資源簡介

(共41張PPT)
第11講
離子隔膜在電化學中的應用
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
2024湖北卷-14題 電解池： 本題采用的為雙極膜，需先判斷出陰陽兩極，書寫出電極反應式解題
2024黑吉遼卷-12題 電解池 ：本題采用的陰離子交換膜，選擇性的通過陰離子，解題關鍵是判斷出陰陽極，分析電極反應式，并判斷出陰離子平衡電荷時的移動方向
2024江蘇卷-8題
原電池 ：利用隔膜使正負兩個電極分開，避免電池短路，延長電池壽命
2024年——離子隔膜在電化學中的應用考向考點統計
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
一、知識重構
1.單液電池
圖1 單液Zn-Cu原電池裝置 圖2單液Zn-Cu原電池電流曲線 圖3單液Zn-Cu原電池溫度曲線
圖2和圖3說明單液Zn-Cu原電池存在什么弊端？原因是什么？
部分能量轉化為熱能，電能轉化率低
電流衰減，不穩定
原因：Zn與電解質CuSO4直接接觸
一、知識重構
2.雙液電池-鹽橋
負極：Zn-2e－=Zn2+
正極：Cu2++2e－=Cu
總反應：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
鹽橋的作用是
①隔離Zn和CuSO4溶液，避免直接反應
②提供離子遷移通道，平衡電荷，形成閉合回路
鹽橋成分：瓊膠、飽和KCl溶液
Zn-2e－=Zn2+
Cl－
Cu2++2e－=Cu
K+
一、知識重構
2.雙液電池-鹽橋
對鹽橋的深入認識
（1）鹽橋中瓊膠的作用：控制離子流速，防止過早失效。
（2）用飽和氯化鉀的原因：K+和Cl－遷移速率接近，且不發生化學反應。
（3）鹽橋使用一段時間需要更換，恢復的方式是放入飽和氯化鉀溶液中。
一、知識重構
2.雙液電池-鹽橋
例：（2020全國）驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進行實驗。電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質溶液。鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，并且電遷移率(u∞)應盡可能地相近。根據下表數據，鹽橋中應選擇____________作為電解質。
NO3－酸性環境下強氧化性，會氧化Fe2+
KCl
一、知識重構
2.雙液電池-鹽橋
帶鹽橋的雙液鋅銅原電池電流穩定，但明顯小于單液電池
分析下圖，帶鹽橋的雙液電池電流有何特點？造成的原因是什么？
原因在于鹽橋通道狹小限制了離子的通過率、加之瓊膠的影響，進一步增大了鹽橋的電阻。
一、知識重構
3.離子交換膜
（1）作用：
①能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
②能選擇性的通過離子，起到 的作用。
平衡電荷，形成閉合回路
單液：負極與電解液直接接觸 鹽橋：有效隔離，電阻增大 離子交換膜：有效隔離，電阻小
一、知識重構
3.離子交換膜
（2）分類
一、知識重構
3.離子交換膜
（3）三種離子交換膜舉例分析
種類 裝置圖 說明
陽離子交換膜(只允許陽離子和水分子通過) 氯堿工業 ①A極反應式：
②B極反應式：
③Na＋通過陽離子交換膜進入 極區
④陽離子→透過陽離子交換膜→電解池 極
思考：能否用陰離子交換膜？
2Cl－-2e－= Cl2↑
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
陰
陰
不能，OH－移向陽極，會與 Cl2反應
一、知識重構
3.離子交換膜
（3）三種離子交換膜舉例分析
種類 裝置圖 說明
陰離子交換膜 (只允許陰離子和水分子通過) 以Pt為電極電解淀粉 KI溶液，制備碘酸鉀，中間用陰離子交換膜隔開 ①陰極反應式：
②陽極反應式：
③陰極產生的OH－移向陽極與陽極產物反應：
④陰離子→透過陰離子交換膜→電解池 極(或原電池的 極)
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
2I－－2e－=I2
3I2＋6OH－=IO3－＋5I－＋3H2O
陽
負
一、知識重構
3.離子交換膜
（3）三種離子交換膜舉例分析
種類 裝置圖 說明
質子交換膜 (只允許H＋和水分子通過) 在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2 ①陰極反應式：
②陽極反應式：
③陽極產生的H＋通過質子交換膜移向陰極
④H＋→透過質子交換膜→原電池 極(或電解池的 極)
2H＋＋2e－= H2↑
CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋
正
陰
一、知識重構
3.離子交換膜
（4）原理（以陽離子交換膜為例）
交換膜上有很多微孔，“孔道”上有許多帶負電荷的基團，陽離子可以自由通過“孔道”，由濃度大的區域向濃度小的區域移動。陰離子移動到“孔道”處，受到“孔道”帶負電荷基團的排斥而不能進入“孔道”中，因而不能通過交換膜。這就是“選擇性”透過的原因。其構造與工作示意圖如圖所示：陰離子交換膜的構造和工作原理與此相同，只不過是“孔道”中帶正電荷基團而已。
一、知識重構
3.離子交換膜
（5）判斷
根據溶液呈電中性，巧借離子遷移方向的判斷，從而確定離子交換膜的類型。
①離子從“生成區”移向“消耗區”
以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示。
陰
CO2 + 2e－+ 2H＋= HCOOH
陽
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
生成H+
消耗H+
質子交換膜
一、知識重構
3.離子交換膜
（5）判斷
②離子從“原料區”移向“產物區”
以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示。
H2PO2－
Na+
陰離子膜
陽離子膜
H++H2PO2－= H3PO2
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
總：2H2O - 4e－+4H2PO2－=4H3PO2
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
一、知識重構
3.離子交換膜
（5）判斷
③溶液“濃→稀”，離子移出；溶液“稀→濃”，離子移入
正
負
一種三室微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示。
Cl－
Na+
陰離子膜
陽離子膜
一、知識重構
4.雙極膜
雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在電場作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H+和OH－的離子源。電解過程，雙極膜中產生的H+移向 極，OH－移向 極。原電池中，雙極膜中產生的H+移向 極，OH－移向 極。H+和OH－移動的作用是平衡電荷或參與化學反應。
雙極膜結構及解離水示意圖
陰
陽
正
負
一、知識重構
4.雙極膜
例：SO2的脫除與H2O2的制備反應自發協同轉化裝置如下圖所示(在電場作用下，雙極膜中間層的H2O解離為H+和OH－，并向兩極遷移)。分析電極反應及H+和OH－的移動方向。
正
負
H+
OH－
O2 +2e－+ 2H+ = 2H2O2
SO32－ -2e－+ 2OH－=
SO42－+H2O
