文档内容
热点专项 电化学中离子交换膜的应用
目录
01考情透视·目标导航............................................................................................................................
02知识导图·思维引航............................................................................................................................
03核心精讲·题型突破............................................................................................................................
【真题研析】...................................................................................................................................................................
【核心精讲】...................................................................................................................................................................
1．离子交换膜类型的功能.....................................................................................................................................
2．离子交换膜类型在电化学中的作用.................................................................................................................
3．离子交换膜类型的类型.....................................................................................................................................
4．应用原理.............................................................................................................................................................
5．离子交换膜类型的判断.....................................................................................................................................
【命题预测】...........................................................................................................................................................
考向1 “单膜”池..................................................................................................................................................
考向2 “双膜”池..................................................................................................................................................
考向3 “多膜”池..................................................................................................................................................
考点要求 考题统计 考情分析
2024·江西卷，11，3分；2024·广东卷，16，3分；
近年来，新型电化学装置
2024· 海南卷，13，4分；2024·广西卷，1，3分；
中的“膜”层出不穷，高
2024·福建卷，9，4 分；2024·辽吉黑卷，12，3
考试题中往往以此为契入
分；2024·河北卷，13，3分；2023•湖北省选择性考
点，考查电化学基础知
试10题，3分；2023•山东卷11题，4分；2022•山 识。预测 2025 年这类试
“单膜” 东卷13题，4分；2023•浙江省6月选考13题，3 题将以“文字叙述+离子
池 分；2023•北京卷 5 题，3 分；2023•全国甲卷 12 交换膜+电化学装置图”
题，6分；2023•广东卷16题，3分；2022•湖南选 的方式呈现，考查离子交
择性考试8题，3分；2022·浙江省1月选考21题， 换膜在化学电源、电解制
2分；2022·浙江省6月选考21题，2分；2021•全国 备物质或电渗析等方面的
甲卷13题，6分；2021•湖北选择性考试15题，3 实际应用为载体，考查电
分 化学基础知识及基本的化2024· 重庆卷，9，3分；2024·湖北卷，14，3分；
“双膜”
2021•辽宁选择性考试13题，3分；2021•天津卷11 学思想与方法。
池
题，3分；2021•广东选择性考试16题，3分
1．(2024·江西卷，11，3分)我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的
甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是( )A．CuAg电极反应为2HCHO+2H O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H ↑+2OH﹣
2 2
B．CuRu电极反应为NO -+6HO+8e﹣═NH ↑+9OH﹣
3 2 3
C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室
D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
【答案】B
【解析】由原电池中电子移动方向可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H ，电极方程
2
式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H ↑+2H O，CuRu为正极，NO -得到电子生成NH ，电极方程式为：
2 2 3 3
NO -+6HO+8e﹣═NH ↑+9OH﹣。A项，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H ，根据得失电子守
3 2 3 2
恒和电荷守恒配平电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H ↑+2H O，A错误；B项，CuRu为正极，
2 2
NO -得到电子生成NH ，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：NO -+6HO+8e﹣═NH ↑+9OH
