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电化学离子交换膜的分析与应用
【方法与技巧】
1．离子交换膜的类型与作用
(1)交换膜类型及特点
交换膜类型 允许通过的离子及移动方向 说明 通性
阳离子交换膜 阳离子移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过 无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极
阴离子交换膜 阴离子移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交换膜 质子移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
双极膜 中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极或电解池的阴极，OH－移向原电池的负极或电解池的阳极 H＋移向阴极，OH－移向阳极
(2)离子交换膜的作用
①平衡左、右两侧电荷，得到稳定电流
甲池中发生反应Zn－2e－＝Zn2＋，导致c(Zn2＋)增大，乙池中发生反应：Cu2＋＋2e－＝Cu，导致c(Cu2＋)减小，而阳离子交换膜只允许阳离子和分子通过，故要得到稳定的电流，甲池中的Zn2＋通过离子交换膜进入乙池，保持溶液中的电荷平衡，而阴离子并不通过交换膜，所以c(SO)保持不变
②能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应
电解饱和食盐水
过程分析 阳极室中电极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质
阳离子交换膜的作用 只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量
③制备某些特定产品
用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示
图中离子移动的方向是Na＋(阳离子)穿过阳离子交换膜向左池移动，左池为阴极室，a为阴极；SO(阴离子)穿过阴离子交换膜向右池移动，右池为阳极室，b为阳极， 左池中阴极电极反应式：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，导致阴极区域c(OH－)增大，放置阳离子交换膜可让Na＋向阴极定向移动，从而产生高浓度的NaOH溶液。右池中阳极电极反应式：SO－2e－＋H2O＝SO＋2H＋，阳极室中阴离子交换膜可使SO移向阳极，而发生上述反应，故在阳极区产生高浓度的硫酸
(3)离子交换膜的判断
判断方法 首先判断隔膜的用途是制取物质还是避免电极产物之间发生反应，然后根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型。方法如下：先明确电极产物，写出阴、阳两极上的电极反应；再依据电极反应式判断该电极附近哪种离子有剩余，结合溶液呈电中性的原则，判断离子移动的方向，确定离子交换膜的类型
锌碘单液流电池，其原理如图所示
分析 负极：Zn－2e－===Zn2＋，阳离子浓度增大，为平衡电荷，Cl－移向A区，M为阴离子交换膜正极：I2＋2e－===2I－，阴离子浓度增大，为平衡电荷，K＋移向B区，N为阳离子交换膜
(4)多膜电解池方程式书写及分析
①双膜三室处理吸收液(吸收了烟气中的SO2)(或污水)
阳极室 HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋或SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
吸收液(或污水) Na＋穿过阳膜进入阴极室(左室)；HSO和SO穿过阴膜进入阴极室(右室)
阴极室 2H2O＋4e－===2OH－＋H2↑、HSO＋OH－===SO＋H2O
产品 阳极室：较浓的硫酸；阴极室：左室亚硫酸钠
②三膜四室制备硼酸[H3BO3(一元弱酸)]
阳极室 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极室 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
原料室 B(OH)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室
产品室 H＋＋B(OH)===H3BO3＋ H2O
2．双极膜：双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋和OH－，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH 条件。双极膜示意图：
3．解答含膜电池题的思维模板
(1)第一步：判断装置类型。根据有无外加电源，判断是电解池还是原电池
(2)第二步：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，判断隔膜允许哪种离子通过
(3)第三步：分析隔膜作用。根据题给信息分析隔膜的作用是平衡电荷，还是让离子选择性通过避免副反应，或为了生成特定物质
(4)第四步：写出电极反应。根据电极类型，交换膜两侧离子变化，电荷变化或离子迁移方向等综合信息书写电极反应式，最后做出综合推断或计算
【巩固练习】
1．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是(　　)
A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．N为阴离子交换膜
C．进口b补充的是稀NaOH溶液 D．电解过程中阳极附近的pH不断降低
2．某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．电池可用于乙醛的制备 B．b电极为正极
C．电池工作时，a电极附近pH降低 D．a电极的反应式为O2＋4e－－4H＋===2H2O
3．已知：锂硫电池的总反应式为2Li＋xS===Li2Sx。以锂硫电池为电源，通过电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的示意图如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是(　　)
A．b为电源的正极
B．每消耗32 g 硫，理论上导线中一定通过2 mol e－
C．N室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．SO通过阴膜由原料室移向M室
4．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下，上述装置工作时，下列有关说法正确的是(　　)