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
二、重溫經典
例1：（2024·黑吉遼卷）“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：
下列說法錯誤的是
A．相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B．陰極反應：
C．電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D．陽極反應：
陽
陰
陰極：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
陽極：HCHO+OH-- e-→HCOOH+H2
HCOOH+OH-=HCOO-+H2O
解析
×
二、重溫經典
例2：（2023·全國甲卷）用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是
A．析氫反應發生在 電極上
B．Cl-從Cu電極遷移到 電極
C．陰極發生的反應有：
D．每轉移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)
陽
陰
陰極：2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O
陽極：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
√H+
解析
2CO2+12H++12e =C2H5OH+3H2O
√
二、重溫經典
例3：（2024湖北）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡 HOCH2O- + OH- [OCH2O]2- + H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2- - e- = HCOO- + H 。下列說法錯誤的是
A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C．陽極總反應式為2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO- + H2↑+2H2O
D．陰極區存在反應H2C2O4+2H++2e- =CHOCOOH+H2O
陽
陰
陰極：
H2C2O4+HON+H3+6e-+6H+=H3N+CH2COOH+3H2O
陽極：2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
解析
×
二、重溫經典
例4：（2023·浙江卷）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
陽
陰
陰極：2H2O＋4e－＋ O2 = 4OH－
陽極：4Cl- - 4e－= 2Cl2↑
解析
×
二、重溫經典
例5：（2021湖北）Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會轉化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．電解時只允許H+通過離子交換膜
B．生成O2和H2的質量比為8∶1
C．電解一段時間后陰極區溶液OH－的濃度增大
D．CrO3的生成反應為：Cr2O72－+2H+=2CrO3+H2O
陽
陰
陰極：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
陽極：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
Cr2O72－+2H+=2CrO3+H2O
×H+，OH－
√Na+
×
解析
二、重溫經典
例6：（2022全國甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42－通過隔膜向Ⅱ區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
正
負
K+
×
×
解析
二、重溫經典
例6：（2022全國甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42－通過隔膜向Ⅱ區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
深入思考：離子選擇膜的種類
×
陽離子膜
陰離子膜
兩端電解質的酸堿減弱，
溶質成分發生改變
H+ OH－
K+ SO42-
解析
二、重溫經典
例6：（2022全國甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42－通過隔膜向Ⅱ區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
深入思考：離子選擇膜的種類
×
陰離子膜
陽離子膜
SO42- K+
三室電解液溶質成分不變
避免H+與OH－直接反應
解析
二、重溫經典
例7：（2020全國新課標Ⅰ卷）科學家近年發明了一種新型Zn CO2水介質電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等，為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。
OH－ H+
放電
充電
負
正
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
×
解析
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
三、模型建構
1.有“膜”條件下離子定向移動方向的判斷方法
三、模型建構
2.含離子交換膜電化學裝置題的解題步驟
三、模型建構
3.定量關系
外電路電子轉移數=通過隔膜的陰（陽）離子帶的負（正）電荷數。
例：工業上常用連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)消除煙氣中的NO，通過電解可使Na2S2O4再生，裝置如下圖所示。吸收塔內每吸收11.2L(標準狀況)的NO，通過離子交換膜的H+的物質的量為_______mol。
NO ～ 2e － ～ 2H+
0.5mol
1 1
陽極：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
陰極：4SO32－+8H++4e－=2S2O42－+4H2O
2S2O42－+2NO+2H2O=N2+4SO32－+4H+
陰極總：4H++2NO+4e－=N2+2H2O
方法1：
1mol 0.5mol
方法2：
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
四、名師導學
隔膜的認識誤區：隔膜一定是離子選擇性膜。
這種認識是錯誤的。隔膜的作用是阻止特定微粒通過，允許其他微粒通過。隔膜的選擇性越強，就意味著阻礙性越大，微粒的透過性就降低了，電阻性變大。因此需要認識隔膜的雙重性，離子選擇性膜在隔離兩極電解質，防止物質混合方面起到了很好的作用，但確犧牲了離子的通過效率。那有沒有既能阻止電解液或兩極物質的混合，又不犧牲離子的通過效率呢？
四、名師導學
例1：（2022廣東）科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3 + 2Na＋ + 2e－ = Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是
A. 充電時電極b是陰極
B. 放電時NaCl溶液的pH減小
C. 放電時NaCl溶液的濃度增大
D. 每生成1molCl2，電極a質量理論上增加23g
放電總：
Na3Ti2(PO4)3 + Cl2= NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－
√
解析
隔膜不一定是離子選擇性膜
四、名師導學
例2：（2021湖南）鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是（　　）
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
隔膜不一定是離子選擇性膜
四、名師導學
選擇性透過膜
優點：有效隔離兩極電極液
缺點：1.制作成本高
2.離子通透性低
非選擇性隔膜
優點：1.離子通透性強，電阻小
2.成本低
缺點：無法隔離兩極電解液
電解液絡合處理
2021湖南高考化學第10題圖
允許Zn2+和Br－通過，可阻礙溴單質絡合物大分子
隔膜不一定是離子選擇性膜
四、名師導學
缺失信息：
1.溴復合物
2.右側貯液器成分
水相出口
油相絡合物
兩相閥
1.溴單質的大分子絡合物
2.水相：ZnBr2，密度小；
油相：溴單質絡合物，密度大
隔膜的作用：阻止溴絡合物移動到負極與單質Zn反應自放電
隔膜不一定是離子選擇性膜
四、名師導學
例2：（2021湖南）鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是（　　）
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
×
解析
放電溴單質和鋅反應生成ZnBr2，濃度增大；
隔膜沒有選擇性，作用是阻止大分子Br2的絡合物（信息缺失）。
隔膜不一定是離子選擇性膜第11講-離子隔膜在電化學中的應用
1. （2024·江蘇卷）堿性鋅錳電池的總反應為，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是
A．電池工作時，MnO2發生氧化反應
B．電池工作時，OH-通過隔膜向正極移動
C．環境溫度過低，不利于電池放電
D．反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為
2．（2023·山東卷，不定項）利用熱再生氨電池可實現CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是
A．甲室Cu電極為正極
B．隔膜為陽離子膜
C．電池總反應為：
D．NH3擴散到乙室將對電池電動勢產生影響
3．（2023·湖北卷）我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xmol·h-1。下列說法錯誤的是
A．b電極反應式為2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D．海水為電解池補水的速率為2xmol·h-1
4.（2023·遼寧卷）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：
5.（2023廣東16）用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是
A．電解總反應：
B．每生成，雙極膜處有的解離
C．電解過程中，陽極室中的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
6．（2022全國乙卷）常溫下，一元酸的。在某體系中，與離子不能穿過隔膜，未電離的可自由穿過該膜(如圖所示)。
設溶液中，當達到平衡時，下列敘述正確的是
A．溶液Ⅰ中
B．溶液Ⅱ中的HA的電離度為
C．溶液Ⅰ和Ⅱ中的不相等
D．溶液Ⅰ和Ⅱ中的之比為
7．（2021廣東）鈷()的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是
A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的均增大
B．生成，Ⅰ室溶液質量理論上減少
C．移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變
D．電解總反應：
8．（2015全國新課標Ⅰ卷）微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是
A．正極反應中有CO2生成
B．微生物促進了反應中電子的轉移
C．質子通過交換膜從負極區移向正極區
D．電池總反應為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
9．（2020浙江）在氯堿工業中，離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如下，下列說法不正確的是
A．電極A為陽極，發生氧化反應生成氯氣
B．離子交換膜為陽離子交換膜
C．飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出
D．OH-遷移的數量等于導線上通過電子的數量
10．（2016全國新課標Ⅰ卷）三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na+和SO42-可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。下列敘述正確的是
A．通電后中間隔室的SO42-離子向正極遷移，正極區溶液pH增大
B．該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品
C．負極反應為2H2O–4e–=O2+4H+，負極區溶液pH降低
D．當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成
11．雙極膜應用于各種裝置中，發揮著巨大作用。如圖所示裝置是將捕捉的二氧化碳轉化為而礦化封存，減少空氣中的碳排放。下列說法正確的是
A．向堿室中加入固體，有利于的礦化封存
B．兩個雙極膜中間層的均向左移動
C．極為陽極，電極反應式為
D．在堿室形成
12．我國科學家研究出一種新型水系Zn C2H2電池(裝置如圖甲所示)，既能實現乙炔加氫又能發電；同時開發新型催化劑，實現CO2電催化加氫制備C3H6 (裝置如圖乙所示)。下列說法錯誤的是
A．甲、乙兩裝置相互連接時，a口應接c口
B．離子交換膜M與N不能選擇相同的交換膜
C．a極的電極反應式為C2H2+2e +2H2O=C2H4+2OH
D．甲、乙兩裝置相互連接時，理論上每消耗1molCO2，b極質量增大48g
13．一種利用電化學法生產高純金的方法涉及粗金(含有Ag、Cu等雜質)的溶解，獲得含[AuCl4] 的溶液。該過程不涉及金單質析出，所用電解質溶液均為A溶液。下列說法不正確的是
A．陽極發生的發應為
B．粗金溶解，可用過濾的方法從陽極區獲取
C．隔膜E為陽離子交換膜
D．每生成1mol，陰極區產生體積為33.6L(標準狀況)
14．科學家研制出一種高性能水系酸堿雙液鋅－溴二次電池，其總反應為：，中間的雙極性膜(BPM)能隔開酸堿雙液且能允許通過，如圖所示。下列說法正確的是
A．放電時，向鋅極電極遷移
B．放電時，負極區的pH減小
C．充電時，鋅與外接電源正極相連，將電能轉化為化學能
D．充電時，石墨電極發生反應：
15．研究發現，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續大電流放電，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是
A．離子交換膜X為質子交換膜，質子從石墨電極移向Pt電極
B．Pt電極的電勢高于石墨電極
C．石墨電極上發生反應NO+4H++3e-=NO+2H2O
D．6mol O2被還原時，有3mol C2H5OH被氧化
16．鈉堿脫硫液()吸收一定量氣體后，可通過如圖裝置實現再生，下列說法錯誤的是
A．電極a應接電源的負極
B．自右向左穿過m膜，m膜應為陽離子交換膜
C．出液2的pH大于進液的pH
D．出液1可使品紅溶液褪色
17．對氨基苯酚(，俗稱PAP)是一種重要的精細化工中間體，工業上常采用電解硝基苯的方法制取，其裝置原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．電源a為負極
B．電極c上發生的電極反應式為+4H++4e-=+H2O
C．離子交換膜最好用質子交換膜
D．當生成1mol時，右側生成的CO2在標準狀況下體積為44.8L
18．雙極膜是一種離子交換復合膜，在直流電場作用下能將中間層的水分子解離成和，并分別向兩極遷移。用雙極膜電解制備金屬鈷，工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．電極a接電源的正極
B．電解過程中溶液中的透過陰離子交換膜向左移動
C．當電路中轉移2mol電子時，陽極產生22.4L(標準狀況)
D．電解池工作時，陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小
19．（2018全國新課標Ⅰ卷）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為_____________。電解后，__________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水，可得到Na2S2O5。
20．（2014全國新課標Ⅰ卷）H3PO2可以通過電解的方法制備.工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：
①寫出陽極的電極反應式 ；
②分析產品室可得到H3PO2的原因 ；
③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2，將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室，其缺點是產品中混有_______雜質。該雜質產生的原因是 。
試卷第4頁，共9頁
試卷第3頁，共9頁
第11講-離子隔膜在電化學中的應用答案及解析
1．C
【詳解】Zn為負極，電極反應式為：，MnO2為正極，電極反應式為：。A．電池工作時，MnO2為正極，得到電子，發生還原反應，故A錯誤；B．電池工作時，OH-通過隔膜向負極移動，故B錯誤；C．環境溫度過低，化學反應速率下降，不利于電池放電，故C正確；D．由電極反應式可知，反應中每生成1mol MnOOH，轉移電子數為，故D錯誤；
2．CD
【詳解】A. 向甲室加入足量氨水后電池開始工作，則甲室Cu電極溶解，變為銅離子與氨氣形成，因此甲室Cu電極為負極，故A錯誤；B. 再原電池內電路中陽離子向正極移動，若隔膜為陽離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側移動，通入氨氣要消耗銅離子，顯然左側陽離子不斷減小，明顯不利于電池反應正常進行，故B錯誤；C. 左側負極是，正極是，則電池總反應為：，故C正確；D. NH3擴散到乙室會與銅離子反應生成，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對電池電動勢產生影響，故D正確；
3．D
【詳解】由圖可知，該裝置為電解水制取氫氣的裝置，a電極與電源正極相連，為電解池的陽極，b電極與電源負極相連，為電解池的陰極，陰極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，陽極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O，電池總反應為2H2O2H2↑+O2↑，據此解答。A．b電極為陰極，發生還原反應，電極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正確；B．該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH濃度不變，陽極發生的電極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O，為保持OH-離子濃度不變，則陰極產生的OH-離子要通過離子交換膜進入陽極室，即離子交換膜應為陰離子交換摸，故B正確；C．電解時電解槽中不斷有水被消耗，海水中的動能高的水可穿過PTFE膜，為電解池補水，故C正確；D．由電解總反應可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為，則補水的速率也應是，故D錯誤；
4．B
【詳解】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。A．放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；B．儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；C．放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H+通過質子交換膜移向右側，C錯誤；D．充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D錯誤；
5．B
【詳解】由信息大電流催化電解溶液制氨可知，在電極a處放電生成，發生還原反應，故電極a為陰極，電極方程式為，電極b為陽極，電極方程式為，“卯榫”結構的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。A．由分析中陰陽極電極方程式可知，電解總反應為，故A正確；B．每生成，陰極得8mol e－，同時雙極膜處有8mol 進入陰極室，即有8mol的解離，故B錯誤；C．電解過程中，陽極室每消耗4mol ，同時有4mol 通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于被催化解離成和，可提高氨生成速率，故D正確；
6．B
【詳解】A．常溫下溶液I的pH=7.0，則溶液I中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L，c(H+)＜c(OH-)＋c(A-)，A錯誤；B．常溫下溶液II的pH=1.0，溶液中c(H+)=0.1mol/L，Ka==1.0×10-3，c總(HA)=c(HA)+c(A-)，則=1.0×10-3，解得=，B正確；C．根據題意，未電離的HA可自由穿過隔膜，故溶液I和II中的c(HA)相等，C錯誤；D．常溫下溶液I的pH=7.0，溶液I中c(H+)=1×10-7mol/L，Ka==1.0×10-3，c總(HA)=c(HA)+c(A-)，=1.0×10-3，溶液I中c總(HA)=(104+1)c(HA)，溶液II的pH=1.0，溶液II中c(H+)=0.1mol/L，Ka==1.0×10-3，c總(HA)=c(HA)+c(A-)，=1.0×10-3，溶液II中c總(HA)=1.01c(HA)，未電離的HA可自由穿過隔膜，故溶液I和II中的c(HA)相等，溶液I和II中c總(HA)之比為[(104+1)c(HA)]∶[1.01c(HA)]=(104+1)∶1.01≈104，D錯誤；
7．D
【詳解】由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽離子電荷數大于陰離子電荷數，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發生還原反應生成鈷，電極反應式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數大于陽離子電荷數，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。A．由分析可知，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；B．由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質量減少18g，故B錯誤；C．若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發生變化，故C錯誤；D．由分析可知，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+，故D正確；
8．A
【詳解】A．根據圖象，負極上C6H12O6失電子，正極上O2得電子和H+反應生成水，負極的電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正極的電極反應式為O2+4e-+4H+═2H2O，因此CO2在負極產生，故A錯誤；B．葡萄糖在微生物的作用下將化學能轉化為電能，形成原電池，有電流產生，所以微生物促進了反應中電子的轉移，故B正確；C．通過原電池的電極反應可知，負極區產生了H+，根據原電池中陽離子向正極移動，可知質子(H+)通過交換膜從負極區移向正極區，故C正確；D．該反應屬于燃料電池，燃料電池的電池反應式和燃燒反應式相同，則電池反應式為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，故D正確；
9．D
【詳解】氯堿工業中的總反應為2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑；電解池中陽極失電子發生氧化反應，氯堿工業中Cl2為氧化產物，所以電極A為陽極，電極B為陰極，據此作答。
A.根據分析可知電極A為陽極，發生氧化反應生成氯氣，故A正確；B.陽極發生的方程式為：2Cl--2e-═Cl2↑，陰極：2H2O+2e-═H2↑+2OH-；為了防止生成的氯氣與氫氧化鈉發生反應，氫氧化鈉要從d口流出，所以要防止OH-流向陽極即電極A，該離子交換膜為陽離子交換膜，故B正確；C.根據B選項的分析可知飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出，故C正確；
D.因為有離子交換膜的存在，OH-不發生遷移，故D錯誤；
10．B
【詳解】A．根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，在電解池中陰離子會向正電荷較多的陽極區定向移動，因此通電后中間隔室的SO42－離子向正極遷移；在正極區帶負電荷的OH－失去電子，發生氧化反應而放電，由于破壞了附近的水的電離平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正極區溶液酸性增強，溶液的pH減小，故A錯誤；
B．陽極區氫氧根放電，溶液中產生硫酸，陰極區氫離子獲得電子，發生還原反應而放電，破壞了附近的水的電離平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以產生氫氧化鈉，因此該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品，故B正確；
C．負極區氫離子得到電子，使溶液中c(H＋)增大，所以負極區溶液pH升高，故C錯誤；
D．當電路中通過1mol電子的電量時，根據整個閉合回路中電子轉移數目相等可知反應產生氧氣的物質的量是n(O2)=1mol÷4=0.25mol，故D錯誤。
11．B
【詳解】A．堿室中二氧化碳和堿反應生成碳酸根離子，碳酸根離子通過左側陰離子交換膜進入中間室內，與結合形成碳酸鈣，加入固體不利于的吸收，故A錯誤；
B．右側雙極膜中氫離子進入酸室生成鹽酸，左側雙極膜中氫離子左移在電極上發生還原反應生成，故B正確；C．左側雙極膜中氫氧根離子進入堿室，與二氧化碳反應生成碳酸根離子，氫離子左移在電極上發生還原反應生成，所以為陰極，電極反應式為，故C錯誤；D．通過左側陰離子交換膜進入中間室內與結合形成碳酸鈣，在中間室形成，故D錯誤；
12．A
【詳解】甲裝置中，Zn被氧化，所以b電極為負極，a電極為正極；乙池中d電極上H2O被氧化為O2，所以d電極為陽極，c電極為陰極。A．c為陰極，與電源負極相連，即與b口相連，A錯誤；B．裝置甲中通過氫氧根遷移來平衡電荷，離子交換膜為陰離子交換膜，裝置乙中通過氫離子遷移平衡電荷，為質子交換膜，B正確；C．a電極上C2H2被還原為C2H4，根據電子守恒、元素守恒可得電極反應為C2H2+2e +2H2O=C2H4+2OH ，C正確；D．c電極上的反應為3CO2+18e +18H+=C3H6+6H2O，b電極的反應為Zn 2e +2OH =ZnO+H2O，增重為O原子的質量，消耗1molCO2轉移6mol電子，b電極上增重3molO原子的質量，即為48g，D正確；
13．D
【詳解】粗金板是電解池的陽極，電極反應式：；高純鈦板是電解池的陰極，電極反應式：。A．由分析知電極反應式正確，A正確；B．粗金溶解，可用過濾的方法從陽極區獲取，B正確；C．獲得含的溶液，隔膜E為陽離子交換膜，C正確；D．由電極反應式可知產生體積為33.6L(標準狀況)時得到3摩爾電子，但失去電子的金屬可能是金、銀、銅，D錯誤；
14．B
【詳解】由圖可知：新型酸堿雙液鋅溴二次電池放電時，左側Zn電極發生失去電子的氧化反應生成ZnO，為負極，電極反應式為：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O；電池右側為正極，在正極上發生得電子的還原反應生成Br-，電極反應式為：+2e-=3Br-，放電時，陽離子移向正極、陰離子移向負極；充電時，原電池的負極與外加電源負極相接，為電解池的陰極，正極為電解池的陽極，電極反應與放電時相反，據此分析解答。A．原電池中左側Zn電極為負極，右側石墨電極為正極，放電時，陽離子移向正極，即K+向石墨電極遷移，故A錯誤；
B．放電時，負極電極反應式為：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，所以負極區的pH減小，故B正確；C．據分析可知，充電時，鋅與外接電源負極相連，故C錯誤；D．充電時，原電池正極石墨電極與外加電源正極相接，為電解池的陽極，發生氧化反應，所以石墨電極發生反應為：3Br--2e-=Br3-，故D錯誤；
15．C
【詳解】由圖可知左側電極上乙醇發生氧化反應生成二氧化碳，為負極，則右側電極為正極；A．原電池中陽離子向正極運動，則質子從Pt電極移向石墨電極，A錯誤；B．Pt電極為負極，其電勢低于正極的石墨電極，B錯誤；C．石墨電極上硝酸根離子得到電子發生還原反應生成一氧化氮，發生反應NO+4H++3e-=NO+2H2O，C正確；D．乙醇發生氧化反應生成二氧化碳，反應為，根據電子守恒可知，，則6mol O2被還原時，有2mol C2H5OH被氧化，D錯誤；
16．C