3 3 3 2 3
﹣，B 正确；C 项，质子交换膜只允许 H+通过，C 错误；D 项，由分析可知，负极电极方程式为：
2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H ↑+2H O，正极电极方程式为：NO -+6HO+8e﹣═NH ↑+9OH﹣，总反应为
2 2 3 2 3
8HCHO+ NO -+7OH-=NH↑+8HCOO-+4 H ↑+2H O，处理废水过程中消耗 OH-，溶液 pH 减小，需补加
3 3 2 2
KOH，D错误；故选B。
2．(2024·广东卷，16，3分)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过
程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl--2e-= Cl ↑
2
B．阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高C．理论上每消耗1molFe O，阳极室溶液减少
2 3
D．理论上每消耗1molFe O，阴极室物质最多增加
2 3
【答案】C
【解析】右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反
应为：2Cl--2e-= Cl ↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe O 在碱性条件下转化为Fe，电极反应为：
2 2 3
Fe O+6e-+3H O=2Fe+6OH-；中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动。A项，阳极反应为：2Cl--2e-
2 3 2
= Cl ↑，A正确；B项，阴极反应为：Fe O+6e-+3H O=2Fe+6OH-，消耗水产生OH-，阴极区溶液中OH-
2 2 3 2
浓度逐渐升高，B正确；C项，理论上每消耗1molFe O，转移6mol电子，产生3mol Cl ，同时有6mol
2 3 2
Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少 ，C错误；D项，理论上每消耗
1molFe O，转移6mol电子，有6mol Na+由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加 ，D正确；
2 3
故选C。
3．(2024· 海南卷，13，4分)电解NH HSO 溶液得到SO2-，是早期制备HO 的重要步骤。某实验装
4 4 2 8 2 2
置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是( )
A．电解过程中阴极区的SO 2-不断迁移到阳极区
4
B．图中a代表H
2
C．回路中通过 电子产生0.5mol(NH )SO
4 2 2 8
D．SO 2-氧化成SO2-的电极反应为2SO 2--2e-=SO2-
4 2 8 4 2 8
【答案】AC
【解析】由实验装置图可知，与电源正极相连为电极为阳极，电极反应式为2SO 2--2e-=SO2-，电解过
4 2 8
程流出液b中混有少量气泡，发生副反应2HO-4e-=O↑＋4H＋，与电源负极相连的电极为阴极，电极反应
2 2
式为2H＋＋2e-＝H↑。A项，阴离子向阳极移动，但是硫酸根不能通过质子交换膜，则硫酸根不能从阴
2
极区迁移到阳极区，A错误；B项，阴极区产生氢气，则a为氢气，B正确；C项，由于阳极区存在副反应，
则当回路中通过1mol电子产生的(NH )SO 小于0.5mol，C错误；D项，阳极区发生反应氧化反应2SO 2-
4 2 2 8 4-2e-=SO2-，D正确；故选AC。
2 8
4．(2024·广西卷，1，3分)某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF 的二甲氧基乙烷作电解质溶液。
6
放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是( )
A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g
B．充电时，阳极电极反应为：NaV(PO )-xe-=Na V(PO )+xNa+
3 2 4 3 3-x 2 4 3
C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变
D．电解质溶液不能用NaPF 的水溶液替换
6
【答案】A
【解析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过
允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。A项，外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失
电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na V(PO ) 结合，则理论上
3-x 2 4 3
两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误；B项，充电时，左侧电极为阳极，NaV(PO ) 失电
3 2 4 3
子生成Na V(PO )，则阳极电极反应为：NaV(PO )-xe-=Na V(PO )+xNa+，B正确；C项，放电一段时
3-x 2 4 3 3 2 4 3 3-x 2 4 3
间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的
Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确；D
项，Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF 的水溶液替换，D正确；故选A。
6
5．(2024·福建卷，9，4分)一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含Li+有机溶液。
放电过程中产生(CFSO )NLi，充电过程中电解LiCl产生Cl。下列说法正确的是( )
3 2 2
A．交换膜为阴离子交换膜B．电解质溶液可替换为LiCl水溶液
C．理论上每生成1molCl ，需消耗2molLi
2
D．放电时总反应：6Li+N+4CF SO Cl=2(CF SO )NLi+4LiCl
2 3 2 3 2
【答案】D
【解析】放电过程中产生(CFSO )NLi，由图可知，放电过程中氮气得到电子发生还原反应生成
3 2
LiN，LiN又转化为(CFSO )NLi和LiCl，则左侧电极为正极，右侧电极为负极。A项，放电过程中负极
3 3 3 2
锂失去电子形成锂离子，锂离子通过阳离子交换膜进入左侧生成(CFSO )NLi，A错误；B项，锂为活泼金
3 2
属，会和水反应，故电解质溶液不能为水溶液，B错误；C项，充电过程中电解LiCl失去电子发生氧化反
应产生 Cl ：2Cl--2e-=Cl↑，锂离子在阴极得到电子发生还原生成锂单质：2Li＋+2e-=2Li，则每生成
2 2
1molCl ，同时生成2mol Li；放电过程中，消耗6molLi，同时生成4mol LiCl，则整个充放电过程来看，理
2
论上每生成1molCl ，需消耗1mol Li，C错误；D项，放电过程中，正极氮气得到电子发生还原反应生成
2
LiN，LiN 又转化为(CFSO )NLi 和 LiCl，负极锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，总反应为
3 3 3 2
6Li+N+4CF SO Cl=2(CF SO )NLi+4LiCl，D正确；故选D。
2 3 2 3 2
6．(2024·辽吉黑卷，12，3分) “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H 的方法，装置如图所示。部分反应机理为：
