2026届高三化学二轮复习  电池中的膜法 课件

该高中化学高考复习课件聚焦“电池中的‘膜’法”专题，依据高考评价体系梳理了离子交换膜的判断与应用两大核心考查维度，通过2023-2025年全国卷及地方卷真题统计，明确阳离子交换膜、质子交换膜等高频考点分布，归纳出电解池装置分析、电极反应式书写等常考题型，体现高考备考的针对性。 课件亮点在于“考点统计+知识重构+真题精析”的备考策略，如以两室电解饱和食盐水、三室电解硫酸钠溶液为例，运用科学思维构建离子迁移模型，培养学生证据推理能力。特设“膜类型判断三步法”和“电极反应书写模板”，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此精准把握学情，提升复习效率。

电池中的“膜”法 contents 目录 01 考向分析 01 02 03 知识重构 重温经典 04 模型建构 考向分析 PART 01 01 考点统计 卷别 试题情境 膜的类别 考点类别 离子交换膜的判断 离子交换膜的应用 2025江西 工业污水去重金属离子 阴离子交换膜 √ 2025山东T12 全铁液流电池 阴离子交换膜 √ √ 陕晋青宁T13 由百里酚电解成百里醌 质子交换膜 √ 2025安徽卷 锂-氢可充电电池 允许Li+通过的隔膜 √ 2025浙江卷 Li-O2电池 Li+通过固态电解质膜的优先性 √ 考点统计 卷别 试题情境 膜的类别 考点类别 离子交换膜的判断 离子交换膜的应用 2024江苏T8 碱性锌锰电池 隔膜 √ 2024河北T13 改性Mg-CO2二次电池 隔膜 √ 2024福建T9 新型锂电池 交换膜 √ √ 2024广西T9 新型钠离子二次电池 允许Na+通过的隔膜 √ 2024广东T16 电解湿法冶炼铁 阳离子交换膜 √ 2024黑吉辽T12 电解法耦合高效制H2 阴离子交换膜 √ 考点统计 卷别 试题情境 膜的类别 考点分布 离子交换膜的判断 离子交换膜的应用 2024江西T11 多功能甲醛-硝酸盐电池 质子交换膜 √ 2024海南T13 电解法制备H2O2 质子交换膜 √ 2024北京T16 电解法制备HNO3 质子交换膜 √ 2024浙江T19 电解法由CO2制备HCOOH 质子交换膜 √ 2024湖北T14 电解法催化合成甘氨酸 双极膜 √ 2024重庆T9 电解法由CO2制备HCOOH 阴/阳离子交换膜 √ 考点统计 膜的类别 卷别 阳离子交换膜 2023河北T13 阴离子交换膜 2023山东T11 质子交换膜 2023全国甲T12、2023辽宁T11、2023重庆T20 双极膜 2023广东T16 离子交换膜 2023湖北T10、2023北京T5、2023浙江6月T13 知识重构 PART 02 02 1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，离子交换膜是具有离子交换性能的，对溶液中的离子具有选择性透过能力的高分子特殊材料薄膜。1950年W∙朱达首先合成了离子交换膜。1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上。 离子交换膜在应用时，主要利用它的离子选择透过性，由于制膜的主要原料是离子交换树脂，故又称为离子交换(树脂)膜。 离子交换膜具有非常广泛的应用，它是分离装置、提纯装置以及电化学组件中的重要组成部分，在氯碱工业、水处理工业、重金属回收、湿法冶金以及电化学工业等领域都起到举足轻重的作用。 2．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，不允许阴离子或分子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子或分子通过。 (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)双极性膜，膜的一侧为阳膜，只允许阳离子通过，另一侧为阴膜，只允许阴离子通过。 阴离子交换膜 阳离子交换膜 双极膜 质子 交换膜 阳离子 阴离子 单膜双室 双膜三室 多膜多室 阴离子交换膜、阳离子交换膜 质子交换膜 双极膜 两室法电解饱和食盐水 三室法电解硫酸钠溶液 多室协同电解净化海水 离子选择性定向移动、维持电荷守恒 电极反应式书写 电极属性判定 电解质成分变化 膜的类别 装置类别 考点延伸 离子交换膜作用 1 能将两级区隔离，阻止两级区产生的物质接触，防止发生化学反应 2 能选择行地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 3借助离子交换膜进行物质分离、除杂等 两室法电解饱和食盐水 阳极 阴极 阴极：放氢生碱 2H2O +2e- = H2↑ +2OH- 阳极：2Cl--2e- = Cl2↑ Cl2 H2 精制饱和NaCl溶液 NaCl稀溶液 NaOH稀溶液 较浓NaOH溶液 总反应：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 为什么用阳离子交换膜？ 