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(共41张PPT)
第11讲
离子隔膜在电化学中的应用
2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座
2025
2024湖北卷-14题 电解池： 本题采用的为双极膜，需先判断出阴阳两极，书写出电极反应式解题
2024黑吉辽卷-12题 电解池 ：本题采用的阴离子交换膜，选择性的通过阴离子，解题关键是判断出阴阳极，分析电极反应式，并判断出阴离子平衡电荷时的移动方向
2024江苏卷-8题
原电池 ：利用隔膜使正负两个电极分开，避免电池短路，延长电池寿命
2024年——离子隔膜在电化学中的应用考向考点统计
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
一、知识重构
1.单液电池
图1 单液Zn-Cu原电池装置 图2单液Zn-Cu原电池电流曲线 图3单液Zn-Cu原电池温度曲线
图2和图3说明单液Zn-Cu原电池存在什么弊端？原因是什么？
部分能量转化为热能，电能转化率低
电流衰减，不稳定
原因：Zn与电解质CuSO4直接接触
一、知识重构
2.双液电池-盐桥
负极：Zn-2e－=Zn2+
正极：Cu2++2e－=Cu
总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
盐桥的作用是
①隔离Zn和CuSO4溶液，避免直接反应
②提供离子迁移通道，平衡电荷，形成闭合回路
盐桥成分：琼胶、饱和KCl溶液
Zn-2e－=Zn2+
Cl－
Cu2++2e－=Cu
K+
一、知识重构
2.双液电池-盐桥
对盐桥的深入认识
（1）盐桥中琼胶的作用：控制离子流速，防止过早失效。
（2）用饱和氯化钾的原因：K+和Cl－迁移速率接近，且不发生化学反应。
（3）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是放入饱和氯化钾溶液中。
一、知识重构
2.双液电池-盐桥
例：（2020全国）验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____________作为电解质。
NO3－酸性环境下强氧化性，会氧化Fe2+
KCl
一、知识重构
2.双液电池-盐桥
带盐桥的双液锌铜原电池电流稳定，但明显小于单液电池
分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？造成的原因是什么？
原因在于盐桥通道狭小限制了离子的通过率、加之琼胶的影响，进一步增大了盐桥的电阻。
一、知识重构
3.离子交换膜
（1）作用：
①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。
②能选择性的通过离子，起到 的作用。
平衡电荷，形成闭合回路
单液：负极与电解液直接接触 盐桥：有效隔离，电阻增大 离子交换膜：有效隔离，电阻小
一、知识重构
3.离子交换膜
（2）分类
一、知识重构
3.离子交换膜
（3）三种离子交换膜举例分析
种类 装置图 说明
阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过) 氯碱工业 ①A极反应式：
②B极反应式：
③Na＋通过阳离子交换膜进入 极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→电解池 极
思考：能否用阴离子交换膜？
2Cl－-2e－= Cl2↑
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
阴
阴
不能，OH－移向阳极，会与 Cl2反应
一、知识重构
3.离子交换膜
（3）三种离子交换膜举例分析
种类 装置图 说明
阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过) 以Pt为电极电解淀粉 KI溶液，制备碘酸钾，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式：
②阳极反应式：
③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池 极(或原电池的 极)
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
2I－－2e－=I2
3I2＋6OH－=IO3－＋5I－＋3H2O
阳
负
一、知识重构
3.离子交换膜
（3）三种离子交换膜举例分析
种类 装置图 说明
质子交换膜 (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 ①阴极反应式：
②阳极反应式：
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 极(或电解池的 极)
2H＋＋2e－= H2↑
CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋
正
阴
一、知识重构
3.离子交换膜
（4）原理（以阳离子交换膜为例）
交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。
一、知识重构
3.离子交换膜
（5）判断
根据溶液呈电中性，巧借离子迁移方向的判断，从而确定离子交换膜的类型。
①离子从“生成区”移向“消耗区”
以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。
阴
CO2 + 2e－+ 2H＋= HCOOH
阳
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
生成H+
消耗H+
质子交换膜
一、知识重构
3.离子交换膜
（5）判断
②离子从“原料区”移向“产物区”
以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。
H2PO2－
Na+
阴离子膜
阳离子膜
H++H2PO2－= H3PO2
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
总：2H2O - 4e－+4H2PO2－=4H3PO2
2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
一、知识重构
3.离子交换膜
（5）判断
③溶液“浓→稀”，离子移出；溶液“稀→浓”，离子移入
正
负
一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示。
Cl－
Na+
阴离子膜
阳离子膜
一、知识重构
4.双极膜
双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在电场作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H+和OH－的离子源。电解过程，双极膜中产生的H+移向 极，OH－移向 极。原电池中，双极膜中产生的H+移向 极，OH－移向 极。H+和OH－移动的作用是平衡电荷或参与化学反应。
双极膜结构及解离水示意图
阴
阳
正
负
一、知识重构
4.双极膜
例：SO2的脱除与H2O2的制备反应自发协同转化装置如下图所示(在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为H+和OH－，并向两极迁移)。分析电极反应及H+和OH－的移动方向。
正
负
H+
OH－
O2 +2e－+ 2H+ = 2H2O2