2
。下列说法错误的是( )
A．相同电量下H 理论产量是传统电解水的1.5倍
2
B．阴极反应：2HO+2e-=H ↑+2OH-
2 2
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：
【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-+H O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生
2
成氢气，即2H--2e-=H ↑，阴极水得电子生成氢气：2HO+2e-=H ↑+2OH-。A项，阳极反应：①HCHO+OH--
2 2 2
e-→HCOOH+ H，②HCOOH+OH-=HCOO-+H O，阴极反应2HO-2e-=H ↑+2OH-，即转移2mol电子时，
2 2 2 2
阴、阳两极各生成1molH ，共2molH ，而传统电解水：2HO 2H↑+O ↑，转移2mol电子，只有阴极
2 2 2 2 2
生成1molH ，所以相同电量下H 理论产量是传统电解水的2倍，A错误；B项，阴极水得电子生成氢气，
2 2
阴极反应为2HO+2e-=H ↑+2OH-，B正确；C项，由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷
2 2
增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移
动，C正确；D项，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ H，②HCOOH+OH-=HCOO-+H O，
2 2
由(①+②)×2得阳极反应为：2HCHO+4OH--2e-=2HCOO-+2H O+H↑，故D正确；故选A。
2 2
7．(2024·河北卷，13，3分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO 电池，以Mg(TFSI) 为
2 2
电解质，电解液中加入1，3-丙二胺( )以捕获CO，使放电时CO 还原产物为MgC O。该设计克服了
2 2 2 4
MgCO 导电性差和释放CO 能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
3 2
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO= MgC O
2 2 4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1mol CO
2
【答案】C
【解析】放电时CO 转化为MgC O，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，
2 2 4
多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：
电极 过程 电极反应式
放电 Mg-2e-=Mg2+
Mg电极
充电 Mg2++2e-= Mg
放电 Mg2++2CO+2e-=MgC O
2 2 4
多孔碳纳米管电极
MgC O-2e-= Mg2+
充电 2 4
+2CO ↑
2
A项，放电时正极反应式为Mg2++2CO+2e-=MgC O、负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，将放电时正、负电
2 2 4
极反应式相加，可得放电时电池总反应：Mg+2CO= MgC O，A正确；B项，充电时，多孔碳纳米管电极
2 2 4
上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确；C项，充电时，
Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极迁移，C错误；D项，根据放电
时的电极反应式Mg2++2CO+2e-=MgC O 可知，每转移2mol电子，有2mol CO 参与反应，因此每转移
2 2 4 2
1mol电子，理论上可转化1mol CO，D正确；故选C。
2
8．(2024· 重庆卷，9，3分)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO 电催化转化为甲
2
酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是( )
A．电解时电极N上产生OH- B．电解时电极M上发生氧化反应
C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为2CO+2H O 2HCOOH+O
2 2 2
【答案】D
【解析】催化电极 M 上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：CO+2H O+2e-=HCOO-+OH-，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子膜加入中间室，氢氧根离子和氢离子
2 2
生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸，则M是阴极，那么N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成
氧气：2HO-4e-=O↑＋4H＋，氢离子通过阳离子膜进入中间室。A项，酸性条件下，电解时电极N上水失
2 2
去电子发生氧化反应生成氧气：2HO-4e-=O↑＋4H＋，A错误；B项，催化电极M上二氧化碳得到电子发
2 2
生还原反应生成甲酸，B错误；C项，阳离子交换膜有1种离子通过，C错误；D项，总反应为二氧化碳和
水生成甲酸和氧气，D正确；故选D。
9．(2024·湖北卷，14，3分)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用HC O 和NH OH电化
2 2 4 2
学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中HO解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶
2
液中，甲醛转化为HOCH O-，存在平衡HOCH O-+OH- [OCH O]2-+H O。Cu电极上发生的电子转移
2 2 2 2
反应为[OCH O]2--e-=HCOO-+H∙。下列说法错误的是( )
2
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH N+CHCOOH双极膜中有4molH O解离
3 2 2
为
C．阳极总反应式 2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H ↑+2H O
2 2
D．阴极区存在反应HC O+2e-+2H+=OHC—COOH+H O
2 2 4 2
【答案】B
【解析】在KOH溶液中HCHO转化为HOCH O-：HCHO+OH-→HOCH O-，存在平衡HOCH O-+OH-
2 2 2
[OCH O]2-+H O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH O]2--e-=HCOO-+H∙，H∙结合成H，Cu电极
2 2 2 2
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：
HC O+2e-+2H+=OHC—COOH+H O，OHC—COOH与HO—N+H 反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—
2 2 4 2 3
COOH+HO—N+H→HOOC—CH=N—OH+H O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成
3 2
HN+CHCOOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H N+CHCOOH+H O。A项，电解过程中，阳极区消耗