A．乙池电极接电源正极，气体X为H2
B．Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池
C．NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小
D．甲池电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
5．次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛应用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．Co电极连接电源负极 B．C采用阴离子交换膜
C．石墨电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ D．工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变
6．一种利用Ag－Cu纳米阴极将CO2通过电化学反应转化为C2H4或C2H5OH的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．M极应与外接电源的正极相连
B．装置中离子透过膜为阴离子透过膜
C．装置工作时，N极区SO的浓度不变(N极为石墨电极)
D．M极生成乙醇的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O
7．2022年我国十大科技突破——海水直接电解制H2，其工作原理如图，防水透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是(　　)
A．a为电解池的阴极 B．b的电极反应方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．去除透气膜，a极的电极反应不变 D．电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小
8．某科研小组研究采用BMED膜堆如图所示，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是(　　)
A．电极a连接电源的正极 B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D．Ⅱ口排出的是淡水
9．一种可用于吸收CO2的电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电极a上发生的反应为H2－2e－===2H＋
B．Ⅰ室出口处溶液的pH大于入口处
C．该装置可以制取CaCl2和NaHCO3
D．如果将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则电池工作时Ⅰ室可能有CaCO3沉淀生成
10．三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图，下列说法正确的是(　　)
A．酸碱的浓度：进等于出 B．右侧电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．装置工作一段时间后，n(a)∶n(b)＝2∶1 D．右侧离子交换膜为阴离子交换膜
11．双极膜(BPM)是一种由阴、阳离子交换膜和中间亲水层组成的离子交换复合膜，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到H＋和OH－。利用如图装置可去除葡萄酒中部分酒石酸钾(2，3－二羟基丁二酸钾)，以稳定产品。下列说法正确的是(　　)
A．膜M为阳离子交换膜 B．装置工作时b池产物中含不对称碳原子
C．用此方法处理过的葡萄酒pH增大 D．通过各层离子交换膜的微粒数目完全相同
12．用双极膜电解制备金属钴的装置如图所示。双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H＋和OH－，并分别向两极迁移。下列说法错误的是(　　)
A．电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小
B．当电路中转移2 mol电子时，阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加80 g
C．电解过程中溶液中的SO透过阴离子交换膜移向电极b
D．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
13．在直流电场作用下双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迁移。如图所示装置，可将捕捉的二氧化碳转化为CaCO3而矿化封存，减少碳排放，同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的是(　　)
A．CaCO3在碱室形成
B．两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向右移动
C．向碱室中加入NaHCO3固体，有利于CO2的矿化封存
D．b极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
14．目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是(　　)
A．X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜的作用是选择性通过Cl－和Na＋
C．每生成5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各 1 mol
D．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX）)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
15．“电解法”制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电作用下复合层间的H2O解离成H＋和OH－(少量I－会因为浓度差通过BPM膜)。下列说法正确的是(　　)
A．a极的电势比b极的低 B．A、B膜均为阳离子交换膜
C．若撤去A膜，对该电解池的工作无影响 D．电解过程中，图中三处H2SO4溶液的浓度均不变
16．双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的，其内层为水层，装置工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是(　　)
A．催化电极上发生氧化反应 B．石墨电极区溶液的pH不变
C．H＋穿过b膜进入右室溶液 D．电解一段时间后，右室HCO的物质的量减少
17．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－。利用双极膜电渗析法和惰性电极电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是(　　)
A．M膜为阳离子交换膜 B．出口2的产物是盐酸
C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成 D．电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体
18．高铁酸钾是常用的工业废水和城市生活污水的处理剂，工业上通过甲图装置电解KOH浓溶液制备K2FeO4。已知：乙图装置工作时左杯中产生红褐色沉淀。下列说法正确的是(　　)
A．A电极连接电源正极
B．C为阳离子交换膜，D为阴离子交换膜
C．B电极反应式为Fe＋4H2O－6e－===FeO＋8H＋
D．利用生成的高铁酸钾，用乙图装置设计成电池，若消耗0.1 mol高铁酸钾，则理论上消耗Zn 6.5 g
19．双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制各维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置如图。下列说法正确的是(　　)
A．a离子是H＋，b离子是OH－
B．此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH
C．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率
D．X极的电极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O
20．乙醛酸(HOOCCHO)是有机合成的重要中间体。工业上以乙二醛(OHCCHO)和乙二酸(HOOCCOOH)为原料，用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示。该装置中阴、阳两极均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极生成的物质反应生成乙醛酸。下列说法错误的是(　　)
A．M极与直流电源的正极相连
B．N极上的电极反应式为HOOCCOOH＋2e－＋2H＋===HOOCCHO＋H2O
C．电解一段时间后，N极附近溶液的pH变小
D．若有2 mol H＋通过质子交换膜，则该装置中生成2 mol乙醛酸
21．某有色金属工业的高盐废水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SO、F－和Cl－，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F－和Cl－，其中双极膜(BP)中间层的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法错误的是(　　)
A．BP膜中H＋均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜
B．溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为ZnSO4和CuSO4
C．当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，有4 mol离子通过N膜
D．电解过程中，应控制高盐废水的pH不能过高
22．某化学兴趣小组，根据电化学原理，设计出利用KCl、NaNO3为原料制取KNO3和NaCl的装置如图。A、C代表不同类别的选择性离子通过膜。下列有关说法正确的是(　　)
A．C为阳离子交换膜 B．M和N均可采用纯铜作为电极材料
C．M和N电极产生气体的体积比为2∶1 D．电解总反应：KCl＋NaNO3KNO3＋NaCl
23．如图所示的新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还能淡化海水。下列说法不正确的是(　　)
A．电子由a极经导线流向b极 B．电池工作一段时间后，右室溶液的pH增大
C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 D．b极发生还原反应
24．某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，其工作原理示意图如下(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢)。下列有关说法错误的是(　　)
A．N电极为不锈钢 B．n电极处电极反应式为CH4－8e－＋8OH－===CO2＋6H2O
C．电解一段时间后，N电极区溶液pH增大 D．膜a、膜c均为阳离子交换膜
【电化学离子交换膜的分析与应用】答案
1．A。解析：由H2出口知电极A为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极B为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A错误。
2．A。解析：该燃料电池中，乙烯和水发生氧化反应，所以通入乙烯和水的电极是负极，氧气得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，由图可知负极上乙烯和水生成乙醛和氢离子，氢离子移向正极，正极上氧气和氢离子反应生成水，X为水，由此分析。电池工作时，氢离子移向正极，a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，a电极附近pH升高，故C、D不符合题意。
3．D。解析：结合题干信息，由题图可知M室会生成硫酸，说明OH－放电，电极为阳极，则a为正极，b为负极。根据上述分析，b为电源负极，A项错误；根据电池的总反应式为2Li＋xS===Li2Sx，每通过2 mol e－需要消耗32x g硫，B项错误；N室中石墨Ⅱ为阴极，氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；M室生成硫酸，石墨Ⅰ为阳极，电解池中阴离子向阳极移动，原料室中的SO通过阴膜移向M室，D项正确。
