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微专题32 电化学中的交换膜
1．（2023·全国·统考高考真题）用可再生能源电还原 时，采用高浓度的 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． 从 电极迁移到 电极C．阴极发生的反应有：
D．每转移 电子，阳极生成 气体(标准状况)
2．（2023·北京·统考高考真题）回收利用工业废气中的 和 ，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是
A．废气中 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 的水解程度大于 的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的 和
D．装置 中的总反应为
1．解答步骤
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、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。
2．离子交换膜类型的判断方法
依据电解质溶液呈电中性的原理，判断膜的类型，判断时首先要写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极
反应式确定该电极附近哪种离子剩余；依据该电极附近电解质溶液满足电荷守恒原则，判断出离子移动的
方向、进而确定离子交换膜的类型。1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜在电化学中的作用
(1)隔离某些物质防止发生反应。
(2)用于物质的制备。
(3)物质分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
离子交换膜是由高分子特殊材料制成。离子交换膜分四类：
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。
④双极膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复
合层间的HO解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-的离子源。
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4．应用原理
（1）阳（阴）离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负（正）电荷的基团，阳（阴）离子可以自由通
过孔道，而阴（阳）离子移动到孔道处，受到孔道带负（正）电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不
能通过交换膜。
质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H＋)通过，其他离子不能通过。
（2）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。
1．（2023·浙江·统考高考真题）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 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
2．（2022·全国·高考真题）一种水性电解液Zn-MnO 离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以
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Zn(OH) 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SO 通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO 电极反应：MnO +2e-+4H+=Mn2++2H O
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D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO +4H+=Zn(OH) +Mn2++2H O
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3．（2022·山东·高考真题）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 ，将废旧锂离子电池的正极材料 转化为 ，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
D．若甲室 减少 ，乙室 增加 ，则此时已进行过溶液转移
1．（2022·河北·高考真题）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示
意图如图。
下列说法正确的是
A．电极b为阳极
B．隔膜为阴离子交换膜
C．生成气体M与N的物质的量之比为2：1D．反应器I中反应的离子方程式为4[Fe(CN) ]3—+4OH— 4[Fe(CN) ]4—+O ↑+2H O
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2．（2023·全国·高三统考专题练习）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 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
3．（2023·北京·高三统考专题练习）回收利用工业废气中的 和 ，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是
A．废气中 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 的水解程度大于 的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的 和D．装置 中的总反应为
4．（2023·全国·高三统考专题练习）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 通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
5．（2023·江西上饶·校联考二模）Li－O 电池比能最高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年
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科学来家研究了一种光照充电Li－O 电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h+)，驱动
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阴极反应(Li+ +e－= Li)和阳极反应Li O +2h+=2Li++O )对电池进行充电，下列叙述错误的是
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A．放电时，电池的总反应2Li+O =Li O
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B．充电时，Li+从锂电极穿过离子交换膜向光催化电极迁移
C．放电时，每转移2mol电子，消耗标况下的O 体积为22.4L
