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2027届高考化学第一轮复习
第三章 化学反应与能量转化
第3讲 电解原理及应用
第5课时 交换膜的应用与多池相连等综合
提升关键能力
热点强化 离子交换膜在电化学中的应用
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。 离子交换膜分为：
(1)阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，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，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜,是一种新型离子交换膜,其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层,水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中,水电离产物H+和OH-可在电场力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。
1.离子交换膜的作用（用于物质制备或分离提纯）
(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，提高产品的纯度或避免不安全因素。
(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2.分析方法
(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向；(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子；(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。
提升关键能力
一、单一离子交换膜电化学装置
1.利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O===
2HCOOH+O2,装置如图所示(M、N电极均为惰性电极),下列说法错误的是
A.N电极上发生氧化反应，失去电子
B.M电极上的电极反应式为2H++CO2+2e-===HCOOH
C.每转移0.4 mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10 g
D.电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移
√
热点专练
2.(2024·黑吉辽，12)“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↑
√
【误区警示】阳极也可能生成H2,不要思维定势
提升关键能力
二、双极膜电化学装置
3.利用如图所示装置可合成己二腈[NCCN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H+和OH-向两极移动。下列说法错误的是
A.放电时，N极的电势低于M极的电势
B.放电时，双极膜中OH-向N极移动
C.充电时，N极的电极反应式为2CH2==CHCN
　+2e-+2H+===NC(CH2)4CN
D.若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使
　左室溶液恢复至初始状态
√
√
2020年这题是高考中最先出现考双极膜的高考题
(2024·湖北卷，14)我国科学家设计了一种双位点 电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中 解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在 溶液中，甲醛转化为，存在平衡。 电极上发生的电子转移反应为 。下列说法错误的是( )
A.电解一段时间后阳极区 减小
B.理论上生成双极膜中有 解离
C.阳极总反应式为
D.阴极区存在反应
√
阴极总反应为
请与P175第2题2024黑吉辽第12题对比！你有何收获？
（2014年全国乙卷第27题（4）节选）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____________。
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 。
【评注】本题是高考中最先考的经典范例，对于离子交换膜电解池的解题流程：
第一步：分清交换膜类型，是属于阳膜、阴膜、质子交换膜、双极膜等哪种，允许哪种离子通过交换膜；第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移的方向；第三步分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应。
提升关键能力
三、多膜多室电化学装置
4.(2022·全国甲卷，10)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S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+Mn2++2H2O
√
5.(2021·天津，11)如图所示电解装置中，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0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
√
提升关键能力
难点专攻 多池电化学装置
1.常见多池串联装置图
模型一　外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二原电池与电解池的串联(如图)
多池相连的电解池与原电池的判定
(1)直接判断。 非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。如图：A为______池，B为______池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。（电势差最大的是原电池，其他是电解池）
(3)根据电极反应现象判断。(看具体题目再具体分析）
原电池
电解池
提升关键能力
2.电子转移计算
电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。
由得失电子守恒建立各量间的关系。
①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。
②根据电解方程式或电极反应式计算。
③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系：
O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH-
涉及气体体积计算，使用22.4 L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。
④常考通过交换膜的质子数等于转移电子数
⑤常考质量变化，容易忽视通过交换膜的离子的质量。
提升关键能力
1.(2025·佛山模拟)如图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B.甲池中负极反应式为N2H4-4e-===N2+4H+
C.甲池和乙池中溶液的pH均减小
D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
√
对点训练
2.(2022·山东，13改编)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(s)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。下列说法错误的是
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
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-===Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加
　300 mg，则此时已进行过溶液转移
√
提升关键能力
3.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是
A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2R
B.电池工作时，负极区要保持呈碱性
C.工作一段时间后，正极区的pH变大
D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为2
√
4.(2025·韶关一模)NO 空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是
A.b膜为阴离子交换膜
B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO
　+8H2O+8NH3　 　10N+5S
C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计)
D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L
√
(2025广东卷第14题）一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上MnO2减少；电极材料每转移1mol电子，对应的理论容量为26.8A·h。下列说法错误的是
A．充电时Ⅱ为阳极
B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低
C．放电时负极反应为：MnS-2e-=S+Mn2+
D．充电时16g S能提供的理论容量为26.8A·h
(2025广东卷第16题）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上
A．负极反应的催化剂是ⅰ
B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
√
√
2.(2022·广东卷，11)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将
镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的 溶液中。一段时间后，取溶液
分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是( )
D
A.加入 溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入 溶液无红色出现
D.加入 溶液无蓝色沉淀生成
1.(2021·广东卷,9)火星大气中含有大量,一种有 参加反应的新型全
固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正
极,放电时( )
B
A.负极上发生还原反应 B. 在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能
3.(2022第18题（6）②）Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O2的还原，发生的电极反应为__________________________。
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
广东高考电化学近五年考情统计（2021-2025）
2021年考了6分以上：第4题D项考了金属腐蚀防护，第9题原电池；第16题电解P170,T1；
2022年考了12分：第10题电解P167,T1；第11题金属腐蚀及防护;第16题氯流电池P163,T10;第18题（6）②考了燃料电池的正极电极反应式；
2023年考了10分：第6题原电池P160,T2；第13题电解P167,T2，第16题双极膜电解池P170，T2
2024年考了8分：第5题金属的腐蚀及防护P174,T1；第16题电解湿法炼铁P167,T3，第18题（1）电解法制备铝的总反应
2025年考了10分以上：第4题D项考了暖贴，第6题D项考了电镀铜装置；第8题C项考了Fe2+的检验；第14题水系电池；第16题燃料电池（涉及机理图），第18题（6）②考查画电解装置图
【评注】电化学每位同学争取要拿满分，抓住基本的原理，充分利用思维模型，不管情境怎么新，考查设问角度无外乎“三个三”，注意自行归纳高频设问角度，及自己的结题心得；以原理为核心，以模型为工具，以情境为载体，夯实基础，培养能力。

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