避免NaOH与反应 两侧均有Na+离子 电解硫酸钠溶液产生硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2。 O2 H2 阳极 阴极 阳极：放氧生酸 2H2O-4e- = O2↑ +4H+ 阴极：放氢生碱 2H2O +2e- = H2↑ +2OH- Na+ SO42- H2SO4 NaOH 阴离子交换膜 阳离子交换膜 总反应：2Na2SO4 + 6H2O 2H2SO4 + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑ 正极 负极 两膜三室电解硫酸钠溶液 阳极 阴极 三膜四室电解制备Ca(H2PO4)2 阴极：放氢生碱 2H2O +2e- = H2↑ +2OH- 阳极：2Cl--2e- = Cl2↑ Ca2+ Na+ NaOH溶液浓度增大 原料室溶液浓度减小 CaCl2溶液浓度减小 阳离子交换膜 阴离子交换膜 阳离子交换膜 H2PO4- 总反应：CaCl2+2NaH2PO4+2H2O Ca(H2PO4)2+2NaOH +H2↑ + Cl2↑ 膜两侧相同离子与膜的类别是否有关系？ 双极膜电解制备乙醛酸 双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。 2Br--2e- = Br2↑ 失电子为阳极 阴极 正极 负极 H＋ OH－ 阳极 所得Br2继续氧化乙二醛为乙醛酸 OHCCHO+Br2+ 2OH- =HOOCCHO+H2O+2Br- 乙二酸得电子转化为乙醛酸 HOOCCOOH+ 2e- + 2H+ =HOOCCHO+H2O 总反应： HOOCCOOH + OHCCHO 2HOOCCHO 四膜五室电解氯化钠溶液制备HCl和NaOH 阳极 阴极 H＋ OH－ OH－ H＋ Na＋ Cl－ 阴极：放氢不生碱 2H+ +2e- = H2↑ 阳极：放氧不生酸 4OH- -4e- = O2↑ +2H2O NaCl溶液浓度减小a>b 甲室产物NaOH 乙室产物HCl 总反应：4NaCl + 6H2O 4HCl + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑ 阳离子交换膜 阴离子交换膜 四膜五室NaBr溶液的电渗析装置 正极 负极 阳极：OH－-4e- = O2↑ +2H2O 阴极：2H+ +2e- = H2↑ H＋ H＋ OH－ OH－ Na＋ Br－ NaOH溶液 HBr溶液 NaBr溶液浓度降低 Na2SO4溶液浓度不变 Na2SO4溶液浓度不变 总反应：4NaBr + 6H2O 4HBr + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑ Li1－xCoO2 +xe－＋xLi＋===LiCoO2 LixC6 - xe－===xLi＋＋6C 锂电池中的膜 正极 负极 Li＋ 允许Li＋自由通过 放电时，石墨层间的Li失去电子变为Li＋ ，电子经导线流向正极， Li＋通过隔膜向正极移动，进入正极材料的空隙，同时变价金属得电子化合价降低，与Li＋形成化合物。 总反应： LixC6 + Li1－xCoO2 ====LiCoO2 + 6C 重温经典 PART 03 03 例题1．(2025·河南洛阳模拟)我国科研工作者在氧阴极电解技术方面获重大突破，该技术创新之处在于向阴极区提供纯氧，参与电极反应，降低了放电电位和电解电压。氧阴极电解饱和食盐水电解槽装置如图，下列说法错误的是(　　) A．氧阴极技术可以减少电耗，节约 能源 B．装置工作时，阴极区溶液pH逐渐 增大 C．电解总反应方程式为4NaCl＋2H2O ＋O22Cl2↑＋4NaOH D．将阳极进料口的饱和NaCl溶液改为浓盐酸，电解总反应不变 D 阳极2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：D　由题意可知，氧阴极技术的创新之处在于向阴极区提供纯氧，参与电极反应，降低了放电电位和电解电压，可以减少电耗，节约能源，故A正确；由图可知，与直流电源正极相连的左侧电极为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，钠离子通过阳离子交换膜进入阴极区；右侧电极为阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，放电生成的氢氧根离子使阴极区溶液的碱性增强，溶液pH增大，故B正确； 电解总反应方程式为4NaCl＋2H2O＋O22Cl2↑＋4NaOH，故C正确；将阳极进料口的饱和氯化钠溶液改为浓盐酸，氢离子通过阳离子交换膜进入阴极区与氢氧根离子反应生成水，电解总反应方程式变为4HCl＋O22Cl2↑＋2H2O，故D错误。 练习1．(2025·黑龙江四地五校高三联考)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂，KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图，下列说法正确的是(　　) A．溶液中K＋的迁移方向是从右池到左池 B．装置中每转移2 mol e－，产生气体体 积为22.4 L C．电解过程中，阴极区溶液的pH增大 D．电解时，阳极的电极反应式为I2－10e－ ＋＋12H＋ C 阳极I2－10e－＋＋6H2O 阴极10H2O＋10e－===5H2↑＋10OH－ 解析：C　由题图可知，阳极的电极反应为I2－10e－＋＋6H2O，阴极的电极反应为10H2O＋10e－===5H2↑＋10OH－，惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极。A．由分析可知，阳极消耗OH－，故左池中K＋通过阳离子交换膜向右池移动，A错误；B.未指明气体所处的状况，无法进行计算，B错误；C.由分析可知，阴极生成OH－，故pH增大，C正确；D.该装置为碱性条件， 不能生成H＋，D错误。 练习2．(2025·陕西安康模拟预测)一种处理含KNO3废水并资源化利用氨的三室电催化装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．b室和c室之间应选择阳离子交换膜 B．阴极发生的反应有＋H2O C．H2SO4溶液与NH3在a室中反应生成铵盐，实现资源化利用氨 D．b室消耗1 mol ，c室产生 11.2 L气体(标准状况) D 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ＋H2O、＋6e－＋7H＋===NH3↑＋2H2O 解析：D　由装置图可知在b室最终转化为NH3，H2SO4溶液与NH3在a室中反应生成铵盐，c室生成氧气不能进入c室，则b室和c室之间应选择阳离子交换膜，故A正确；Pt电极为阳极，c室中发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋通过离子交换膜进入b室，在TiO2-Cu电极上被还原为再被还原为NH3，先后发生反应：＋H2O、＋6e－＋7H＋===NH3↑＋2H2O，故B正确； 1 a室与b室之间为气体扩散膜，则NH3进入a室与H2SO4溶液反应生成铵盐，故C正确；由以上分析可知，b室消耗的可能转化为又转化为NH3，转化程度不确定，转移的电子数不确定，故无法得出c室产生气体的量，即使完全转化为NH3，也应该得到8 mol电子，对应c室产生2 mol O2，即44.8 L O2(标准状况)，故D错误。 例题2．(2025·沈阳联考)电解含硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥，电解装置如图。下列说法错误的是(　　) A．a极为电源的负极 B．通过阳膜移向N室 C．电解过程中原料室溶液pH升高 D．M室电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ A 阳极2H＋＋2e－===H2↑ 解析：A　电解过程中通过阳离子交换膜移向N室，所以N室电极为阴极，左边M室电极为阳极，则a极为电源的正极，A错误、B正确；通过阴离子交换膜移向M室，原料室中(NH4)2SO4浓度降低，因此溶液pH升高，C正确；M室电极为阳极， 发生氧化反应，因放电顺序 ，故M室的电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D正确。 练习3．(2025·河北保定模拟)用如图电化学装置可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水。下列说法错误的是(　　) A．a极电极反应式为2CN－－10e－＋＋N2↑＋6H2O B．电解池工作一段时间后，右室溶液中的c(OH－)增大 C．交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，交换 膜Ⅱ为阳离子交换膜 D．若有11.2 L N2生成时，理论上可 除去NaCl的质量为292.5 g D 阳极2CN－－10e－＋12OH－===＋N2↑＋6H2O 阴极2H＋＋2e－===H2↑ 阴离子交换膜 阳离子交换膜 解析：D　由图可知，a极为阳极，b极为阴极。