第一部分 主题八 微专题 离子交换膜在电化学中的应用-【金版教程】2026年高考化学大二轮专题复习冲刺方案课件PPT

0 第一部分　 小题分点突破 主题八 电化学 微专题 离子交换膜在电化学中的应用 知识储备 01 高频考点作业 04 目录 CONTENTS 抢分快招 02 真题精研 03 考前必纠思维误区 05 知识储备 1．离子交换膜的类型与作用 知识储备 4 2．离子迁移方向的判断 (1)离子从“生成区”移向“消耗区”(以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示) 知识储备 5 (2)离子从“原料区”移向“产品区”(以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示) 知识储备 6 (3)离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区(以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极) 知识储备 7 3．定量关系 (1)外电路电子的转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负电荷数或正电荷数。 (2)外电路电子的转移数＝双极膜解离的n(H＋)[或n(OH－)]。 知识储备 8 抢分快招 含膜电化学思路分析 抢分快招 10 真题精研 真题精研 12 真题精研 13 真题精研 14 真题精研 15 真题精研 16 高频考点作业 [三年真题集训] 1．(2025·河南卷，12)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Ⅱ为阳离子交换膜 B．电极a附近溶液的pH减小 C．电极b上发生的电极反应式为[Fe(CN)6]4－＋e－===[Fe(CN)6]3－ D．若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 18 解析：由图可知，左侧为阴极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，右侧为阳极，电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水，钠离子透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠，氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，在此处得到LiCl，则膜Ⅰ为阳膜，膜Ⅱ为阴膜，膜Ⅲ为阳膜。由分析可知，A、B、C错误；每脱除58.5 g NaCl，转移1 mol电子，有1 mol Li＋和1 mol Cl－分别透过离子交换膜Ⅲ、膜Ⅱ，可得到1 mol LiCl，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 19 2．(2025·云南卷，11)一种用双极膜电渗 析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O 解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。 除硼原理：[B(OH)4]－＋H＋===B(OH)3＋H2O。 下列说法错误的是(　　) A．Pt电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 20 解析：由题图中氢离子和氢氧根离子的流向， 可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨电极为阴极， 阳极发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O， 阴极发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－， Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方 向移动，氯离子往阳极方向移动，则X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜。由分析可知，A正确，C错误；水可微弱的电离出氢离子和氢氧根离子，在外加电场作用下，氢离子和氢氧根离子往两侧迁移，浓度降低，可促进双极膜中水的电离，B正确；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，则转移1 mol电子，有1 mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1 mol B(OH)3，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 22 解析：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：CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，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：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由上述分析可知A、B、C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 23 4．(2023·浙江6月选考，13)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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的 NaOH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 解析：电极B为阴极，氧气得电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2=== 4OH－，故B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 24 5．(2023·全国甲卷，12)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋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IrOx­Ti电极上 B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx­Ti电极 C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋ ＋12e－===C2H4＋4H2O D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 25 解析：由题图可知，该装置为电解池， 与直流电源正极相连的IrOx­Ti电极为电解 池的阳极，电极反应式为2H2O－4e－=== O2↑＋4H＋；Cu电极为阴极，电极反应式为 2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O等，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在Cu电极上发生，A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，B错误；根据阳极电极反应式知，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标准状况下体积为5.6 L，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 26 6．(2023·广东卷，16)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成 H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　) A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有 9 mol的H2O解离 C．电解过程中，阳极室中KOH的物质 的量不因反应而改变 D．相比于平面结构双极膜， “卯榫”结构可提高氨生成速率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 29 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 34 10．(2025·四川省高三年级联合诊断)一种金属钠电极配合运用钠离子及氯离子交换膜设计的氧化还原液流装置能够实现海水的淡化，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为电源负极 B．N为氯离子交换膜，M为钠离子交换膜 C．充电时，总反应式为Na＋[Fe(CN)6]3－===Na＋＋ [Fe(CN)6]4－ D．放电时，每转移2 mol电子，理论上Ⅱ池溶液质 量增加117 g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 35 解析：左侧电极为阳极，与电源a极相连，故a为电源正极，A错误；根据上述对电池整体的分析过程可知，B、C错误；放电时，每转移2 mol电子，就会有2 mol Na＋和2 mol Cl－分别通过离子交换膜N和M进入Ⅱ池，故理论上Ⅱ池溶液质量增加2×(23＋35.5) g＝117 g，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 36 11．(2025·陕西省高考适应性检测)我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2，相应的产物为[Zn(OH)4]2－和Mn2＋。下列说法错误的是(　　) A．M电极的电势低于N电极 B．N电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－=== Mn2＋＋2H2O C．电池工作一段时间后，NaOH溶液的pH变小 D．若电路中通过2 mol e－，则稀硫酸溶液质量增加87 g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 37 解析：结合Zn转化为[Zn(OH)4]2－可知，Zn作负极，Zn转化为[Zn(OH)4]2－需要在碱性条件下进行，故M极为Zn，N极(正极)为MnO2。结合上述分析可知，正极(N极)的电势比负极(M极)电势高，A正确；N极为正极，MnO2在酸性条件下得电子被还原为Mn2＋，电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，B正确；负极反应为Zn－2e－ ＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，迁移至负极区的OH－数目小于负极消耗的OH－数目，电池工作一段时间后，c(OH－)减小，NaOH溶液pH变小，C正确；由正极的电极反应式MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O可知，电路中通过2 mol电子时，1 mol MnO2完全溶解在稀硫酸中，同时还有2 mol H＋由中间层移向右室，故稀硫酸溶液质量增加1 mol×87 g·mol－1＋2 mol×1 g·mol－1＝89 g，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 39 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 40 13．(2025·山西一模)某研究小组采用电化学方法 将CO2转化为HCOOH，阴极材料选择有较高催化活性 的锡、铋等金属材料，装置如图所示。下列说法错误 的是(　　) A．H＋从电极M经过质子交换膜移动到电极N B．电极N上的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH C．阳极每消耗1 mol的O2，阴极将生成44.8 L CO2 D．阴极材料选择锡、铋等金属能够降低反应的活化能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 41 解析：分析装置图可知，电极M是阳极，电极N是阴极，故H＋从电极M经过质子交换膜移动到电极N，A正确；电极N上CO2得电子转化为HCOOH，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，B正确；阳极每生成1 mol的O2，转移4 mol电子，阴极将消耗标准状况下的CO2 44.8 L，C错误；锡、铋等金属电极对CO2转化为HCOOH有较高的催化性能，故能够降低该反应的活化能，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高频考点作业 42 考前必纠 思维误区 思维误区 应对策略 忽视离子迁移对溶液质量的影响 判断电解质溶液质量变化时，不能只注意电极产物(沉淀、气体)的影响，还要关注离子迁移对溶液质量的影响 电解质溶液中离子迁移的数目不一定等于电极反应式中消耗的该离子数目，也不一定等于电路中转移的电子数目，而应根据“迁移的阴(阳)离子所带的电荷总数＝转移电子数目”来判断 错判燃料电池的电极产物 含C的燃料在不同介质中的最终存在形式不同：碱性环境中以CO的形式存在，其他环境中大多以CO2的形式存在 不会灵活应用有机反应类型判断方法分析电极类型 分析有机电化学装置时，一般不要惯性思维根据元素化合价变化判断电极类型，而是根据“去氢加氧”为氧化反应，“去氧加氢”为还原反应判断有机反应类型，进而判断电极类型 考前必纠思维误区 44 　　　　　　　　　　　　　 R 1．(2025·江苏卷，8)以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2Oeq \o(=====,\s\up15(光),\s\do15(催化剂))2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是(　　) A．电极a上发生氧化反应生成O2 B．H＋通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D．外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2 2．(2024·江西卷，11)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＋2H2O－4e－=== 2HCOO－＋H2↑＋2OH－ B．CuRu电极反应为NOeq \o\al(－,3)＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－ 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 解析：根据图中电子迁移方向可知，左侧CuAg电 极为负极，右侧CuRu电极为正极，再结合图中物质 转化可写出各电极的电极反应式。CuAg电极上HCHO 转化为HCOO－和H2，电极反应为2HCHO＋4OH－－ 2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，A错误；CuRu电极上 NOeq \o\al(－,3)转化为NH3，电极反应为NOeq \o\al(－,3)＋6H2O＋8e－=== NH3↑＋9OH－，B正确；OH－不能通过质子交换膜，C 错误；总反应为8HCHO＋NOeq \o\al(－,3)＋7OH－===8HCOO－＋NH3↑＋4H2↑＋2H2O，消耗OH－，因此需要补充KOH，D错误。 3．(2024·湖北卷，14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋Heq \a\vs4\al\co1(·)。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH，双极 膜中有4 mol H2O解离 C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－=== 2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋Heq \a\vs4\al\co1(·)，Heq \a\vs4\al\co1(·)结合成H2，Cu电极为阳极；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：H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH==N—OH：OHC—COOH＋HO—N＋H3→HOOC—CH==N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH==N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH==N—OH＋4e－＋5H＋===H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6e－＋6H＋===H3N＋CH2COOH＋3H2O，每转移1 mol e－就有1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH，双极膜中有6 mol H2O解离，B错误。 3．(2024·重庆卷，9)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，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2CO2＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2HCOOH＋O2 解析：由信息可知，在电极a处KNO3得到电子生成NH3·H2O，发生还原反应，故电极a为阴极，电极反应式为NOeq \o\al(－,3)＋8e－＋8H＋===NH3·H2O＋H2O＋OH－，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。每生成1 mol NH3·H2O，阴极得8 mol e－，同时双极膜处有8 mol H＋进入阴极室，即有8 mol的H2O解离，B错误。 [一年模拟演练] 7．(2025·成都市高三诊断检测)使用如图所 示的单池双膜三液装置电解NH4NO3可制得氨 水及硝酸。下列说法错误的是(　　) A．左池中加入稀硝酸是为了增强溶液的导 电能力 B．M的电极反应为NHeq \o\al(＋,4)－8e－＋3H2O=== NOeq \o\al(－,3)＋10H＋ C．离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜 D．每当产生22.4 L(标准状况)气体A，溶液中有4 mol NHeq \o\al(＋,4)通过离子交换膜Ⅱ 解析：N极与电源负极相连，为阴极，右池得到浓氨水，则右池中电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，中间室中NHeq \o\al(＋,4)通过离子交换膜Ⅱ进入右池，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜；M极与电源正极相连，为阳极，左池得到浓硝酸，则左池中电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，中间室中NOeq \o\al(－,3)通过离子交换膜Ⅰ进入左池，离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜。 8．(2025·武汉市武昌区高三质量检测)我国科学家以NOeq \o\al(－,3)和乙醛酸为原料，通过如图所示装置合成甘氨酸()。双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。下列说法错误的是(　　) A．电极a连接电源的负极，且电极a的电势比电 极b的电势低 B．存在反应HON===CHCOOH＋4H＋＋4e－=== H2NCH2COOH＋H2O C．理论上生成1 mol甘氨酸，双极膜有10 mol H＋向电极a迁移 D．理论上相同时间电极消耗NOeq \o\al(－,3)和OH－的物质的量之比为10∶1 解析：结合电极a上乙醛酸转化为甘氨酸可知，电极a上发生得氢失氧的还原反应，则电极a为阴极，连接电源负极，电极b为阳极。电极a的电势比电极b的低，A正确；电极a发生还原反应，结合装置图可知，存在反应HON===CHCOOH＋4H＋＋4e－===H2NCH2COOH＋H2O，B正确；生成1 mol甘氨酸时，硝酸根离子得到8 mol电子，乙醛酸中C的平均化合价由＋2降低为＋1，1 mol乙醛酸得到2 mol电子，则电极a上发生的总反应为11H＋＋＋NOeq \o\al(－,3)＋10e－→＋4H2O，故理论上每生成1 mol甘氨酸，双极膜有10 mol H＋向电极a迁移，C正确；阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，结合阴极的电极反应式及得失电子守恒可知，相同时间内，电极消耗硝酸根离子和氢氧根离子的物质的量之比为1∶10，D错误。 9．(2025·湖北省十一校高三联考)我国科研人员设计了一条从乳酸转化为丙氨酸的电化学路径，同时可以实现废水的再利用，原理如图所示。已知：在外电场作用下，水分子会在双极膜的界面层解离为H＋和OH－。 下列说法错误的是(　　) A．理论上将废水中NOeq \o\al(－,3)还原到羟胺NH2OH， 电路中需通过6 mol电子 B．阳极发生的反应为CH3CHOHCOO－－2e－ ＋2OH－===CH3COCOO－＋2H2O C．阴极发生的反应为CH3CNOHCOOH＋5H＋＋4e－===CH3CHN＋H3COOH＋H2O D．双极膜中解离出的OH－向左移动 解析：没有指明被还原的NOeq \o\al(－,3)的物质的量，无法确定电路中通过的电子数，A错误；由工作原理图中的物质转化关系可知，阳极为失电子，被氧化成，电极反应式为CH3CHOHCOO－－2e－＋2OH－===CH3COCOO－＋2H2O，B正确；阴极为得电子，被还原为，电极反应式为CH3CNOHCOOH＋4e－＋5H＋===CH3CHN＋H3COOH＋H2O，C正确；OH－为阴离子，移向电解装置的阳极，D正确。 12．(2025·河北邯郸四调)生物质衍生物糠醛( 化学转化体系(如图)。下列说法错误的是(　　) A．电极a的电势低于电极b B．离子交换膜应选用质子交换膜 C．电路中转移4 mol e－时，两电极消耗等量的糠醛 D．电极b的电极反应式为 ＋CO2＋8H＋ －8e－＋4H2O=== 解析：糠醛在电极a发生加氢还原反应，在电极b发生氧化反应，因此电极b为阳极，电势高于电极a，A正确；酸性电解液中离子交换膜选用质子交换膜效果较好，B正确；电极a的电极反应式为 ＋CO2＋8H＋，两电极消耗的糠醛的物质的量之比为2∶1，C错误，D正确。 －8e－＋4H2O=== ＋H2O，电极b的电极反应式为 $