【詳解】由圖可知，電極a為電解池的陰極，水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，氫氧根離子與進液中亞硫酸氫鈉溶液反應生成亞硫酸鈉，溶液中陰離子電荷數大于陽離子，由溶液呈電中性可知，中間區的進液中的鈉離子通過陽離子交換膜加進入陰極區，電極b為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，氫離子通過陽離子交換膜進入中間區，與再生液中的亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子反應生成亞硫酸，由于放電時陽極區消耗水導致硫酸溶液的濃度增大，溶液pH減小，則再生液氫氧化鈉和亞硫酸鈉的混合溶液、出液1為亞硫酸溶液、出液2為濃度增大的硫酸溶液。A．由分析可知，電極a為與直流電源負相連的電解池的陰極，故A正確；B．由分析可知，中間區的進液中的鈉離子通過陽離子交換膜加進入陰極區，則m膜應為陽離子交換膜，故B正確；C．由分析可知，電極b為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，氫離子通過陽離子交換膜進入中間區，陽極區水的量減小導致硫酸溶液的濃度增大，溶液pH減小，故C錯誤；
D．由分析可知，出液1為亞硫酸溶液，亞硫酸溶液中的二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液漂白褪色，故D正確；
17．D
【詳解】經過裝置圖分析，電極d中，轉化為，碳元素化合價升高，失去電子，是陽極，則電極b是正極，電極a是負極。A．轉化為，碳元素化合價升高，屬于氧化反應，則c為陰極，a為負極，A項正確；B．溶液顯酸性，c電極上發生反應的電極反應式為+4H++4e-=+H2O ，B項正確；C．電解池中左側消耗，右側產生，故離子交換膜選用質子交換膜，C項正確；D．d電極的反應式為：，當生成1mol時轉移4mol，右側生成的在標準狀況下體積為22.4L，D項錯誤；
18．C
【詳解】A．電解池中陽離子向陰極移動，則電極b是陰極，電極a是陽極，電極a接電源的正極，故A正確；B．電解池中陰離子向陽極移動，電解過程中溶液中的SO透過陰離子交換膜移向左室，故B正確；C．當電路中轉移2mol電子時，陽極水中的氫氧根離子失電子生成0.5molO2，故C錯誤；D．電解池工作時，電極b是陰極，電極a是陽極，SO通過陰離子交換膜向左移動與氫離子結合生成硫酸，陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小，故D正確；
19． 2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a
【詳解】陽極發生失去電子的氧化反應，陽極區是稀硫酸，氫氧根放電，則電極反應式為2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。陽極區氫離子增大，通過陽離子交換膜進入a室與亞硫酸鈉結合生成亞硫酸氫鈉。陰極是氫離子放電，氫氧根濃度增大，與亞硫酸氫鈉反應生成亞硫酸鈉，所以電解后a室中亞硫酸氫鈉的濃度增大。
20．4OH--4e-=O2↑+2H2O 陽極室的H+穿過陽膜擴散至產品室，原料室的H2PO2-穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成H3PO2 PO H2PO或H3PO2被氧化
【詳解】①由于陽極中陰離子為硫酸根離子、氫氧根離子和H2PO2-，其中放電能力最強的是氫氧根離子，則陽極發生的電極反應為：4OH--4e-=O2↑+2H2O；②產品室可得到H3PO2的原因是因為：陽極室的H+穿過陽膜擴散至產品室，原料室的H2PO2-穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成H3PO2，故答案為陽極室的H+穿過陽膜擴散至產品室，原料室的H2PO2-穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成H3PO2;③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2，將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室，其缺點是陽極產生的氧氣會把H2PO2-或H3PO2氧化成PO43-，產品中混有PO43-，故答案為PO43-；H2PO2-或H3PO2被氧化。
答案第6頁，共7頁
答案第7頁，共7頁第11講-離子隔膜在電化學中的應用
一、知識重構
1.單液電池
圖1 單液Zn-Cu原電池裝置 圖2單液Zn-Cu原電池電流曲線 圖3單液Zn-Cu原電池溫度曲線
圖2和圖3說明單液Zn-Cu原電池存在什么弊端？原因是什么？
2.雙液電池-鹽橋
寫出該雙液電池正負極方程式
鹽橋成分：瓊膠、飽和KCl溶液
鹽橋的作用是
對鹽橋的深入認識
鹽橋中瓊膠的作用：控制離子流速，防止過早失效。
用飽和氯化鉀的原因：K+和Cl－遷移速率接近，且不發生化學反應。
鹽橋使用一段時間需要更換，恢復的方式是放入飽和氯化鉀溶液中。
例：（2020全國）為驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進行實驗。電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質溶液。鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，并且電遷移率(u∞)應盡可能地相近。根據下表數據，鹽橋中應選擇____作為電解質。
分析下圖，帶鹽橋的雙液電池電流有何特點？造成的原因是什么？
離子交換膜
單液：負極與電解液直接接觸 鹽橋：有效隔離，電阻增大 離子交換膜：有效隔離，電阻小
（1）作用：
①能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
②能選擇性的通過離子，起到 的作用。
（2）分類
（3）三種離子交換膜舉例分析
種類 裝置圖 說明
陽離子交換膜 (只允許陽離子和水分子通過) 氯堿工業 ①A極反應式： ②B極反應式： ③Na＋通過陽離子交換膜進入 極區 ④陽離子→透過陽離子交換膜→電解池 極(或原電池的 極) 思考：能否用陰離子交換膜？
陰離子交換膜 (只允許陰離子和水分子通過) 以Pt為電極電解淀粉 KI溶液，制備碘酸鉀，中間用陰離子交換膜隔開 ①陰極反應式： ②陽極反應式： ③陰極產生的OH－移向陽極與陽極產物反應： ④陰離子→透過陰離子交換膜→電解池 極(或原電池的 極)
質子交換膜 (只允許H＋和水分子通過) 在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2 ①陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑ ②陽極反應式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋ ③陽極產生的H＋通過質子交換膜移向陰極 ④H＋→透過質子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)
（4）原理（以陽離子交換膜為例）
交換膜上有很多微孔，“孔道”上有許多帶負電荷的基團，陽離子可以自由通過“孔道”，由濃度大的區域向濃度小的區域移動。陰離子移動到“孔道”處，受到“孔道”帶負電荷基團的排斥而不能進入“孔道”中，因而不能通過交換膜。這就是“選擇性”透過的原因。其構造與工作示意圖如圖所示：陰離子交換膜的構造和工作原理與此相同，只不過是“孔道”中帶正電荷基團而已。
（5）判斷
根據溶液呈電中性，巧借離子遷移方向的判斷，從而確定離子交換膜的類型。
①離子從“生成區”移向“消耗區”