4．C。解析：由甲池放出O2知，乙池电极为电解池的阴极，和电源负极连接，溶液中水电离出的氢离子放电生成氢气，A项错误；电解池中阳离子移向阴极，B项错误；阴极附近水电离出的氢离子放电破坏了水的电离平衡，电极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y的浓度比NaOH溶液Z的大，C项正确；甲池电极为阳极，电解质溶液中水电离出的氢氧根离子放电生成氧气，氢离子浓度增大，碳酸根离子结合氢离子生成碳酸氢根离子，出口为碳酸氢钠溶液，则电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，D项错误。
5．C。解析：此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此Co电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误；电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的Co2＋和原料室中的H2PO都移向产品室，为了确保产品的纯度和原料室电荷守恒，原料室中的Na＋移向阴极区，因此A、B、C分别采用阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜，工作时原料室中NaH2PO2的浓度减小，B、D项错误；石墨电极作阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确。
6．D。解析：CO2转化为C2H4、C2H5OH时需要得电子，则M极为阴极，与外接电源的负极相连，A项错误；阴极反应消耗H＋，阳极反应生成H＋，为维持电解质溶液呈电中性，阳极产生的H＋要通过交换膜向阴极移动，故离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极水失电子，氢离子向左迁移，溶液中水减少了，硫酸根离子浓度增大，C项错误；M极生成乙醇的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，D项正确。
7．B。解析：由图示可知，该装置为电解池，阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极，发生氧化反应生成氧气，b作电解池阴极，发生还原反应生成氢气，A项错误；b的电极反应方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；去除透气膜，海水中氯离子在阳极发生氧化反应，故a极的电极反应发生变化，C项错误；电解池工作时，溶剂水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D项错误。
8．B。解析：根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A项正确；水在双极膜A解离后，H＋吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成H2和O2，可避免有害气体的产生，C项正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D项正确。
9．C。解析：在电极a上H2放电，为负极，由于电极a附近为碱性条件，所以电极a上发生的反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；电极b为正极，H＋放电生成H2，电极b上发生的反应为2H＋＋2e－===H2。由分析可知，电极a上发生的反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，A项错误；Ⅰ室中的OH－在电极a上被消耗，导致氢氧根离子减小，出口处溶液的pH小于入口处，B项错误；Ⅱ室的Cl－通过阴离子交换膜进入Ⅰ室，可在Ⅰ室获得CaCl2，Ⅱ室中水电离产生的氢离子放电，使溶液呈碱性，过量的CO2与OH－反应生成碳酸氢根，则可在Ⅱ室获得碳酸氢钠，C项正确；Ⅱ室中有碳酸根离子生成，若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，则Ⅰ室中的钙离子通过交换膜进入Ⅱ室，从而在Ⅱ室中生成碳酸钙沉淀，D项错误。
10．B。解析：由题图可知，中间室离子向两侧迁移，右侧得到氢氧化锂、左侧得到硫酸，则右侧电极为阴极，水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子；左侧电极为阳极，水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子。由分析可知，左室有生成的氢离子和迁移过来的硫酸根离子，硫酸浓度变大；右室有生成的氢氧根离子和迁移过来的锂离子，氢氧化锂浓度变大，A错误；由分析可知，a为氧气、b为氢气，根据得失电子守恒可知，生成气体n(a)∶n(b)＝1∶2，C错误；右侧离子交换膜可以让锂离子通过，为阳离子交换膜，D错误。
11．B。解析：左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，去除葡萄酒中部分酒石酸钾，酒石酸根离子通过膜M向b池移动，K＋通过膜N向d池移动，则膜M为阴离子交换膜，膜N为阳离子交换膜；左侧双极膜中解离出的OH－向a池移动，H＋向b池移动，则b池得到酒石酸；右侧双极膜解离出的H＋向e池移动，OH－向d池移动，则d池得到KOH。膜M为阴离子交换膜，A项错误；装置工作时b池产物为HOOCCOOH，连有羟基的碳原子为手性碳原子，B项正确；酒石酸钾水解使溶液呈碱性，用此方法处理过的葡萄酒中酒石酸钾浓度降低，溶液pH减小，C项错误；通过各层离子交换膜的电量相等，但酒石酸根离子带2个单位电荷，而K＋、H＋、OH－带1个单位电荷，所以通过各层离子交换膜的微粒数不完全相同，D项错误。
12．C。解析：电解池工作时，双极膜中的H＋向阴极移动，所以电极b是阴极，SO透过阴离子交换膜向左移动，与H＋结合生成硫酸，所以阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，A项正确，C项错误；当电路中转移2 mol电子时，阳极产生0.5 mol O2，同时有1 mol SO透过阴离子交换膜向左移动，所以阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加96 g－16 g＝80 g，B项正确；电极a为阳极，阳极上水放电产生O2和H＋，D项正确。
13．D。解析：由各室产物可知，Cl－、H＋移向酸室得到高浓度盐酸，CO移向中间室生成CaCO3，A项错误。右侧双极膜中间层的H2O解离出的H＋进入酸室形成盐酸，左侧双极膜中间层中的H2O解离出的H＋左移，在电极a上发生还原反应生成H2，两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向左移动，B项错误。碱室中二氧化碳和碱反应生成CO，CO通过阴离子交换膜进入中间室，与Ca2＋结合形成碳酸钙，向碱室中加入NaHCO3固体会消耗OH－而不利于CO2的吸收，C项错误。右侧双极膜中间层中的H2O解离出的OH－右移，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，D项正确。
14．D。解析：　
由以上分析知，A项错误；BP膜的作用是选择性通过H＋和OH－，B项错误；没有指明在标准状况下，无法进行计算，C项错误；“双极膜组”电渗析法由NaCl溶液获得了酸(HCl)和碱(NaOH)，由此推知，也可由MX 溶液制备相应的酸（(HX)和碱(MOH)，D项正确。
15．B。解析：　
b极为阴极，a极为阳极，a极的电势比b极的高，A错误；若撤去A膜，I－可在a极失去电子生成I2，对该电解池的工作有影响，C错误；电解过程中，a极上水失去电子生成O2和H＋，溶液体积减小，故①室中H2SO4溶液的浓度增大，②室中H＋与OH－反应产生H2O，H2SO4溶液浓度减小，D错误。
16．C。解析：催化电极上的CO2转化为甲醇，碳元素化合价降低，发生还原反应，A项错误；石墨电极上电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，水层中的H2O解离成H＋和OH－，OH－通过a膜向阳极(石墨电极)移动，石墨电极消耗的OH－与迁移过来的OH－数目相等，石墨电极区溶液中OH－物质的量不变，但电解过程中石墨电极区生成了水，溶液的pH减小，B项错误；水电离的H＋通过b膜向阴极移动，进入右室溶液，C项正确；催化电极上的电极反应式为CO2＋6HCO＋6e－===CH3OH＋6CO＋H2O，通过b膜迁移过来的H＋与CO反应生成HCO，故HCO的物质的量不变，D项错误。
17．D。解析：该装置为电解池，由可获得淡水可知，M膜为阳离子交换膜，A项正确；出口2的产物为盐酸，B项正确；若去掉双极膜，浓NaCl溶液中的Cl－会在阳极上失去电子发生氧化反应生成Cl2，则阳极室会有氯气生成，C项正确；H＋在阴极上得到电子发生还原反应生成H2，OH－在阳极上失去电子发生氧化反应生成O2，若电路中每转移1 mol电子，由得失电子数目守恒可得两极共得到气体的物质的量为1 mol×＋1 mol×＝0.75 mol，D项错误。
18．B。解析：用Fe制备K2FeO4，Fe元素化合价升高，则B电极是阳极，接电源正极，故A错误；B电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，故C错误；若消耗0.1 mol高铁酸钾，理论上消耗Zn的质量为0.1 mol×3÷2×65 g/mol＝9.75 g，故D错误。
19．B。解析：由装置图知，X极区产生氧气，为阳极，在X电极，水失去电子生成氧气，同时生成氢离子，钠离子通过阳离子交换膜进入右侧区域与a离子即氢氧根离子构成NaOH，则b离子为氢离子，与C6H7O结合为C6H8O6，Y极区产生氢气，为阴极，水得到电子生成氢气，同时生成氢氧根离子。a离子是OH－，b离子是H＋，A项错误；由以上分析知，此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH，B项正确；若将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6导电能力弱，另一方面维生素C易被生成的氧气氧化，不能提高维生素C的产率，C项错误；X极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D项错误。
20．C。解析：由图中质子的移动方向可知，M极为电解池的阳极，与电源正极相连，A项正确；N极为阴极，乙二酸在阴极的电极反应式为HOOCCOOH＋2e－＋2H＋===HOOCCHO＋H2O，放电时消耗氢离子，溶液pH增大，B项正确，C项错误；若有2 mol氢离子通过质子交换膜，阴极和阳极各生成1 mol乙醛酸，则装置中生成2 mol乙醛酸，D项正确。
21．B。解析：电解装置原理分析如下：
结合上述可知，M膜为一价阴离子交换膜，A正确；溶液a中主要溶质为ZnSO4、CuSO4，溶液b中主要溶质为HF、HCl，B错误；阳极生成1 mol(标准状况下22.4 L)O2时，转移4 mol电子，此时有4 mol一价阴离子通过N膜，C正确；若高盐废水的pH过高，则生成Cu(OH)2、Zn(OH)2等沉淀，D正确。
22．C。解析：根据出口的溶液，电极M为电解池的阴极，水在阴极放电生成氢气和氢氧根离子，电极附近阴离子电荷数大于阳离子，氯离子通过阴离子交换膜C进入左侧产品室C和A之间，导致流入硝酸钠溶液的原料室中的钠离子通过阳离子交换膜A进入左侧产品室C和A之间，硝酸根离子通过阴离子交换膜C进入中间产品室C和A之间，N电极为电解池阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极附近阳离子电荷数大于阴离子，钠离子通过阳离子交换膜A进入右侧产品室C和A之间，导致流入氯化钾溶液的原料室中的氯离子通过阴离子交换膜C进入右侧产品室C和A之间，钾离子通过阳离子交换膜A进入中间产品室A和C之间，电解的总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，M电极生成氢气，N电极生成氧气，产生气体的体积比为2∶1，C正确。
23．C。解析：从图中可以看出，在a极，CN－转化为CO和N2，CN－发生氧化反应，a极为负极，则b极为正极，发生还原反应，则电子由a极经导线流向b极，A、D正确；电池工作时，b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，溶液中H＋被消耗，右室溶液的pH增大，B正确；海水中的Cl－透过离子交换膜移向负极，则交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，海水中的Na＋透过离子交换膜移向正极，则交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，C错误。
24．B。解析：该装置用于制备Co(H2PO2)2，由分析可知M电极为阳极，是金属Co，电极反应式为Co－2e－===Co2＋，N电极为阴极，是不锈钢，A正确；n电极为碱性甲烷燃料电池的负极，通入CH4，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，B错误；N电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解一段时间后，N电极区碱性增强，溶液pH增大，C正确；阳极室中的Co2＋通过膜a进入产品室，膜a为阳离子交换膜，原料室中的H2PO通过膜b进入产品室，膜b为阴离子交换膜，原料室中的Na＋通过膜c进入阴极室，膜c为阳离子交换膜，D正确。
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