SO32－ -2e－+ 2OH－=
SO42－+H2O
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
二、重温经典
例1：（2024·黑吉辽卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：
下列说法错误的是
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：
C．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：
阳
阴
阴极：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
阳极：HCHO+OH-- e-→HCOOH+H2
HCOOH+OH-=HCOO-+H2O
解析
×
二、重温经典
例2：（2023·全国甲卷）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 电极上
B．Cl-从Cu电极迁移到 电极
C．阴极发生的反应有：
D．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
阳
阴
阴极：2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O
阳极：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
√H+
解析
2CO2+12H++12e =C2H5OH+3H2O
√
二、重温经典
例3：（2024湖北）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡 HOCH2O- + OH- [OCH2O]2- + H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2- - e- = HCOO- + H 。下列说法错误的是
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO- + H2↑+2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e- =CHOCOOH+H2O
阳
阴
阴极：
H2C2O4+HON+H3+6e-+6H+=H3N+CH2COOH+3H2O
阳极：2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
解析
×
二、重温经典
例4：（2023·浙江卷）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：
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
阳
阴
阴极：2H2O＋4e－＋ O2 = 4OH－
阳极：4Cl- - 4e－= 2Cl2↑
解析
×
二、重温经典
例5：（2021湖北）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
阳
阴
阴极：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
阳极：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
Cr2O72－+2H+=2CrO3+H2O
×H+，OH－
√Na+
×
解析
二、重温经典
例6：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
正
负
K+
×
×
解析
二、重温经典
例6：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
深入思考：离子选择膜的种类
×
阳离子膜
阴离子膜
两端电解质的酸碱减弱，
溶质成分发生改变
H+ OH－
K+ SO42-
解析
二、重温经典
例6：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
深入思考：离子选择膜的种类
×
阴离子膜
阳离子膜
SO42- K+
三室电解液溶质成分不变
避免H+与OH－直接反应
解析
二、重温经典
例7：（2020全国新课标Ⅰ卷）科学家近年发明了一种新型Zn CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
OH－ H+
放电
充电
负
正
2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
×
解析
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
三、模型建构
1.有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
三、模型建构
2.含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
三、模型建构
3.定量关系
外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。
例：工业上常用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)消除烟气中的NO，通过电解可使Na2S2O4再生，装置如下图所示。吸收塔内每吸收11.2L(标准状况)的NO，通过离子交换膜的H+的物质的量为_______mol。
NO ～ 2e － ～ 2H+
0.5mol
1 1
阳极：2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+
阴极：4SO32－+8H++4e－=2S2O42－+4H2O
2S2O42－+2NO+2H2O=N2+4SO32－+4H+
阴极总：4H++2NO+4e－=N2+2H2O
方法1：
1mol 0.5mol
方法2：
重温经典
模型建构
名师导学
2025
知识重构
四、名师导学
隔膜的认识误区：隔膜一定是离子选择性膜。
这种认识是错误的。隔膜的作用是阻止特定微粒通过，允许其他微粒通过。隔膜的选择性越强，就意味着阻碍性越大，微粒的透过性就降低了，电阻性变大。因此需要认识隔膜的双重性，离子选择性膜在隔离两极电解质，防止物质混合方面起到了很好的作用，但确牺牲了离子的通过效率。那有没有既能阻止电解液或两极物质的混合，又不牺牲离子的通过效率呢？
四、名师导学
例1：（2022广东）科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3 + 2Na＋ + 2e－ = Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是
A. 充电时电极b是阴极
B. 放电时NaCl溶液的pH减小
C. 放电时NaCl溶液的浓度增大
D. 每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
放电总：
Na3Ti2(PO4)3 + Cl2= NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－
√
解析
隔膜不一定是离子选择性膜
四、名师导学
例2：（2021湖南）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是（　　）
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