3 2 3 2 2
OH-、同时生成HO，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A正确；B项，阴极区的总反应为
2
HC O+HO—N+H+6e-+6H+= H N+CHCOOH+3H O，1molH O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成
2 2 4 3 3 2 2 2
1molH N+CHCOOH双极膜中有6molH O解离，B错误；C项，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-
3 2 2+4OH-=2HCOO-+H ↑+2H O，C正确；D项，阴极区的Pb上发生反应HC O+2e-+2H+=OHC—
2 2 2 2 4
COOH+H O，D正确；故选B。
2
第一步：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。
(1)解答已知交换膜类型的电池题解题模型
(2)解答未知交换膜类型的电池题解题模型
1 ．离子交换膜类型的功能
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 ．离子交换膜类型在电化学中的作用
(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 ．离子交换膜类型的类型
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。
2
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。
5 ．离子交换膜类型的判断
(1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极。是否标注了电子流向、
电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。
(2)根据电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题中给出的已知信息，找出物质生成或消耗的电极区域，
确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。
考向 1 “ 单膜”池
1．(2024·云南省部分名校高三理科综合能力测试)镍氢电池的工作原理如图所示，放电时，电流由a极
经外电路流向 b极。下列叙述正确的是( )
A．放电时，b极发生还原反应B．充电时，a极与电流负极连接
C．放电时，a极的电极反应式为 NiO(OH)+e-+H O= Ni(OH) +OH-
2 2
D．充电时，b极的电极反应式为 MH +OH--e-=MH +H O
x x-1 2
【答案】C
【解析】A项，放电时，电流由a极向b极，说明a极为正极，b极为负极，b极发生氧化反应，故A
错误；B项，充电时，a为阳极，与电源正极连接，故B错误；C项，放电时，a极为正极，发生还原反应，
电极反应式为NiO(OH)+e-+H O= Ni(OH) +OH-，故C正确；D项，充电时，b极为阴极，电极反应式为
2 2
MH ＋HO＋e－＝MH ＋OH－，故D错误；故选C。
x－1 2 x
2．(2024·河南·高三湘豫名校联考联盟高三联考)KMnO 是一种重要的化学试剂，电解KMnO 及某种
4 2 4
稀碱性溶液可得到KMnO 、KOH，其工作原理如图所示(电极材料是铁与铂)，电解中M电极周围溶液逐渐
4
变成紫红色，下列说法错误的是( )
A．电极电势：a＞b
B．N电极电极反应式为2HO+2e-=2OH-+H ↑
2 2
C．当电路中有2mol电子转移时，会有78g离子通过X膜
D．M电极是铁、N电极是铂
【答案】D
【解析】由M电极周围溶液颜色的变化可确定有MnO-生成，过程中锰元素价态升高，由此知M是阳
4
极、N是阴极，a是正极、b是负极。A项，由M电极周围溶液颜色的变化可确定有MnO-生成，过程中锰
4
元素价态升高，由此知M是阳极、N是阴极，a是正极、b是负极。正极的电极电势高于负极，A项正确；
B项，阴极上水中+1价氢得到电子转化为H，B项正确；C项，电路中通过的电子所带电量与通过X膜的
2
离子所带电量相同，故有2molK+通过X膜，其质量为78g，C项正确；D项，若铁作阳极，则MnO2-无法
4
放电转化为MnO-，D项错误；故选D。
4
3．(2024·湖北省名校联考高三期中)传统合成氨采用氢气作为氢源，能耗高，我国科研机构采用水作
为氢源，通过如图电化学装置实现了常温下氨的合成。下列说法正确的是( )A．在阳极池中加入盐酸不影响气体产物的成分
B．隔膜为阳离子交换膜，H+通过该隔膜向左池移动
C．不考虑损耗，理论上氨气和氧气的产出比[ ]为
D．合成氨过程中，电子通过石墨电极流入电源的负极
【答案】B
【解析】结合题意和图可知，左池为电解池的阴极，发生氮气得电子产生氨气的还原反应，因此左池
应该与电源负极相连；而右池则发生水的放电反应，水失去电子生成氧气与氢离子，为阳极，与电源正极
相连。A项，阳极池加入盐酸后，Cl-优先失电子生成Cl，A项错误；B项，电解过程中阳离子向阴极移动，
2
B项正确；C项，根据得失电子守恒可知，理论上氨气和氧气的产出比为4∶3，C项错误；D项，石墨电极
为阳极，阳极上面的电子流入电源的正极，D项错误；故选B。
4．(2025·浙江省天域全国名校协作体高三联考)浓差电池指利用两极电解质溶液中浓度不同引起的电
势差放电。实验室利用浓差电池实现电解丙烯腈(CH=CHCN)合成己二腈[NC(CH )CN]，装置如图所示(实
2 2 4
验前，隔膜两侧溶液均为100mL，铜电极质量均为100g)。下列说法不正确的是( )
A．Cu(2)极为负极，其电极反应为Cu-2e-=Cu2+B．隔膜为阴离子交换膜
C．上述装置理论上可制备0.4 mol己二腈
D．生成己二腈的电极反应式为：2CH=CHCN+2H++2e-=NC(CH)CN
2 2 4
【答案】C
【解析】浓差电池中，Cu(2)失去电子，故电极为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，Cu(1)电极为正极，
电极上发生得电子的还原反应，电极反应为Cu2++2e-=Cu，则电解槽中C(1)极为阴极、C(2)极为阳极，阳极
上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应为：2HO-4e-=O ↑+4H+，阴极上丙烯腈合成己二腈得电子，电极
2 2
反应为2CH=CHCN+2H++2e-=NC(CH)CN。A项，由分析可知，Cu(2)失去电子，故电极为负极，电极反
2 2 4
应式为Cu-2e-=Cu2+，A正确；B项，此电池为浓差电池，主要因为铜离子浓度不同形成的电势差，所以隔
膜是阴离子交换膜，B正确；C项，当两电极中铜离子浓度相同时放电完毕，此时溶液中
，所以转移电子的物质的量是(3-1)mol/L×0.1L×2=0.4mol，由反应
2CH=CHCN+2H++2e-=NC(CH)CN可知，可制备0.2mol己二腈，C错误；D项，阴极上丙烯腈合成己二
2 2 4
腈得电子，电极反应为2CH=CHCN+2H++2e-=NC(CH)CN，D正确；故选C。
2 2 4
5．(2024·河北高三模拟预测)我国在光电催化一化学耦合烟气脱硫并进行能量转化的研究中取得重大
突破，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．负极的电极反应为SO +2H O-2e-=4H++SO2-
2 2 4
B．右室中HSO 溶液的浓度基本保持不变
2 4
C．每吸收1 mol SO ，理论上装置的总质量增加64 g
2
D．电子由光催化电极通过导线流向多孔电极
【答案】B
【解析】由题干装置图示信息可知，多孔电极上发生Fe2+-e-=Fe3+，发生氧化反应，故该电极为负极，
然后再发生2Fe3++SO+2H O=2Fe2++4H++SO2-，光催化电极上发生2H++2e-=H ↑，发生还原反应，则该电极
2 2 4 2
为正极，负极室产生的H+经质子交换膜移向正极室。A项，负极的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+，而不是
SO +2H O-2e-=4H++SO2-，A错误；B项，右室中即光催化电极上发生2H++2e-=H ↑，根据电荷守恒可知，
2 2 4 2
每消耗2molH+则有2molH+从左室经质子交换膜进入右室，故右室中HSO 溶液的浓度基本保持不变，B正
2 4确；C项，根据电荷守恒可知，每吸收1 mol SO ，将产生2gH，即理论上装置的总质量增加64-2=62 g，C
2 2
错误；D项，多孔电极为负极，光催化电极为正，故电子由负极即多孔电极通过导线流向正极即光催化电
极，D错误；故选B。
6．工业电解丙烯腈(CH=CHCN)制己二腈[NC(CH )CN]的原理如图所示。相关说法正确的是( )
2 2 4
A．乙室电极反应：2HO-4e-=O ↑+4H+
2 2
B．该生产过程离子交换膜为阴离子交换膜
C．甲室碳棒为阳极，工作温度较高电极会有损失
D．生产中若收集 气体，转移电子
【答案】A
【解析】根据题意，该装置为电解池装置，依据装置图，乙室中有氧气产生，该电极反应式为2HO-4e-
2
=O ↑+4H+，根据电解原理，该电极为阳极，碳棒为阴极。A项，乙室中有氧气产生，根据电解原理，应是
2
OH-在该电极放电，即电极反应式为2HO-4e-=O ↑+4H+，故A正确；B项，丙烯腈转化成己二腈，其电极
2 2
反应式为2CH=CHCN+2H++2e-= NC(CH )CN，根据电极原理，H+由乙室向甲室移动，因此离子交换膜为
2 2 4
质子交换膜，故B错误；C项，根据上述分析，碳棒为阴极，故C错误；D项，题中没有指明是否是标准
状况，不能直接运用22.4L/mol进行计算，故D错误；故选A。
7．铜基配合物电催化还原CO 的装置原理如图所示，下列说法不正确的是( )
2A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO+2e-+2H+=HCOOH
2
B．Pt电极附近溶液的pH值减小
C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g
D．该装置可减少CO 在大气中累积和实现可再生能源有效利用
2
【答案】A
【解析】A项，石墨烯为阴极，A错误；B项，Pt电极上HO失电子转化为O，电极反应为2HO-4e-
2 2 2
=4H++O ↑，所以电极附近溶液的pH减小，B正确；C项，每转移2mol电子，由阴极电极反应式可知生成
2
1molHCOOH，所以阴极室溶液| |=46g/mol×1mol=46g；根据阳极室反应可知每转移2mol电子时阳极消
m阴
耗1mol水，生成0.5mol氧气，同时有2molH+转移至阴极室，所以| |=18g/mol×1mol=18g，所以| ||
m阳 m阴
|=46g-18g=28g，C正确；D项，该装置可减少CO 在大气中累计和实现可再生能源有效利用，D正确；
m阳 2
故选A。
8．工业上用石墨和铅作电极，用双极膜电解葡萄糖溶液制备甘露醇和葡萄糖酸盐。已知在直流电场
作用下，双极膜将水解离为H+和OH-并实现其定向通过，电解过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．b极材料为石墨，接电源正极
B．通电后双极膜中产生的OH-向b极定向移动
C．生成葡萄糖酸盐的反应为： +BrO -+OH-=HOCH (CHOH) COO-+Br-+H O
3 2 4 2D．理论上若生成1mol甘露醇，则可生成1mol葡萄糖酸盐
【答案】C
【解析】图示原理为电解葡萄糖溶液制备甘露醇和葡萄糖酸盐。根据b电极反应可知溴离子失去电子
变成溴酸根，故b为阳极，电极反应为Br-+3H O+6e-=BrO -+6H+，在阳极区溴酸根和葡萄糖反应生成葡萄糖
2 3
酸盐和溴离子，离子反应为：3 + BrO -+3OH-=3HOCH (CHOH) COO-+Br-+3H O，1mol溴酸
3 2 4 2
根生成溴离子转移电子数为6mol，故1mol葡萄糖生成葡萄糖酸盐转移电子数为2mol，双极膜中产生的氢
氧根向b电极移动。A项，b极为阳极，电极材料不参与反应，故材料为石墨，接电源正极，A正确；B项，
通电后双极膜中产生的OH-向b极(阳极)定向移动，B正确；C项，生成生成葡萄糖酸盐的反应为：3
+BrO -+3OH-=3HOCH (CHOH) COO-+Br-+3H O，C错误；D项，阴极区发生的反应为葡萄
3 2 4 2
糖转变为甘露醇，理论上若生成1mol甘露醇，需消耗1mol葡萄糖，转移2mol电子，在阳极区可生成
1mol葡萄糖酸盐，D正确；故选C。
9．锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，是多种便携式电子设备和交通工具的
常用电池。一种锂离子电池的结构及工作原理如图所示，电解质溶液为LiPF (六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液
6
(无水)。下列说法错误的是( )
A．放电时电极a为电池的正极，充电时电极b作阳极
B．放电时负极反应式为：LiC -xe-=xLi++C
x y yC．电池放电时总反应为：LiC + Li CoO=LiCoO+C
x y 1-x 2 2 y
D．放电充电时，锂离子往返于电池的正极负极之间，完成化学能与电能的相互转化
【答案】A
【解析】根据图中信息可知，放电时阳离子Li+向电极a移动，则电极a为正极，则电极b为负极，当充
电时，电极b为阴极，电解时Li+向阴极移动。A项，根据图中信息可知，放电时阳离子Li+向电极a移动，
则电极a为正极，则电极b为负极，当充电时，电极b为阴极，A错误；B项，放电时电极b为负极，负极
上LiC 失电子产生Li+和C ，电极反应式为LiC -xe-=xLi++C ，B正确；C项，电池放电时正极反应式为
x y y x y y
Li CoO+xe-+xLi+=LiCoO，结合选项B可知，总反应为：LiC + Li CoO=LiCoO+C ，C正确；D项，根
1-x 2 2 x y 1-x 2 2 y
据图中信息可知，放电充电时，锂离子往返于电池的正极负极之间，完成化学能与电能的相互转化，D正
确；故选A。
考向 2 “ 双膜”池
10．(2025· 浙江省杭州市浙南联盟高三10月联考)某钠离子二次电池如图所示，该电池主要依靠钠离
子在两极之间移动来工作。下列说法正确的是( )
A．充电时，a电极发生还原反应
B．A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜
C．放电时，b电极的电极反应式：
D．若放电前两极室质量相等，放电过程中转移1mol电子，则两极室质量差为23g
【答案】C
【解析】该电池主要依靠钠离子在两极之间移动来工作，由电流方向可知，放电时，b极为负极，
失去电子发生氧化反应生成 ：，此时钠离子通过阳离子膜B向左侧运动；a极为正
极， 得到电子发生还原反应生成 ： +2e-= ，和通过阳离子膜A迁移过来的钠离
子结合生成 ；充电时a与外接电源正极相连为阳极、b与外接电源负极相连为阴极。A项，充电时，
a电极为阳极，发生氧化反应，A错误； B项，A、B均为阳离子交换膜，B错误；C项，放电时，b电极
为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式： ，C
正确； D项，若放电前两极室质量相等，根据电子转移关系可知钠离子迁移情况为e-~Na+，则放电过
程中转移1mol电子时，有1mol钠离子由b极区迁移至a极区，b极区减少1mol钠离子、a极增加1mol钠
离子，则两极质量差为23g/mol×1mol×2=46g，D错误；故选C。
12．(2024·黑龙江省龙东五地市高三联考)一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物-空气液流二次电池
