1.4 突破选择题4 有“膜”电化学装置的分析与判断（Word教参）-【正禾一本通】2026年高考化学二轮专题复习高效讲义（双选版）

突破选择题4　有“膜”电化学装置的分析与判断　►对应学生用书P59 分析：离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机地融合，考查学生的学以致用能力，因此备受高考命题者的青睐。 　　　　　　　核心知识 1．交换膜类型及特点 (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，即允许OH－和其他阴离子通过，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，中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极(电解池的阴极)，OH－移向原电池的负极(电解池的阳极)。 【特别提醒】 如图所示，阳离子交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”上带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过“孔道”中为带正电荷基团。 2．离子交换膜的作用 如：(1)形成浓差电池 ①左池为稀AgNO3溶液，左侧Ag电极为负极，右池为浓AgNO3溶液，右侧Ag电极为正极。只有两边AgNO3溶液浓度不同，才能形成浓差电池。 ②正、负电极均为Ag单质。随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电流表指针偏转幅度逐渐变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时溶液中左、右两边硝酸银溶液的物质的量浓度相等。 ③离子交换膜的作用是不允许Ag＋穿过，只允许通过，所以是阴离子交换膜。负极Ag失电子变成Ag＋，为了平衡电荷，正极区的就通过阴离子交换膜向负极移动。 (2)物质制备中的离子交换膜 次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，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，原理如图： ①根据产物Co(H2PO2)2确定离子移动方向；Co2+向产品室移动，A是阳离子交换膜；向产品室移动，B是阴离子交换膜。 ②Co为阳极，阳极反应式为Co－2e－===Co2+。 ③石墨为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na＋移向阴极，C是阳离子交换膜。 　　　　　　　真题精研 1.(2025·河南高考)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 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 解析：选D。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，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， A错误， C 错误；a电极的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，pH变大，B错误；每脱除58.5 g NaCl，转移电子数为1 mol，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。 2．(2024·河北高考)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg­CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3­丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2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。下列说法错误的是(　　) A．放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4 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1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2 解析：选C。电池放电时CO2转化为MgC2O4，Mg失电子作负极，则多孔碳纳米管作正极，CO2得电子转化为。放电时，电池的总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。 3．(2023·河北高考)我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是(　　) A．充电时，b电极上发生还原反应 B．充电时，外电源的正极连接b电极 C．放电时，①区溶液中的向②区迁移 D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O 解析：选B。放电时，电极材料转化为，电极反应为－2ne－===＋2nK＋，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③区为碱性溶液，b电极是电极，①区为酸性溶液，a电极是二氧化锰电极。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极连接a电极，电极失去电子，电极反应为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确。 　　　　　　　