隔膜不一定是离子选择性膜
四、名师导学
选择性透过膜
优点：有效隔离两极电极液
缺点：1.制作成本高
2.离子通透性低
非选择性隔膜
优点：1.离子通透性强，电阻小
2.成本低
缺点：无法隔离两极电解液
电解液络合处理
2021湖南高考化学第10题图
允许Zn2+和Br－通过，可阻碍溴单质络合物大分子
隔膜不一定是离子选择性膜
四、名师导学
缺失信息：
1.溴复合物
2.右侧贮液器成分
水相出口
油相络合物
两相阀
1.溴单质的大分子络合物
2.水相：ZnBr2，密度小；
油相：溴单质络合物，密度大
隔膜的作用：阻止溴络合物移动到负极与单质Zn反应自放电
隔膜不一定是离子选择性膜
四、名师导学
例2：（2021湖南）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是（　　）
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
×
解析
放电溴单质和锌反应生成ZnBr2，浓度增大；
隔膜没有选择性，作用是阻止大分子Br2的络合物（信息缺失）。
隔膜不一定是离子选择性膜第11讲-离子隔膜在电化学中的应用
1. （2024·江苏卷）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是
A．电池工作时，MnO2发生氧化反应
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为
2．（2023·山东卷，不定项）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：
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
3．（2023·湖北卷）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xmol·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2xmol·h-1
4.（2023·辽宁卷）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
5.（2023广东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：
B．每生成，双极膜处有的解离
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
6．（2022全国乙卷）常温下，一元酸的。在某体系中，与离子不能穿过隔膜，未电离的可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中，当达到平衡时，下列叙述正确的是
A．溶液Ⅰ中
B．溶液Ⅱ中的HA的电离度为
C．溶液Ⅰ和Ⅱ中的不相等
D．溶液Ⅰ和Ⅱ中的之比为
7．（2021广东）钴()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室溶液的均增大
B．生成，Ⅰ室溶液质量理论上减少
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：
8．（2015全国新课标Ⅰ卷）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
9．（2020浙江）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量
10．（2016全国新课标Ⅰ卷）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是
A．通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
11．双极膜应用于各种装置中，发挥着巨大作用。如图所示装置是将捕捉的二氧化碳转化为而矿化封存，减少空气中的碳排放。下列说法正确的是
A．向碱室中加入固体，有利于的矿化封存
B．两个双极膜中间层的均向左移动
C．极为阳极，电极反应式为
D．在碱室形成
12．我国科学家研究出一种新型水系Zn C2H2电池(装置如图甲所示)，既能实现乙炔加氢又能发电；同时开发新型催化剂，实现CO2电催化加氢制备C3H6 (装置如图乙所示)。下列说法错误的是
A．甲、乙两装置相互连接时，a口应接c口
B．离子交换膜M与N不能选择相同的交换膜
C．a极的电极反应式为C2H2+2e +2H2O=C2H4+2OH
D．甲、乙两装置相互连接时，理论上每消耗1molCO2，b极质量增大48g
13．一种利用电化学法生产高纯金的方法涉及粗金(含有Ag、Cu等杂质)的溶解，获得含[AuCl4] 的溶液。该过程不涉及金单质析出，所用电解质溶液均为A溶液。下列说法不正确的是
A．阳极发生的发应为
B．粗金溶解，可用过滤的方法从阳极区获取
C．隔膜E为阳离子交换膜
D．每生成1mol，阴极区产生体积为33.6L(标准状况)
14．科学家研制出一种高性能水系酸碱双液锌－溴二次电池，其总反应为：，中间的双极性膜(BPM)能隔开酸碱双液且能允许通过，如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，向锌极电极迁移
B．放电时，负极区的pH减小
C．充电时，锌与外接电源正极相连，将电能转化为化学能
D．充电时，石墨电极发生反应：
15．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．离子交换膜X为质子交换膜，质子从石墨电极移向Pt电极
B．Pt电极的电势高于石墨电极
C．石墨电极上发生反应NO+4H++3e-=NO+2H2O
D．6mol O2被还原时，有3mol C2H5OH被氧化
16．钠碱脱硫液()吸收一定量气体后，可通过如图装置实现再生，下列说法错误的是
A．电极a应接电源的负极
B．自右向左穿过m膜，m膜应为阳离子交换膜
C．出液2的pH大于进液的pH
D．出液1可使品红溶液褪色
17．对氨基苯酚(，俗称PAP)是一种重要的精细化工中间体，工业上常采用电解硝基苯的方法制取，其装置原理如图所示。下列说法错误的是
A．电源a为负极
B．电极c上发生的电极反应式为+4H++4e-=+H2O
C．离子交换膜最好用质子交换膜
D．当生成1mol时，右侧生成的CO2在标准状况下体积为44.8L
18．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和，并分别向两极迁移。用双极膜电解制备金属钴，工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．电极a接电源的正极
B．电解过程中溶液中的透过阴离子交换膜向左移动
C．当电路中转移2mol电子时，阳极产生22.4L(标准状况)
D．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
19．（2018全国新课标Ⅰ卷）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________。电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
20．（2014全国新课标Ⅰ卷）H3PO2可以通过电解的方法制备.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 。
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第11讲-离子隔膜在电化学中的应用答案及解析