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D．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关6．（2023·重庆渝中·重庆巴蜀中学校考模拟预测）电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用如
图所示装置实现电催化合成呋喃二甲酸。下列说法错误的是
A．催化电极能降低电极反应的活化能
B． 在催化电极a放电可得到 呋喃二甲酸
C．阴极反应为
D．电路中每转移 ，阳极区与阴极区质量变化的差为
7．（2023·陕西西安·统考一模）高电压水系锌—有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)
B．充电时，电路中转移2mole-，中性电解质NaCl的物质的量增多2mol
C．放电时，1molFQ转化为FQH 转移2mol电子
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D．充电时，m接外接电源的负极，n接外接电源的正极8．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测）一种氯离子介导的电化学合成方法，能将乙烯高效清洁、
选择性地转化为环氧乙烷，电化学反应的具体过程如图所示。在电解结束后，将阴、阳极电解液输出混合，
便可反应生成环氧乙烷。下列说法错误的是
A．Ni电极与电源负极相连
B．阴极生成标况下22.4L气体，最终可制得2mol
C．工作过程中阴极附近pH增大
D．在电解液混合过程中会发生反应：HCl+KOH=KCl+H O
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9．（2023春·山东烟台·高三统考期中）据2022年1月统计，我国光伏发电并网装机容量突破3亿千瓦，
连续七年稳居全球首位。已知四甲基氢氧化铵 常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵
为原料，采用电渗析法合成[ ， ]，工作原理如图。下列说法错误
的是
A．光伏并网发电装置中N型半导体为负极，P型半导体为正极
B．c为阳离子交换膜，d、e均为阴离子交换膜
C．a电极反应式为D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体(标准状况)
10．（2023春·山东烟台·高三统考期中）电催化NO合成氨技术凭借其低能耗、绿色环保等优势成为化工
行业关注的热点。某科研团队设计的Zn-NO电池装置及在不同电压下 的单位时间产量如下图所示，已
知：①双极膜中 电离出的 和 在电场作用下可以向两极迁移；②法拉第效率
。下列说法错误的是
A．双极膜中的 移向X极
B．Y极电极反应式为
C．当外电路通过 时，双极膜中有 发生解离
D．0.5V电压下连续放电10小时，外电路通过 ，法拉第效率为93.5%
1．（2023·山东·统考高考真题）利用热再生氨电池可实现 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 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 电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：
D． 扩散到乙室将对电池电动势产生影响
2．（2023·全国·高三统考专题练习）电解质浓度不同形成的浓差电池，称为离子浓差电池。以浓差电池为
电源，以石墨为电极将NH 转化为高纯H 的装置如图所示。下列说法正确的是
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A．Cu(1)的电势低于Cu(2)的电势
B．C(1)极电极反应式为2NH -6e-+6OH-=N +6H O
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C．工作时，左池 从左侧经膜Ⅰ移向右侧，右池OH-从左侧经膜Ⅱ移向右侧
D．当浓差电池停止放电时，理论上可得到22.4L标准状况下的H (忽略溶液体积变化)
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3．（2023·北京西城·北师大实验中学校考三模）光电化学装置可以将 还原为有机物，实现碳资源的再
生利用。图1是光电化学法实现 转化的 电解装置示意图。在不同电压条件下进行光照电解实验，不同有机产物的法拉第效率 如图2所示。
资料：ⅰ．还原性：
ⅱ．法拉第效率 的定义： (生成 的电子) (通过电极的电子)
ⅲ．选择性 的定义： (生成 的 ) (发生反应的 )
以下说法不正确的是
A．阳极电极反应式为：
B．使用 光电极可以节约电能，为阴极 的转化提供
C．由图2通过计算可知：电解电压为 时，
D．以上实验表明：通过改变电压可以选择性地获得不同还原产物
4．（2023春·河北石家庄·高三校联考阶段练习）我国科学家设计了一种利用废水中的 将苯酚氧化为
和 的原电池—电解池组合装置(如图)，实现了发电、环保二位一体。已知：羟基自由基( )的氧
化性仅次于氟气。下列说法正确的是A．电子转移方向：c电极→导线→b电极
B．d电极的电极反应为
C．右侧装置中，c、d两电极产生气体的体积比(相同条件下)为
D．若a电极上有 参与反应，理论上 溶液中有 通过阴离子膜进入a电极区溶液
5．（2023·陕西咸阳·统考三模）最近科学家研发了“全氢电池”，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．吸附层a发生的电极反应为：
B．NaClO 的作用是传导离子并参与电极反应
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C．电解质溶液中Na+向左移动，ClO 向右移动
D．全氢电池的总反应为：2H +O =2H O
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6．（2023·浙江·校联考模拟预测）直接 燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。
电池放电时，下列说法不正确的是A．电池工作时，电极I电势低
B．电极Ⅱ的反应式为：
C．电池总反应为：
D．当电路中转移0.1mol电子时，通过阳离子交换膜的 为3.9g
7．（2023秋·福建龙岩·高三校联考期末）某温度下，应用电化学原理处理废旧塑料PET(
)制取甲酸钾装置如图。下列说法错误的是
A．转移1 mol电子产生0.5 mol
B．隔膜为阳离子交换膜C．阳极反应：
D． 为PET水解产物
8．（2023·重庆·校联考三模）科学家近年发明了一种新型 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 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．充电时，阴极反应为
B．放电时，生成 ，转移电子数为 个
C．充电时，电池总反应为
D．放电时，正极溶液中 浓度升高
9．（2023·全国·高三专题练习）按照要求回答下列问题：
(1)用NaOH溶液吸收烟气中的SO ，将所得的Na SO 溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H SO ，
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其原理如图所示(电极材料均为石墨)。①图中A口产生的气体为 ，B口流出的物质是 。
②b电极表面发生的电极反应式为 。
(2)Co是磁性合金的重要材料，也是维生素的重要组成元素。工业上可用如图装置制取单质Co并获得副产
品盐酸(A、B均为离子交换膜)。
①A为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②该电解池的总反应离子方程式为 。
③若产品室中阴极质量增加11.8g，则产品室增加的HCl的物质的量为 。
