 PAGEREF _Tc18358 \h 16
\l "_Tc19287" 【题型特训·命题预测】 PAGEREF _Tc19287 \h 16
\l "_Tc1620" 题型一 “单膜”池 PAGEREF _Tc1620 \h 16
\l "_Tc10989" 题型二 “双膜”池 PAGEREF _Tc10989 \h 30
\l "_Tc1763" 题型三 “多膜”池 PAGEREF _Tc1763 \h 35
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 ml·h -1。下列说法错误的是( )
A．b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 ml·h -1
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)4]2+
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
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LiCO2转化为C2+，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LiCO2+2H2O+e-+4H+=Li++C2++4OH-
D．若甲室C2+减少，乙室C2+增加，则此时已进行过溶液转移
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：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
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
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SO2
D．装置中的总反应为SO32-+CO2+H2Oeq \(\s\up 7(电解),\s\d0(====))HCOOH+SO42-
6．(2023•全国甲卷，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
B．Cl-从电极迁移到IrOx-Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O
D．每转移1ml电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
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= NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1ml NH3·H2O，双极膜处有9 ml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
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
B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑
C．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
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Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl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：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1ml·L-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pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
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
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( )
A．KBr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-=+H2O
C．制得2ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1ml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
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8:1
C．电解一段时间后阴极区溶液OH的浓度增大
D．CrO3的生成反应为：Cr2O72＋2H＝2CrO3＋H2O
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( )
A．a为电源负极B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．在M极被还原D．分离出的从出口2排出
2．(2021•天津卷，11)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ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0.01ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
3．(2021•广东选择性考试，16)钴(C)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，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1mlC，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．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2C2++2H2O2 C +O2↑+4H+
考点三 “多膜”池
1．[2014·全国卷Ⅰ，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)：
①写出阳极的电极反应式：______________________________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________________。
③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__________________________________。
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)
(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)
(3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)
(4)电渗析法
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 ml电子，稀硫酸的变化：
(1)b极的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，通过1 ml电子时，有0.5 ml H2O放电，产生1 ml H+。
(2)通过1 ml电子时，有1 ml H+从稀硫酸中通过阳膜进入产品室。因此通过1 ml电子时，稀硫酸中反应消耗0.5 ml H2O，生成的O2逸出，生成的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
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：a＞b
B．N电极电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑
C．当电路中有2ml电子转移时，会有78g离子通过X膜
D．M电极是铁、N电极是铂
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，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
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( )
A．a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