1．C
【详解】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。A．电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B．电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；C．环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D．由电极反应式可知，反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为，故D错误；
2．CD
【详解】A. 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，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；B. 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. 左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确；D. NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成，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；
3．D
【详解】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↑，据此解答。A．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．该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，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．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．由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为，则补水的速率也应是，故D错误；
4．B
【详解】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A．放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C．放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D．充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；
5．B
【详解】由信息大电流催化电解溶液制氨可知，在电极a处放电生成，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确；B．每生成，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8mol 进入阴极室，即有8mol的解离，故B错误；C．电解过程中，阳极室每消耗4mol ，同时有4mol 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．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于被催化解离成和，可提高氨生成速率，故D正确；
6．B
【详解】A．常温下溶液I的pH=7.0，则溶液I中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L，c(H+)＜c(OH-)＋c(A-)，A错误；B．常温下溶液II的pH=1.0，溶液中c(H+)=0.1mol/L，Ka==1.0×10-3，c总(HA)=c(HA)+c(A-)，则=1.0×10-3，解得=，B正确；C．根据题意，未电离的HA可自由穿过隔膜，故溶液I和II中的c(HA)相等，C错误；D．常温下溶液I的pH=7.0，溶液I中c(H+)=1×10-7mol/L，Ka==1.0×10-3，c总(HA)=c(HA)+c(A-)，=1.0×10-3，溶液I中c总(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总(HA)=c(HA)+c(A-)，=1.0×10-3，溶液II中c总(HA)=1.01c(HA)，未电离的HA可自由穿过隔膜，故溶液I和II中的c(HA)相等，溶液I和II中c总(HA)之比为[(104+1)c(HA)]∶[1.01c(HA)]=(104+1)∶1.01≈104，D错误；
7．D
【详解】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+，Ⅰ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Ⅰ室向Ⅱ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，Ⅲ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Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。A．由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；B．由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；C．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．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；
8．A
【详解】A．根据图象，负极上C6H12O6失电子，正极上O2得电子和H+反应生成水，负极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极的电极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O，因此CO2在负极产生，故A错误；B．葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确；C．通过原电池的电极反应可知，负极区产生了H+，根据原电池中阳离子向正极移动，可知质子(H+)通过交换膜从负极区移向正极区，故C正确；D．该反应属于燃料电池，燃料电池的电池反应式和燃烧反应式相同，则电池反应式为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，故D正确；
9．D
【详解】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。
A.根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A正确；B.阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：2H2O+2e-═H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH-流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确；C.根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，故C正确；
