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热点强化 18 离子交换膜电化学装置
1．常见的离子交换膜
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。
2．离子交换膜的作用
(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，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。
3．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。
一、含离子交换膜的电池
1．(2020·海南，11)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O＋4e－－4H＋===2HO
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答案 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O ＋4e－＋4H＋===2HO，a电极附近pH升高，故C、D不
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符合题意。
2.(2021·河北，9)K-O 电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，
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下列说法错误的是( )
A．隔膜允许K＋通过，不允许O 通过
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B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO 的质量与消耗O 的质量比值约为2.22
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D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
答案 D
解析 金属性强的钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许 K＋通过，
不允许O 通过，故A正确；放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，
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充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故 B正确；生成1 mol超氧化
钾时，消耗 1 mol 氧气，两者的质量比为(1 mol×71 g·mol－1)∶(1 mol×32 g·mol－
1)≈2.22∶1，故 C 正确；铅酸蓄电池充电时的总反应的化学方程式为 2PbSO ＋
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2HO===PbO ＋Pb＋2HSO ，反应每消耗2 mol水时，转移2 mol电子，由得失电子守恒可
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知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g·mol－1＝1.8 g，故D错误。
3．我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，
其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极电势：Zn/ZnO电极