以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示。
右側：通入CO2，生成HCOOH，接電源 極，電極反應方程式為 。左側，接電源 極，電極反應方程式為 。 極生產氫離子， 極消耗氫離子，因此，隔膜類型為 。
②離子從“原料區”移向“產物區”
以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示。
離子移動方向及交換膜類型：產品室為陽極，原料室中的 移向產品室，膜1為
交換膜；原料室中的 移向陰極室，膜2為 交換膜。
電極反應方程式：
陽極 ； 陰極 ；
③溶液“濃→稀”，離子移出；溶液“稀→濃”，離子移入
一種三室微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示。迅速判斷左側為 離子交換膜，右側為 離子交換膜。
4.雙極膜
雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在電場作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H+和OH－的離子源。電解過程，雙極膜中產生的H+移向 極，OH－移向 極。原電池中，雙極膜中產生的H+移向 極，OH－移向 極。H+和OH－移動的作用是平衡電荷或參與化學反應。
雙極膜結構及解離水示意圖
例：SO2的脫除與H2O2的制備反應自發協同轉化裝置如下圖所示(在電場作用下，雙極膜中間層的H2O解離為H+和OH－，并向兩極遷移)。分析電極反應及H+和OH－的移動方向。
重溫經典
例1：（2024·黑吉遼卷）“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：。下列說法錯誤的是
A．相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B．陰極反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑
C．電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D．陽極反應：2HCHO-2e-+4OH -= 2HCOO-+2H2O+H2↑
【答案】A
【解析】據圖示可知，b電極上HCHO 轉化為HCOO-，而HCHO 轉化為HCOO-為氧化反應，所以b電極為陽極，a電極為陰極，HCHO為陽極反應物，由反應機理可知：反應后生成的轉化為HCOOH。由原子守恒和電荷守恒可知，在生成HCOOH的同時還生成了H-，生成的HCOOH再與氫氧化鉀酸堿中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在陽極失電子發生氧化反應生成氫氣，即2H--2e-=H2↑，陰極水得電子生成氫氣：2H2O-2e-=H2↑+2OH-。A．由以上分析可知，陽極反應：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，陰極反應2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即轉移2mol電子時，陰、陽兩極各生成1molH2，共2molH2，而傳統電解水：，轉移2mol電子，只有陰極生成1molH2，所以相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍，故A錯誤；B．陰極水得電子生成氫氣，陰極反應為2H2O-2e-=H2↑+2OH-，故B正確；C．由電極反應式可知，電解過程中陰極生成OH-，負電荷增多，陽極負電荷減少，要使電解質溶液呈電中性，通過陰離子交換膜向陽極移動，即向b極方向移動，故C正確；D．由以上分析可知，陽極反應涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得陽極反應為：，故D正確；
例2：（2023·全國甲卷）用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是
A．析氫反應發生在IrOx-Ti 電極上
B．Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C．陰極發生的反應有：2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O
D．每轉移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)
【答案】C
【解析】由圖可知，該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e—=O2↑+4H+，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式為2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e =C2H5OH+3H2O，電解池工作時，氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。A．析氫反應為還原反應，應在陰極發生，即在銅電極上發生，故A錯誤；B．離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl-不能通過，故B錯誤；C．由分析可知，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正確；D．水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e—=O2↑+4H+，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標況下體積為5.6L，故D錯誤；
例3：（2024湖北）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡
HOCH2O- + OH- [OCH2O]2- + H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為
[OCH2O]2- - e- = HCOO- + H 。下列說法錯誤的是
A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C．陽極總反應式為2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO- + H2↑+2H2O
D．陰極區存在反應H2C2O4+2H++2e- =CHOCOOH+H2O
【答案】B
【解析】在KOH溶液中HCHO轉化為HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu電極上發生的電子轉移反應[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 結合成H2，Cu電極為陽極；PbCu電極為陰極，首先HOOC—COOH在Pb上發生得電子的還原反應轉化為OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH與HO—N+H3反應生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH發生得電子的還原反應轉化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。