D.因为有离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，故D错误；
10．B
【详解】A．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH－失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，故A错误；
B．阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，故B正确；
C．负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H＋)增大，所以负极区溶液pH升高，故C错误；
D．当电路中通过1mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是n(O2)=1mol÷4=0.25mol，故D错误。
11．B
【详解】A．碱室中二氧化碳和碱反应生成碳酸根离子，碳酸根离子通过左侧阴离子交换膜进入中间室内，与结合形成碳酸钙，加入固体不利于的吸收，故A错误；
B．右侧双极膜中氢离子进入酸室生成盐酸，左侧双极膜中氢离子左移在电极上发生还原反应生成，故B正确；C．左侧双极膜中氢氧根离子进入碱室，与二氧化碳反应生成碳酸根离子，氢离子左移在电极上发生还原反应生成，所以为阴极，电极反应式为，故C错误；D．通过左侧阴离子交换膜进入中间室内与结合形成碳酸钙，在中间室形成，故D错误；
12．A
【详解】甲装置中，Zn被氧化，所以b电极为负极，a电极为正极；乙池中d电极上H2O被氧化为O2，所以d电极为阳极，c电极为阴极。A．c为阴极，与电源负极相连，即与b口相连，A错误；B．装置甲中通过氢氧根迁移来平衡电荷，离子交换膜为阴离子交换膜，装置乙中通过氢离子迁移平衡电荷，为质子交换膜，B正确；C．a电极上C2H2被还原为C2H4，根据电子守恒、元素守恒可得电极反应为C2H2+2e +2H2O=C2H4+2OH ，C正确；D．c电极上的反应为3CO2+18e +18H+=C3H6+6H2O，b电极的反应为Zn 2e +2OH =ZnO+H2O，增重为O原子的质量，消耗1molCO2转移6mol电子，b电极上增重3molO原子的质量，即为48g，D正确；
13．D
【详解】粗金板是电解池的阳极，电极反应式：；高纯钛板是电解池的阴极，电极反应式：。A．由分析知电极反应式正确，A正确；B．粗金溶解，可用过滤的方法从阳极区获取，B正确；C．获得含的溶液，隔膜E为阳离子交换膜，C正确；D．由电极反应式可知产生体积为33.6L(标准状况)时得到3摩尔电子，但失去电子的金属可能是金、银、铜，D错误；
14．B
【详解】由图可知：新型酸碱双液锌溴二次电池放电时，左侧Zn电极发生失去电子的氧化反应生成ZnO，为负极，电极反应式为：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O；电池右侧为正极，在正极上发生得电子的还原反应生成Br-，电极反应式为：+2e-=3Br-，放电时，阳离子移向正极、阴离子移向负极；充电时，原电池的负极与外加电源负极相接，为电解池的阴极，正极为电解池的阳极，电极反应与放电时相反，据此分析解答。A．原电池中左侧Zn电极为负极，右侧石墨电极为正极，放电时，阳离子移向正极，即K+向石墨电极迁移，故A错误；
B．放电时，负极电极反应式为：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，所以负极区的pH减小，故B正确；C．据分析可知，充电时，锌与外接电源负极相连，故C错误；D．充电时，原电池正极石墨电极与外加电源正极相接，为电解池的阳极，发生氧化反应，所以石墨电极发生反应为：3Br--2e-=Br3-，故D错误；
15．C
【详解】由图可知左侧电极上乙醇发生氧化反应生成二氧化碳，为负极，则右侧电极为正极；A．原电池中阳离子向正极运动，则质子从Pt电极移向石墨电极，A错误；B．Pt电极为负极，其电势低于正极的石墨电极，B错误；C．石墨电极上硝酸根离子得到电子发生还原反应生成一氧化氮，发生反应NO+4H++3e-=NO+2H2O，C正确；D．乙醇发生氧化反应生成二氧化碳，反应为，根据电子守恒可知，，则6mol O2被还原时，有2mol C2H5OH被氧化，D错误；
16．C
【详解】由图可知，电极a为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子与进液中亚硫酸氢钠溶液反应生成亚硫酸钠，溶液中阴离子电荷数大于阳离子，由溶液呈电中性可知，中间区的进液中的钠离子通过阳离子交换膜加进入阴极区，电极b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，氢离子通过阳离子交换膜进入中间区，与再生液中的亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子反应生成亚硫酸，由于放电时阳极区消耗水导致硫酸溶液的浓度增大，溶液pH减小，则再生液氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液、出液1为亚硫酸溶液、出液2为浓度增大的硫酸溶液。A．由分析可知，电极a为与直流电源负相连的电解池的阴极，故A正确；B．由分析可知，中间区的进液中的钠离子通过阳离子交换膜加进入阴极区，则m膜应为阳离子交换膜，故B正确；C．由分析可知，电极b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，氢离子通过阳离子交换膜进入中间区，阳极区水的量减小导致硫酸溶液的浓度增大，溶液pH减小，故C错误；
D．由分析可知，出液1为亚硫酸溶液，亚硫酸溶液中的二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液漂白褪色，故D正确；
17．D
【详解】经过装置图分析，电极d中，转化为，碳元素化合价升高，失去电子，是阳极，则电极b是正极，电极a是负极。A．转化为，碳元素化合价升高，属于氧化反应，则c为阴极，a为负极，A项正确；B．溶液显酸性，c电极上发生反应的电极反应式为+4H++4e-=+H2O ，B项正确；C．电解池中左侧消耗，右侧产生，故离子交换膜选用质子交换膜，C项正确；D．d电极的反应式为：，当生成1mol时转移4mol，右侧生成的在标准状况下体积为22.4L，D项错误；
18．C
【详解】A．电解池中阳离子向阴极移动，则电极b是阴极，电极a是阳极，电极a接电源的正极，故A正确；B．电解池中阴离子向阳极移动，电解过程中溶液中的SO透过阴离子交换膜移向左室，故B正确；C．当电路中转移2mol电子时，阳极水中的氢氧根离子失电子生成0.5molO2，故C错误；D．电解池工作时，电极b是阴极，电极a是阳极，SO通过阴离子交换膜向左移动与氢离子结合生成硫酸，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，故D正确；
19． 2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a
【详解】阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。
20．4OH--4e-=O2↑+2H2O 阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 PO H2PO或H3PO2被氧化