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NH3·BH3+3H2O2= NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A．b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
C．a室的电极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-=4NH4++BO2-+6H+
D．其他条件不变时，向H2O2溶液中加入适量溶液能增大电流强度
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，产生的气体是O2和CO2
B．铜电极的电极反应式为2CO2+12HCO3-+12e-=C2H4+12CO32-+4H2O
C．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 ml电子时，理论上能产生C2H41.12L
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( )
A．b电极为原电池的正极
B．装置工作时c极区溶液的pH减小
C．d电极反应式为NO2-+5H2O+6e-=NH3+7OH-
D．装置工作时，若消耗6.5gZn，理论上能得到0.03mlNH3
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)4CN]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
9．(2023届·安徽省蚌埠市高三第一次教学质量检查)铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH
B．Pt电极附近溶液的pH值减小
C．每转移2ml电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g
D．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用
10．(2023届·广东省深圳市光明区一模)某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①Zn-2e-=Zn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn [Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是( )
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e-=C2H4+2OH-
D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu
11．(2024·山东德州高三期中)我国科学家设计的耦合光催化、电催化分解水的装置如图所示，光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)。下列有关说法错误的是( )
A．气体X为氢气，气体Y为氧气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．光催化装置中生成I3-的反应为3I - +2h+=I3-
D．每分解0.01mlH2O光催化装置生成1.905gI3-
12．(2024·浙江省温州市普通高中高三一模)利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下：
①启动电源1，MnO2所在腔室的海水中的Li+进入MnO2结构形成LiMn2O4；
②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是( )
A．启动电源1时，电极1为阳极，发生氧化反应
B．启动电源2时MnO2电极反应式为：2MnO2+xLi++xe-=LixMn2O4
C．电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度
D．启动至关闭电源1，转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为，可得LixMn2O4中的x=1.2
13．(2024·浙江省金华市十校选考模拟考试)海水原位直接电解制氢技术是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自然蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，为电解提供淡水(工作时KOH溶液的浓度保持不变)。装置如图所示，下列叙述不正确的是( )
A．M电极反应式为4OH―-4e－=O2↑＋2H2O
B．该技术避免了生成强氧化性的含氯粒子腐蚀电极
C．离子交换膜b为阳离子交换膜
D．当产生标准状况下33.6L H2时，有1.5ml H2O(g)透过透气膜a
14．(2022·山东省威海市二模)工业上用石墨和铅作电极，用双极膜电解葡萄糖溶液制备甘露醇和葡萄糖酸盐。已知在直流电场作用下，双极膜将水解离为H+和OH-并实现其定向通过，电解过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．b极材料为石墨，接电源正极
B．通电后双极膜中产生的OH-向b极定向移动
C．生成葡萄糖酸盐的反应为：+BrO3-+OH-=HOCH2(CHOH)4COO-+Br-+H2O
D．理论上若生成1ml甘露醇，则可生成1ml葡萄糖酸盐
15．(2022·山东师范大学附中模拟预测)天津大学研究团队以KOH溶液为电解质，CP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物()的装置如图所示(R代表烃基)。下列说法不正确的是( )
A．若用铅蓄电池作为电源，CP极连接铅蓄电池的铅电极
B．离子交换膜是阴离子交换膜
C．偶氮化合物具有顺反异构体，合成1ml物质，需转移4ml电子
D．Ni2P电极反应式为RCH2NH2—4e—+4OH—= RCN+4H2O
16．有一种将乙烯高效转化为环氧乙烷的电化学合成方法，如图所示。反应在KCl电解液的流动池中进行，电解结束后，将阴阳极电解液输出混合，便可生成环氧乙烷。下列说法正确的是( )
A．泡沫镍电极附近溶液pH减小
B．通电时，图中阴离子从上往下迁移通过阴离子交换膜
C．用该方法制备环氧乙烷的过程总反应为CH2=CH2+HOCl→+HCl
D．当电路中通过2ml电子时，泡沫镍电极上会产生22.4L气体(标准状况)
17．(2023届·湖南省长沙一中高三模拟)双极膜电渗析法制备缩水甘油()的原理：将3-氯-1，2-丙二醇的水溶液通过膜M与双极膜之间的电渗析室，最终得到的缩水甘油纯度很高(几乎不含无机盐)。已知：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜为双极膜。在直流电场的作用下，双极膜复合层间的H2O解离成OH-和H+并分别通过阴膜和阳膜。下列说法正确的是( )
A．装置工作时，3-氯-1，2-丙二醇被氧化
B．通电后，电渗析室内溶液的pH变小
C．膜M为阳离子交换膜
D．装置工作时，阴极上发生的电极反应：2H++2e-=H2↑
18．(2023届·湖南省益阳市高三教学质量调研)锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，是多种便携式电子设备和交通工具的常用电池。一种锂离子电池的结构及工作原理如图所示，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是( )
A．放电时电极a为电池的正极，充电时电极b作阳极
B．放电时负极反应式为：LixCy-xe-=xLi++Cy
C．电池放电时总反应为：LixCy+ Li1-xCO2=LiCO2+Cy
D．放电充电时，锂离子往返于电池的正极负极之间，完成化学能与电能的相互转化
题型二 “双膜”池
1．(2024·黑龙江省龙东五地市高三联考)一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物-空气液流二次电池工作时，原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
B．连接负载时，X极的电极反应式为2S22--2e-=S42-
C．连接电源时，Ⅰ室的数目增加
D．连接电源时，电路中每通过电子，生成的质量为20g
2．(2023届·江苏省南通市高三期初教学质量调研)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如下图所示。(已知在KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH )42-存在)。下列叙述不正确的是( )
A．放电时Zn作负极
B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
C．放电时MnO2电极上发生的反应：MnO2+4H++2e- =Mn2++2H2O
D．电路中每通过1 ml电子，Zn电极的质量减小32.5g