A．根據分析，電解過程中，陽極區消耗OH-、同時生成H2O，故電解一段時間后陽極區c(OH-)減小，A項正確；B．根據分析，陰極區的總反應為H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B項錯誤；C．根據分析，結合裝置圖，陽極總反應為2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C項正確；D．根據分析，陰極區的Pb上發生反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D項正確；
例4：（2023·浙江卷）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
【答案】B
【解析】A．電極A是氯離子變為氯氣，化合價升高，失去電子，是電解池陽極，因此電極A接電源正極，發生氧化反應，故A正確；B．電極B為陰極，通入氧氣，氧氣得到電子，其電極反應式為：，故B錯誤；C．右室生成氫氧根，應選用陽離子交換膜，左邊的鈉離子進入到右邊，在右室獲得濃度較高的溶液，故C正確；D．改進設計中增大了氧氣的量，提高了電極B處的氧化性，通過反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗，故D正確。
例5：（2021湖北）Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會轉化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．電解時只允許H+通過離子交換膜
B．生成O2和H2的質量比為8∶1
C．電解一段時間后陰極區溶液OH－的濃度增大
D．CrO3的生成反應為：Cr2O72－+2H+=2CrO3+H2O
【答案】A
【解析】根據左側電極上生成，右側電極上生成，知左側電極為陽極，發生反應：，右側電極為陰極，發生反應：；由題意知，左室中隨著濃度增大轉化為，因此陽極生成的不能通過離子交換膜。A．由以上分析知，電解時通過離子交換膜的是，A項錯誤；B．根據各電極上轉移電子數相同，由陽極反應和陰極反應，知生成和的物質的量之比為1∶2，其質量比為8∶1，B項正確；C．根據陰極反應知，電解一段時間后陰極區溶液的濃度增大，C項正確：D．電解過程中陽極區H+的濃度增大，轉化為，D項正確。
例6：（2022全國甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO42－通過隔膜向Ⅱ區遷移
C． MnO2電極反應：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根據圖示的電池結構和題目所給信息可知，Ⅲ區Zn為電池的負極，電極反應為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ區MnO2為電池的正極，電極反應MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個離子選擇隔膜沒有指明的陽離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個離子隔膜均可以通過陰、陽離子，因此可以得到Ⅰ區消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區的K+向Ⅰ區移動或Ⅰ區的SO向Ⅱ區移動，Ⅲ區消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ區的SO向Ⅲ區移動或Ⅲ區的K+向Ⅱ區移動。據此分析答題。A．根據分析，Ⅱ區的K+只能向Ⅰ區移動，A錯誤。
例7：（2020全國新課標Ⅰ卷）科學家近年發明了一種新型Zn CO2水介質電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等，為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。
下列說法錯誤的是
A．放電時，負極反應為
B．放電時，1 mol CO2轉化為HCOOH，轉移的電子數為2 mol
C．充電時，電池總反應為
D．充電時，正極溶液中OH 濃度升高
【答案】D
【解析】由題可知，放電時，CO2轉化為HCOOH，即CO2發生還原反應，故放電時右側電極為正極，左側電極為負極，Zn發生氧化反應生成；充電時，右側為陽極，H2O發生氧化反應生成O2，左側為陰極，發生還原反應生成Zn，以此分析解答。A．放電時，負極上Zn發生氧化反應，電極反應式為：，故A正確，不選；B．放電時，CO2轉化為HCOOH，C元素化合價降低2，則1molCO2轉化為HCOOH時，轉移電子數為2mol，故B正確，不選；C．充電時，陽極上H2O轉化為O2，負極上轉化為Zn，電池總反應為：，故C正確，不選；D．充電時，正極即為陽極，電極反應式為：，溶液中H+濃度增大（若只有H+向陰極移動，H+濃度將不變），故D錯誤，符合題意。
三、模型建構
1.有“膜”條件下離子定向移動方向的判斷方法
2.含離子交換膜電化學裝置題的解題步驟
3.定量關系
外電路電子轉移數=通過隔膜的陰（陽）離子帶的負（正）電荷數。
例：工業上常用連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)消除煙氣中的NO，通過電解可使Na2S2O4再生，裝置如下圖所示。吸收塔內每吸收11.2L(標準狀況)的NO，通過離子交換膜的H+的物質的量為_______mol。
四、名師導學
隔膜的認識誤區：隔膜一定是離子選擇性膜。
這種認識是錯誤的。隔膜的作用是阻止特定微粒通過，允許其他微粒通過。隔膜的選擇性越強，就意味著阻礙性越大，微粒的透過性就降低了，電阻性變大。因此需要認識隔膜的雙重性，離子選擇性膜在隔離兩極電解質，防止物質混合方面起到了很好的作用，但確犧牲了離子的通過效率。那有沒有既能阻止電解液或兩極物質的混合，又不犧牲離子的通過效率呢？
例1：（2022廣東）科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3 + 2Na＋ + 2e－ = Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是
A. 充電時電極b是陰極
B. 放電時NaCl溶液的pH減小
C. 放電時NaCl溶液的濃度增大
D. 每生成1molCl2，電極a質量理論上增加23g
對多孔炭的解讀：多孔碳既作為電極材料，又是氯氣和氯離子的通道。需要注意的是，與離子選擇性透過膜不同，多孔電極不具備選擇性（考題有信息提示“無需離子交換膜”）。為避免兩極物質自由通過，研究者巧妙的將一側設計為非極性環境，另一側設計為極性環境。充電時，氯離子被氧化生成氯氣，同時被四氯化碳溶解帶走儲存；放電時，四氯化碳把氯帶到電極上發生還原反應生成氯離子，氯離子進入氯化鈉溶液中，被帶到儲存室。根據相似相容原理，氯氣可以始終保留在左室的非極性環境中，氯離子和鈉離子始終保留右室的極性環境中。因此，看似敞開，氯氣和氯離子只能在電極上得失電子，然后變換“身份”后再進入對方“領地”，而不能直接跨越。
那這樣設計有什么優點呢？首先是降低成本，相對于選擇性透過膜，普通的多孔隔膜成本更低。其次，無膜阻擋，微粒的通過性能增強，電池效率更高。
本題答案為C。
例2：（2021湖南）鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是（　　）
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
對隔膜的解讀：
本題答案為B。

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