【详解】①由于阳极中阴离子为硫酸根离子、氢氧根离子和H2PO2-，其中放电能力最强的是氢氧根离子，则阳极发生的电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O；②产品室可得到H3PO2的原因是因为：阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2，故答案为阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2;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，其缺点是阳极产生的氧气会把H2PO2-或H3PO2氧化成PO43-，产品中混有PO43-，故答案为PO43-；H2PO2-或H3PO2被氧化。
答案第6页，共7页
答案第7页，共7页第11讲-离子隔膜在电化学中的应用
一、知识重构
1.单液电池
图1 单液Zn-Cu原电池装置 图2单液Zn-Cu原电池电流曲线 图3单液Zn-Cu原电池温度曲线
图2和图3说明单液Zn-Cu原电池存在什么弊端？原因是什么？
2.双液电池-盐桥
写出该双液电池正负极方程式
盐桥成分：琼胶、饱和KCl溶液
盐桥的作用是
对盐桥的深入认识
盐桥中琼胶的作用：控制离子流速，防止过早失效。
用饱和氯化钾的原因：K+和Cl－迁移速率接近，且不发生化学反应。
盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是放入饱和氯化钾溶液中。
例：（2020全国）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____作为电解质。
分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？造成的原因是什么？
离子交换膜
单液：负极与电解液直接接触 盐桥：有效隔离，电阻增大 离子交换膜：有效隔离，电阻小
（1）作用：
①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。
②能选择性的通过离子，起到 的作用。
（2）分类
（3）三种离子交换膜举例分析
种类 装置图 说明
阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过) 氯碱工业 ①A极反应式： ②B极反应式： ③Na＋通过阳离子交换膜进入 极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→电解池 极(或原电池的 极) 思考：能否用阴离子交换膜？
阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过) 以Pt为电极电解淀粉 KI溶液，制备碘酸钾，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式： ②阳极反应式： ③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应： ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池 极(或原电池的 极)
质子交换膜 (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 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)
（4）原理（以阳离子交换膜为例）
交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。
（5）判断
根据溶液呈电中性，巧借离子迁移方向的判断，从而确定离子交换膜的类型。
①离子从“生成区”移向“消耗区”
以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。
右侧：通入CO2，生成HCOOH，接电源 极，电极反应方程式为 。左侧，接电源 极，电极反应方程式为 。 极生产氢离子， 极消耗氢离子，因此，隔膜类型为 。
②离子从“原料区”移向“产物区”
以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。
离子移动方向及交换膜类型：产品室为阳极，原料室中的 移向产品室，膜1为
交换膜；原料室中的 移向阴极室，膜2为 交换膜。
电极反应方程式：
阳极 ； 阴极 ；
③溶液“浓→稀”，离子移出；溶液“稀→浓”，离子移入
一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示。迅速判断左侧为 离子交换膜，右侧为 离子交换膜。
4.双极膜
双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在电场作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H+和OH－的离子源。电解过程，双极膜中产生的H+移向 极，OH－移向 极。原电池中，双极膜中产生的H+移向 极，OH－移向 极。H+和OH－移动的作用是平衡电荷或参与化学反应。
双极膜结构及解离水示意图
例：SO2的脱除与H2O2的制备反应自发协同转化装置如下图所示(在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为H+和OH－，并向两极迁移)。分析电极反应及H+和OH－的移动方向。
重温经典
例1：（2024·黑吉辽卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑
C．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：2HCHO-2e-+4OH -= 2HCOO-+2H2O+H2↑
【答案】A
【解析】据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O-2e-=H2↑+2OH-。A．由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；B．阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O-2e-=H2↑+2OH-，故B正确；C．由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；D．由以上分析可知，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：，故D正确；
例2：（2023·全国甲卷）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Cu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、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．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．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．由分析可知，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．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，在标况下体积为5.6L，故D错误；
例3：（2024湖北）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡
HOCH2O- + OH- [OCH2O]2- + H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为
[OCH2O]2- - e- = HCOO- + H 。下列说法错误的是
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO- + H2↑+2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e- =CHOCOOH+H2O
【答案】B
【解析】在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu电极上发生的电子转移反应[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。
A．根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确；B．根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B项错误；C．根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C项正确；D．根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D项正确；
例4：（2023·浙江卷）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
【答案】B
【解析】A．电极A是氯离子变为氯气，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．电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：，故B错误；C．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溶液，故C正确；D．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。
例5：（2021湖北）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
【答案】A
【解析】根据左侧电极上生成，右侧电极上生成，知左侧电极为阳极，发生反应：，右侧电极为阴极，发生反应：；由题意知，左室中随着浓度增大转化为，因此阳极生成的不能通过离子交换膜。A．由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是，A项错误；B．根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应，知生成和的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B项正确；C．根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液的浓度增大，C项正确：D．电解过程中阳极区H+的浓度增大，转化为，D项正确。
例6：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误。
例7：（2020全国新课标Ⅰ卷）科学家近年发明了一种新型Zn CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，正极溶液中OH 浓度升高
【答案】D
【解析】由题可知，放电时，CO2转化为HCOOH，即CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，发生还原反应生成Zn，以此分析解答。A．放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：，故A正确，不选；B．放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，故B正确，不选；C．充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上转化为Zn，电池总反应为：，故C正确，不选；D．充电时，正极即为阳极，电极反应式为：，溶液中H+浓度增大（若只有H+向阴极移动，H+浓度将不变），故D错误，符合题意。
三、模型建构
1.有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
2.含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
3.定量关系
外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。
例：工业上常用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)消除烟气中的NO，通过电解可使Na2S2O4再生，装置如下图所示。吸收塔内每吸收11.2L(标准状况)的NO，通过离子交换膜的H+的物质的量为_______mol。
四、名师导学
隔膜的认识误区：隔膜一定是离子选择性膜。
这种认识是错误的。隔膜的作用是阻止特定微粒通过，允许其他微粒通过。隔膜的选择性越强，就意味着阻碍性越大，微粒的透过性就降低了，电阻性变大。因此需要认识隔膜的双重性，离子选择性膜在隔离两极电解质，防止物质混合方面起到了很好的作用，但确牺牲了离子的通过效率。那有没有既能阻止电解液或两极物质的混合，又不牺牲离子的通过效率呢？
例1：（2022广东）科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3 + 2Na＋ + 2e－ = Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是
A. 充电时电极b是阴极
B. 放电时NaCl溶液的pH减小
C. 放电时NaCl溶液的浓度增大
D. 每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g
对多孔炭的解读：多孔碳既作为电极材料，又是氯气和氯离子的通道。需要注意的是，与离子选择性透过膜不同，多孔电极不具备选择性（考题有信息提示“无需离子交换膜”）。为避免两极物质自由通过，研究者巧妙的将一侧设计为非极性环境，另一侧设计为极性环境。充电时，氯离子被氧化生成氯气，同时被四氯化碳溶解带走储存；放电时，四氯化碳把氯带到电极上发生还原反应生成氯离子，氯离子进入氯化钠溶液中，被带到储存室。根据相似相容原理，氯气可以始终保留在左室的非极性环境中，氯离子和钠离子始终保留右室的极性环境中。因此，看似敞开，氯气和氯离子只能在电极上得失电子，然后变换“身份”后再进入对方“领地”，而不能直接跨越。
那这样设计有什么优点呢？首先是降低成本，相对于选择性透过膜，普通的多孔隔膜成本更低。其次，无膜阻挡，微粒的通过性能增强，电池效率更高。
本题答案为C。
例2：（2021湖南）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是（　　）
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e－= Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
对隔膜的解读：
本题答案为B。

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