工作时，原理如图所示，下列说法错误的是( )A．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
B．连接负载时，X极的电极反应式为2S2--2e-=S 2-
2 4
C．连接电源时，Ⅰ室的 数目增加
D．连接电源时，电路中每通过 电子，生成 的质量为20g
【答案】D
【解析】由图可知，连接负载时，该装置为原电池，X极为负极，S2-在负极失去电子发生氧化反应生
2
成S2-，溶液中钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，Y极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢
4
氧根离子，溶液中氢氧根离子通过阴离子交换膜进入Ⅱ室；连接电源时，该装置为电解池，与直流电源负
极相连的X极为阴极、Y极为阳极。A项，由分析可知，膜a为允许钠离子通过的阳离子交换膜，膜b为
允许氢氧根离子通过的阴离子交换膜，故A正确；B项，连接负载时，该装置为原电池，X极为负极，S2-
2
在负极失去电子发生氧化反应生成S2-，电极反应式为2S2--2e-=S 2-，故B正确；C项，连接负载时，Ⅰ室
4 2 4
溶液中钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，则连接电源时，该装置为电解池，Ⅱ室溶液中钠离子通过阳离
子交换膜进入Ⅰ室，溶液中钠离子数目增加，故C正确；D项，连接负载时，Ⅰ室溶液中钠离子通过阳离
子交换膜进入Ⅱ室，正极区溶液中氢氧根离子通过阴离子交换膜进入Ⅱ室，则连接电源时，该装置为电解
池，Ⅱ室溶液中钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅰ室，溶液中氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，Ⅱ
室没有氢氧化钠生成，而是消耗氢氧化钠，故D错误；故选D。
13．一种水性电解液Zn-MnO 离子选择双隔膜电池如下图所示。(已知在KOH溶液中，Zn2+以
2
Zn(OH )2-存在)。下列叙述不正确的是( )
4A．放电时Zn作负极
B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
C．放电时MnO 电极上发生的反应：MnO +4H++2e- =Mn2++2H O
2 2 2
D．电路中每通过1 mol电子，Zn电极的质量减小32.5g
【答案】B
【解析】根据题意可知，此装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-+4OH-=
Zn(OH )2-，负极区K+剩余，通过隔膜迁移到II区；MnO 电极为正极，发生还原反应：MnO +2e-
4 2 2
+4H+=Mn2++2H O，正极区SO 2-过量，通过隔膜迁移到II区，故II区中KSO 溶液的浓度增大。A项，Zn
2 4 2 4
为负极，发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-+4OH-= Zn(OH ) 2-，故A正确；B项，I区的SO 2-通过隔膜向Ⅱ
4 4
区迁移，a为阴离子交换膜，K+从III区通过隔膜迁移到II区，b为阳离子交换膜，故B错误；C项，MnO
2
电极做正极，电极反应为：MnO +4H++2e-═Mn2++2H O，故C正确；D项，Zn电极反应式为Zn-2e-+4OH-=
2 2
Zn(OH )2-，所以电路中通过1 mol电子，负极锌溶解的质量为0.5×65=32.5g，故D正确；故选B。
4
14．高铁酸钠(Na FeO)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取NaFeO 的原理如图所示。下列叙
2 4 2 4
述错误的是( )
A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO 2-＋4HO
4 2
B．离子交换膜b为阴离子交换膜
C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成
D．每生成0.1 mol Na FeO，II室中溶液减少的质量为32.0 g
2 4
【答案】D【解析】该装置以Fe、Ni为电极制取NaFeO，为电解池装置，Fe电极为阳极，Ni电极为阴极，阳极
2 4
电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO 2-＋4HO，OH-移动向Ⅱ室，阴极电极反应式为2HO+2e-=H ↑＋2OH-，
4 2 2 2
Na+应移动向I室。A项，Fe电极为阳极，Fe失电子生成FeO2-，电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO 2-＋
4 4
4HO，故A正确；B项，Fe电极为阳极，Ni电极为阴极，II室中的Na+移动向I室，OH-移动向Ⅱ室，故
2
离子交换膜a、b分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜，故B正确；C项，通入I室的水中加入少量
NaOH，可以增强溶液的导电性，可以加快高铁酸钠的生成，故C正确；D项，每生成0.1 mol Na FeO，
2 4
外电路中通过0.6mol电子，则II室溶液中减少的NaOH的物质的量为0.6mol，质量为24.0g，故D错误；
故选D。
考向 3 “ 多膜”池
15．(2025·浙江省名校协作体三开学测试)某研究团队通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H NCH COOH)
2 2
和高浓度烧碱，其装置如图所示。其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层水
发生解离产生H+和OH-。下列说法正确的是( )
A．膜a为阴离子交换膜
B．制得7.5g甘氨酸，盐室1增重2.2g
C．碱室2反应式：2HO-4e-=O ↑+4H+
2 2
D．一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大
【答案】B
【解析】由题干装置图可知，要通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H NCH COOH)和高浓度烧碱，则盐
2 2
室2中产生甘氨酸，即双极膜c中的H+向左移动，则电极A为阴极，电极反应为：2HCO -+2e-
3
=H ↑+2CO 2-，电极B为阳极，电极反应为：4OH--4e-=O ↑+2H O，盐室2中Na+经过膜a极阳离子交换膜进
2 3 2 2
入盐室1，碱室2中Na+经膜b进入碱室1。A项，膜a为阳离子交换膜，A错误；B项，由HNCH COO-
2 2
+H+=H NCH COOH可知，制得7.5g甘氨酸即 =0.1mol，则电路上通过0.1mole-，即由0.1molNa+由
2 2
盐室2进入盐室1，同时盐室1中产生0.05molH，即盐室1增重0.1mol×23g/mol-0.05mol×2g/mol=2.2g，B
2正确；C项，碱室2反应式：4OH--4e-=O ↑+2H O，C错误；D项，一段时间后，碱室1浓度变大，碱室2
2 2
浓度变小，D错误；故选B。
16．一种电解法制备Ca(HPO ) 并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是( )
2 4 2
A．与a、b相连的分别是电源的负极、正极
B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2HO+2e-=H ↑+2OH-
2 2
C．A膜、C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
D．产品室中的Ca2+和原料室的 物质的量浓度同等程度增大
【答案】B
【解析】由图可知，产品Ca(HPO ) 在产品室生成，左侧石墨作阳极，氯离子放电，电极反应式为
2 4 2
2Cl--2e-=Cl↑，阳极室的Ca2+透过A膜进入产品室，A膜为阳离子交换膜，HPO -透过B膜进入产品室与
2 2 4
Ca2+结合生成Ca(HPO )，B膜为阴离子交换膜，右侧石墨极为阴极，水放电，电极反应式为2HO+2e-
2 4 2 2
=H ↑+2OH-，Na +透过C膜进入阴极室，C膜为阳离子交换膜。A项，左侧电极为阳极，应连接电源正极，
2
即a、b相连的分别是电源的正极、负极，故A错误；B项，右侧石墨极为阴极，水放电，电极反应式为
2HO+2e-=H ↑+2OH-，故B正确；C项，A膜、C膜为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，故C错误；D
2 2
项，阳极室的Ca2+透过A膜进入产品室，产品室中的Ca2+离子浓度增大，Na+透过C膜进入阴极室，原料
室的Na+浓度减小，故D错误；故选B。
17．目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源医乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理
通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl、H、NaOH。下列
2 2
说法正确的是( )A．a是直流电源的负极
B．阳极区溶液浓度几乎不变
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．出口I、II分别接收NaCl浓溶液、淡水
【答案】B
【解析】由图可知，N极生成氢气，说明为氢离子放电发生还原反应，为电解池阴极，则M为阳极。A
项，a连接阳极，是直流电源的正极，A错误；B项，阳极区反应为2Cl－-2e－=Cl↑，I中氯离子通过阴离子
2
膜pq进入阳极区，溶液浓度几乎不变，B正确；C项，I中氯离子通过阴离子膜pq进入阳极区，钠离子通
过阳极膜st进入阴极区，C错误；D项，I中氯离子向左侧运动，钠离子向右侧运动，氯化钠溶液浓度减小，
使I口对应区域形成淡水，II口对应区域形成NaCl浓溶液，D错误；故选B。
18．双极膜电解法制巯基乙酸(HSCH COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换
2
膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。下列说法正确的是( )
A．膜a和膜b均为阳离子交换膜
B．双极膜解离出的H+在双极膜的右侧
C．碱室1和碱室2的NaOH溶液可以循环使用，电解过程不产生其他副产物
D．若将盐室的原料换成NaSO 溶液，当外电路通过2mole-时，可生成2molH SO
2 4 2 4【答案】A
【解析】根据装置图，该装置为电解池装置，根据电解原理，左边电极为阴极，电极反应式为
2HO+2e-=H ↑+2OH-，HSCH COONa中Na+向阴极移动，膜a为阳离子交换膜，右边电极为阳极，电极反
2 2 2
应式为4OH--4e-=O ↑+2H O，碱室2中Na+向左移，膜b为阳离子交换膜。A项，根据上述分析，膜a、b均
2 2
为阳离子交换膜，故A说法正确；B项，根据上述分析，双极膜解离出的H+在双极膜的左侧，故B说法错
误；C项，根据上述分析，碱室1和碱室2的NaOH溶液循环使用，副产品还有氢气和氧气，故C说法错
误；D项，外电路有2mol电子通过，盐室中有2molNa+移向碱室1，双极膜中有2molH+移向盐室，即得到
1molH SO ，故D说法错误；故选A。
2 4
19．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO 基催化
2
剂光催化还原CO 转化为甲醇(CHOH)，并利用利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所
2 3
示。下列说法不正确的是( )
A．电极c的电势高于电极d的电势
B．N表示阴离子交换膜
C．甲室流出的为盐酸溶液
D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
【答案】C
【解析】据图分析，电极c由CO 转化为CHOH，碳元素化合价降低，为原电池的正极，电极 d是
2 3
HO中杨转化为O ，氧元素化合价升高，为电池的负极。A项，如图分析，电极c由CO 转化为CHOH，
2 2 2 3
碳元素化合价降低，为原电池的正极，电极d是HO中杨转化为O ，氧元素化合价升高，为电池的负极，
2 2
正极电极比负极高，A正确；B项，由图可知，左边石墨为阴极，右边石墨为阳极，电流方向由右向左，
阳离子方向由右向左，阴离子方由左向右。氯离子由乙室向丙室迁移，N为阴离子交换膜，B正确； C项，
钠离子由乙室向甲室迁移，OH-由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，C错误；D项，相比现
有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D正确；故选C。
20．一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，下列叙述正
确的是( )A．电池工作时，H+的迁移方向：左→右
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小
C．“好氧阴极”存在反应：NH +-6e-+ 8OH-=NO-+ 6H O
4 2 2
D．“厌氧阳极”区质量减少28.8g时，该电极输出电子2.4mol
【答案】D
【解析】如图所示，“厌氧阳极”上，C H O 失去电子生成CO 和H+，电极反应式为
6 12 6 2
C H O+6H O-24e-=6CO ↑+24H+；“缺氧阴极”上，NO -得到电子生成NO ，NO 再转化为N，电极反应
6 12 6 2 2 3 2 2 2
式分别为：NO -+e-+2H+=NO↑+H O，2NO +8e-+8H+=N ↑+4H O；“好氧阴极”上，O 得到电子生成HO，
3 2 2 2 2 2 2 2
电极反应式为O+4H++4e-=2H O，同时O 还能氧化NH +生成NO -，NO -还可以被O 氧化为NO -，反应方
2 2 2 4 2 2 2 3
程式分别为2 NH++3O =2 NO -+2H O+4H+，2 NO-+O =2 NO -。A项，电池工作时，“厌氧阳极”失去的
4 2 2 2 2 2 3
电子沿外电路流向“缺氧阴极”和“好氧阴极”，则“厌氧阳极”产生的H+通过质子交换膜向“缺氧阴
极”和“好氧阴极”迁移，故H+的迁移方向既有左(“厌氧阳极”)→右(“好氧阴极”)，又有右(“厌氧阳
极”)→左(“缺氧阴极”)，A错误；B项，电池工作时，“缺氧阴极”上消耗H+，其附近的溶液pH增大，
B错误；C项，“好氧阴极”上的反应有O+4H++4e-=2H O，2 NH++3O =2 NO -+2H O+4H+，2 NO-+O =2
2 2 4 2 2 2 2 2
NO -，C错误；D项，“厌氧阳极”的电极反应式为C H O+6H O-24e-=6CO ↑+24H+，每1mol C H O 反
3 6 12 6 2 2 6 12 6
应，消耗6mol HO，转移24mol电子，“厌氧阳极”区质量减少288g，故“厌氧阳极”区质量减少28.8g
2
时，该电极输出电子2.4mol，D正确；故选D。
21．使用交替排列的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜的电渗析过程如图所示。电渗析分离离
子的原理是单价阳离子(例如：Li+、Na+、K+)通过单价选择性阳离子交换膜迁移到浓缩室，而二价阳离子
(例如：Ca2+、Mg2+)被阻挡，留在脱盐室，达到富集锂的目的。下列说法错误的是( )A．电极W连接电源正极，电极N连接电源负极
B．X口流出的是富Li+盐水，Y口流出的是贫Li+盐水
C．选择性离子交换膜是电渗析技术应用于盐湖卤水提锂的关键
D．该电渗析过程总的电解方程式为2HO 2H↑+O ↑
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【答案】B