3．(2023届·辽宁省沈阳市第一二〇中学高三模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2O
B．离子交换膜b为阴离子交换膜
C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成
D．每生成0.1 ml Na2FeO4，II室中溶液减少的质量为32.0 g
4．我国科研人员以二硫化钼(MS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法正确的是( )
A．外电路中电子从MS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 ml电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MS2电极能加快合成氨的速率
5．双极膜电渗析法制疏基乙酸(HSCH2COOH)和高纯度NaOH溶液的原理如图所示，其中a，b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。
已知：双极膜复合层间H2O能解离为H+和OH-，且实现H+和OH-的定向通过。下列说法正确的是( )
A．M极连接电源的正极，电极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑
B．膜a和膜b均为阳离子交换膜，Na+经膜a由盐室移向碱室1
C．电解一段时间后，碱室2中NaOH溶液浓度变大
D．若将盐室中原料换成Na2SO4溶液，当外电路中通过2ml e-时，可生成2mlH2SO4
6．(2024·山东省普通高中高三联合质量测评)利用热再生氨电池可实现(CuSO4电镀废液的浓缩再生，同时利用该电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH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始工作。下列说法正确的是( )
A．隔膜为阳离子膜
B．当电路中转移2ml电子时，1ml SO42-通过膜d向右移动
C．电池总反应为：Cu 2++4NH3= [Cu(NH3)4]2+
D．M、P、X、Y对应的物质分别是稀硫酸、稀NaOH溶液、H2、O2
7．(2024·浙江省宁波市高三选考模拟考试)电解硫酸钠溶液制取电池正极材料的前驱体，其工作原理如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．a是直流电源的正极，石墨电极发生氧化反应
B．交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，Ⅰ室pH降低
C．当产生的时，标准状况下纯钛电极上至少产生气体
D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则纯钛电极上会有金属与前驱体附着而使产率降低
题型三 “多膜”池
1．(2023届·湖南省永兴县第一中学高三模拟)一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是( )
A．与a、b相连的分别是电源的负极、正极
B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．A膜、C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
D．产品室中的Ca2+和原料室的物质的量浓度同等程度增大
2．(2023届·河北省曲阳县第一高级中学高三模拟)目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源医乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法正确的是( )
A．a是直流电源的负极
B．阳极区溶液浓度几乎不变
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．出口I、II分别接收NaCl浓溶液、淡水
3．(2022·浙江省五校高三联考)双极膜电解法制巯基乙酸(HSCH2COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。下列说法正确的是( )
A．膜a和膜b均为阳离子交换膜
B．双极膜解离出的H+在双极膜的右侧
C．碱室1和碱室2的NaOH溶液可以循环使用，电解过程不产生其他副产物
D．若将盐室的原料换成Na2SO4溶液，当外电路通过2mle-时，可生成2mlH2SO4
4．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇(CH3OH)，并利用利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所示。下列说法不正确的是( )
A．电极c的电势高于电极d的电势
B．N表示阴离子交换膜
C．甲室流出的为盐酸溶液
D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
5．一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，下列叙述正确的是( )
A．电池工作时，H+的迁移方向：左→右
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小
C．“好氧阴极”存在反应：NH4+-6e-+ 8OH-=NO2-+ 6H2O
D．“厌氧阳极”区质量减少28.8g时，该电极输出电子2.4ml
6．使用交替排列的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜的电渗析过程如图所示。电渗析分离离子的原理是单价阳离子(例如：Li+、Na+、K+)通过单价选择性阳离子交换膜迁移到浓缩室，而二价阳离子(例如：Ca2+、Mg2+)被阻挡，留在脱盐室，达到富集锂的目的。下列说法错误的是( )
A．电极W连接电源正极，电极N连接电源负极
B．X口流出的是富Li+盐水，Y口流出的是贫Li+盐水
C．选择性离子交换膜是电渗析技术应用于盐湖卤水提锂的关键
D．该电渗析过程总的电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑
7．如图所示电解装置中，通电后Ⅱ室溶液底部逐渐溶解，下列判断正确的是( )
A．a是电源的正极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加酚酞溶液，出现红色
C．随着电解的进行，Ⅰ室溶液的pH变大
D．当0.01ml Fe2O3全溶解时，至少产生气体672mL(标准状况下测得)
8．(2024·浙江省绍兴市高三选考科目诊断性考试)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，利用光伏并网发电装置制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，下列叙述不正确的是( )
A．a极电极发生还原反应
B．保持电流恒定，增大NaCl稀溶液浓度，制备(CH3)4NOH的反应速率增大
C．c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜
D．b极收集2.24L(标况)气体时，溶液中有0.4ml离子透过交换膜
考点要求
考题统计
考情分析
\l "_Tc147941322" “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；2023•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，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
\l "_Tc147941322" “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
\l "_Tc147941322" “多膜”池
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
以Pt为电极电解淀粉KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
②阳极反应式：2I-_2e-=I2
③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH-=IO3-＋5I-＋3H2O
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e-=H2↑
②阳极反应式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
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
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