a极电极反应式为2CN－－10e－＋12OH－===＋N2↑＋6H2O，A正确；b极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，右室溶液中的c(OH－)增大，B正确；该装置可以淡化海水，则在电解过程中，海水中的Cl－向左室移动，Na＋向右室移动，交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，交换膜Ⅱ为阳离 子交换膜，C正确；未指明标准状况， 无法计算出生成的N2的物质的量，无法 求出除去NaCl的质量，D错误。 练习4．(2025·广州模拟)我国科学家设计的一种光电催化高效脱硫，并同步制备H2O2的装置如图所示。其中双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜组成，两膜之间的催化剂可将水分子离解成H＋和OH－。下列说法错误的是(　　) A．该装置将电能和太阳能转化为化学能 B．双极膜中的a膜是阳离子交换膜 C．阴极区发生的电极反应为 O2＋2e－＋2H＋===H2O2 D．0.5 mol SO2参与反应，生成 H2O2的数目为0.5NA B 阳极 阴极 O2＋2e－＋2H＋===H2O2 SO2＋4OH－－＋2H2O OH－ H＋ 解析：B　该装置有电源，为电解池，装置中还有太阳光，所以是将电能和太阳能转化为化学能的装置，A正确；左边电极上实现的是二氧化硫变成硫酸根离子，失去电子，电极反应为SO2＋4OH－－＋2H2O，为阳极，所以水电离出的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入左侧，故a为阴离子交换膜，B错误；右边为阴极，是氧气变成过氧化氢，电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2， C正确；0.5 mol SO2参与反应，转移 1 mol电子，对应生成H2O2的数目为 0.5NA，D正确。 例题3.(2023·广东惠州高三联考)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛应用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是 A.Co电极连接电源负极 B.C采用阴离子交换膜 C.石墨电极的电极反应式为2H2O＋2e－ 　===2OH－＋H2↑ D.工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变 √ 　　　　　　 Co2＋ Na＋ 阳离子交换膜 阴离子交换膜 阳离子交换膜 此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此Co电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误； 电解池中，阳离子向阴极移动，阴离 子向阳极移动，产品室中得到次磷酸 钴，阳极区生成的Co2＋和原料室中的　　　都移向产品室，为了确保产品的纯度和原料室电荷守恒，原料室中的Na＋移向阴极区，因此A、B、C分别采用阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜，工作时原料室中NaH2PO2的浓度减小，B、D项错误； 石墨电极作阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确。 练习5.某科研小组研究采用BMED膜堆如图所示，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是 A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体 　的产生 D.Ⅱ口排出的是淡水 √ + — 君君 肖 (君肖) - 根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A项正确； 水在双极膜A解离后，H＋吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误； 电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成H2和O2，可避免有害气体的产生，C项正确； 海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D项正确。 离子交换膜电解池的解题思维路径 H2PO H2PO $