【解析】A项，由图可知，Cl-向W电极方向移动，Li+向N电极方向移动，则W极是和电源正极相连
的阳极，N极是和电源负极相连的阴极，故A正确；B项，X口流出盐水所对应的两个交换膜之间，所含
的Li+通过单价选择性阳离子交换膜移向右边隔壁的两个膜之间，则X口流出的是贫Li+盐水，而Y口流出
盐水所对应的两个交换膜之间，则多了左边两个膜之间渗透移动过来的Li+，则Y口流出的是富Li+盐水，
故B错误；C项，通过对图分析，从盐湖卤水提锂，可利用图中的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换
膜通过电渗析法使盐湖卤水中所含的锂离子富集起来，然后再提取锂，故C正确；D项，从W电极和N
电极的产物结合电解池电极离子的放电顺序可知，W电极是OH-放电，N电极是H+放电，而OH-和H+均来
自水分子的电离，则整个电渗析过程中，被电解的是水，故D正确；故选B。
22．如图所示电解装置中，通电后Ⅱ室溶液底部 逐渐溶解，下列判断正确的是( )
A．a是电源的正极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加酚酞溶液，出现红色C．随着电解的进行，Ⅰ室溶液的pH变大
D．当0.01mol Fe O 全溶解时，至少产生气体672mL(标准状况下测得)
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【答案】C
【解析】通电后石墨电极Ⅱ室底部Fe O 逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ附近水电离的氢氧根离子放电产
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生氢离子，为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极。A项，由分析可知，a是电源的负极，
故A错误；B项，石墨电极Ⅱ为阳极，电极反应式为2HO-4e-=O ↑+4H+，4H+向室Ⅱ移动需要一定时间，
2 2
所以石墨电极Ⅱ附近显酸性，滴加酚酞溶液，不变色，故B错误；C项，CuCl 溶液因水解显酸性，随着
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电解的进行，Ⅰ室铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl 溶液浓度变小，酸性减弱，pH增大，故C
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正确；D项，Fe O 溶解的反应为Fe O+6H+=2Fe3++3H O，当0.01mol Fe O 完全溶解时，消耗氢离子为
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0.06mol，根据阳极电极反应式2HO - 4e−=O ↑+ 4H+，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合成标准状
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况下)，故D错误；故选C。
23．(2024·北京三模)利用双极膜电解NaSO 制备NaOH，捕集烟气中CO，制备NaHCO 。电解原理
2 4 2 3
如图所示：
已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的HO解离，提供H+和OH-。
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下列说法正确的是
A．阴极反应式：2HO+2e-=H↑＋2OH-
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B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ阳离子交换膜
C．电路中转移 电子时共产生2molNaOH
D．该装置总反应的方程式为4HO 2H↑+O ↑＋4H＋+2OH-
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【答案】A
【解析】由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为2HO+2e-=H↑＋2OH-，与电源正极相连的
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阳极的电极反应式为2HO-4e-=O↑＋4H＋，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫
2 2
酸根通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根享有移动，钠离
子通过氧离子交换膜向左移动，硫酸根通过阴离子交换膜向右移动。A项，阴极反应式：2HO+2e-=H↑
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＋2OH-，A正确；B项，Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；C项，电解过程中有两处生成2molNaOH，由电子守恒，电路中转移2mol电子时共产生4molNaOH，C错误；D项，由阴极和阳极电解
反应式得，该装置总反应的方程式为2HO 2H↑+O ↑，D错误；故选A。
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24．(2025·广东省高三大联考)废水中镍和钴的分离回收有着重要意义，工业上可通过如图所示的装置
将废水中的Co2+和Ni2+分离。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法不正确的是( )
A．电源 极为正极，膜 为阳离子交换膜
B．电解过程中 室内硫酸的物质的量不因反应而改变
C． 室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH COCH COCH +2OH-= Ni(CHCOCHCOCH )+2H O
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D．通电过程中石墨 极每产生 (标准状况)气体，双极膜处有2molHO解离
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【答案】D
【解析】氢离子移向Ⅳ室，根据溶液中离子移动方向，左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，II室
为原料室，膜b为阳离子交换膜，Co2+、Ni2+进入III室，Co2+和乙酰丙酮不反应，Ni2+和乙酰丙酮反应。A
项，M为阳极，右侧石墨N为阴极，则电源m极为正极，Co2+、Ni2+进入III室，膜b为阳离子交换膜，故
A正确；B项，石墨N为阴极，电极反应式为2H＋＋2e-=H ↑，IV室内消耗的H+与转移过来的H+数量相等，
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所以硫酸的物质的量不因反应而改变，故B正确；C项，由题中信息可知，III室中Ni2+参与的反应为Ni2+
+2CH COCH COCH +2OH-= Ni(CHCOCHCOCH )+2H O，故C正确；D项，通电过程中石墨N极每产生
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11.2L(标准状况)气体，即0.5 molH，则有1mol氢离子移向阴极，理论上双极膜处有1 molHO解离，故
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D错误；故选D。