模拟预测 1.（双选）(2025·河南郑州二模)下图是一种回收废旧锂离子电池中的锂离子(Li＋)、并利用工业废气中的NO2将其转化为LiNO2的装置，最终制备出纯净的LiNO3，同时在这一过程中产生电能。已知法拉第常数F＝96 500 C·mol-1。 下列说法错误的是(　　) A．离子交换膜为阴离子交换膜 B．正极反应式：LiFePO4＋e－===Li＋＋FePO4 C．空气氧化LiNO2的化学方程式：2LiNO2＋O2===2LiNO3 D．当外电路I＝1 A，工作2小时，理论上b电极反应的NO2约为3.43 g 解析：选AB。NO2转化为得到电子，和Li＋结合生成LiNO2，b电极为正极，电极反应为NO2＋，则a电极为负极，电极反应LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4，Li＋经阳离子交换膜由a电极移向b电极，生成LiNO2，空气氧化LiNO2生成LiNO3，化学方程式：2LiNO2＋O2===2LiNO3。离子交换膜允许Li＋通过，为阳离子交换膜，A错误；a电极为负极，失去电子，电极反应LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4，B错误；空气中的氧气氧化亚硝酸锂，生成硝酸锂，氧化LiNO2的化学方程式：2LiNO2＋O2===2LiNO3，C正确；当外电路I＝1 A，工作2小时，理论上b电极反应的NO2约为 mol×46 g/mol≈3.43 g，D正确。 2．一种光电催化法脱除H2S的原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．隔膜应为质子交换膜 B．脱除H2S过程中光能转化为化学能，最终转化为电能 C．三氧化钨电极的电极反应式为2H2S－4e－===4H＋＋S2 D．每生成1 mol H2O2，左侧电极室质量增加32 g 解析：选C。由图分析可知，三氧化钨电极上I－转化为，失电子，为负极与H2S反应生成S2和I－，从而碘元素相关物质实现循环反应，并将H2S转化为S2，GDE电极上H＋和O2参与电极反应生成H2O2，得电子，为正极。左侧酸性条件下H2S生成S2时有H＋产生，而右侧电极反应消耗H＋，故隔膜应为质子交换膜，A正确；三氧化钨电极的电极反应式为3I－－，H2S和发生化学反应生成S2和I－，C错误；正极每生成1 mol H2O2，得2 mol电子，负极失去2 mol电子，生成，由反应＋2H2S===S2＋6I－＋4H＋可知生成0.5 mol S2，0.5 mol S2为32 g，且生成的H＋迁移到右侧电极室，左侧电极室质量增加32 g，D正确。 3．(2025·广东深圳二模)化学镀镍废水经分离处理后得到含磷废液(主要含NaH2PO2)和含镍废液(主要含NiCl2)，分别通入如图所示电解装置的两极室回收磷、镍。已知：H3PO2是一元中强酸；25 ℃时，H3PO4的Ka1＝6.9×10-3、Ka2＝6.2×10-8、Ka3＝4.8×10-13。电解过程中，下列说法不正确的是(　　) A．阳极的主要反应为＋4H＋ B．Ⅰ室溶液的pH逐渐增大，Ⅱ室溶液的pH逐渐减小 C．理论上，每生成1 mol Ni，同时处理 D．理论上，电路中每转移1 mol e－，Ⅲ室溶液质量减少65 g 解析：选B。阳极失去电子被氧化为，反应为＋4H＋，A正确。Ⅰ室反应为＋4H＋，生成的氢离子通过质子交换膜进入中间室，H3PO2是一元中强酸，NaH2PO2溶液为碱性，生成的以电离为主(水解平衡常数为Kh＝≈1.4×10-12＜Ka2)，溶液呈酸性，Ⅰ室溶液的pH逐渐减小；Ⅲ室反应为Ni2+＋2e－===Ni，氯离子通过阴离子交换膜进入中间室，Ⅱ室溶液的pH逐渐减小，B错误。理论上，每生成1 mol Ni，电路中转移2 mol电子，则同时处理，C正确；理论上，电路中每转移1 mol e－，Ⅲ室中减少0.5 mol NiCl2，则溶液质量减少65 g，D正确。 4．(2025·湖南长沙一中模拟)某有色金属工业的高盐废水中主要含有H＋、Cu2+、Zn2+、、F－和Cl－，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F－和Cl－，其中双极膜(BP)中间层的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法错误的是(　　) A．BP膜中H＋均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜 B．溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为ZnSO4和CuSO4 C．当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，有4 mol离子通过N膜 D．电解过程中，应控制高盐废水的pH不能过高 解析：选B。由图可知，最左侧为阳极室，水放电生成氧气和氢离子；最右侧为阴极室，水放电生成氢气和氢氧根离子；电解池中阳离子向阴极移动，BP膜中H＋均向右侧溶液迁移；氟离子、氯离子通过M、N膜向左侧迁移，故M膜为一价阴离子交换膜，A正确；氟离子、氯离子通过M膜向左侧迁移，氢离子与右侧双极膜迁移来的OH－中和，故反应后溶液a的溶质主要为ZnSO4和CuSO4，溶液b的溶质主要为右侧迁移过来的氟离子、氯离子与左侧迁移过来的氢离子生成的HF和HCl，B错误；阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当阳极产生标准状况下22.4 L即1 mol气体时，根据电子守恒可知，有4 mol离子通过N膜，C正确；电解过程中，若pH过高，则会导致锌离子、铜离子转化为沉淀，故应控制高盐废水的pH不能过高，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $