微专题速练39 离子交换膜在电化学中的应用-【高考领航】2027年高考化学一轮复习微专题速练

**基本信息** 聚焦离子交换膜在电化学装置中的应用，通过8道情境化选择题系统覆盖电解池、原电池及双极膜等核心场景，强化电极判断、离子移动与膜类型分析的逻辑关联。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |电化学应用场景|8题（含电解处理、电池、废水回收等）|情境化装置分析题，考查膜类型判断、电极反应、离子移动及相关计算|以离子交换膜功能为核心，关联电化学原理（电极反应、离子迁移）与物质转化，体现结构决定性质的化学观念及模型建构的科学思维|

微专题速练39　离子交换膜在电化学中的应用 1．C　由图可知，a电极上稀硫酸转化为浓硫酸，过程中的量增大，是由发生氧化反应得到，则电极a为阳极，电极b为阴极，据此分析解答。由分析可知，电极a为阳极，与外接电源正极相连，A正确；电极b为阴极，电极上稀NaOH溶液转化为浓NaOH溶液，过程中OH－浓度增大，则发生电极反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；通过半透膜Ⅰ到电极a发生氧化反应，则半透膜Ⅰ为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ应为阳离子交换膜，C错误；标准状况下，若收集到22.4 L的气体C1(H2)，可知转移2 mol电子，根据内外电路转移电荷数目相等，可知有通过膜Ⅰ进入左室，D正确。 2．D　图示为铝硫电池，该电池放电时Al失去电子发生氧化反应，为负极，电极反应式为Al＋，M为正极，硫得到电子发生还原反应，电极反应式为S＋2e－===S2-，放电总反应为3S＋2Al＋＋3S2-，A、B正确；充放电过程中钾离子通过离子交换膜移动，故离子交换膜为阳离子交换膜，C正确；充电时，M极为阳极，铝极为阴极，阴极的被还原，D错误。 3．A　由图知，a极为阴极，电极反应式为＋3H2O，C正确；b极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极区溶液中含有硫酸钠，溶液呈中性，通电一段时间后，生成的H＋移向阴极区，pH不变，A错误；由题图知，离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；由阳极电极反应式可知，每转移2 mol e－，生成的气体为0.5 mol，标准状况下为11.2 L，D正确。 4．B　由图示可知，该装置为电解池，阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极发生氧化反应生成氧气，b作电解池阴极发生还原反应生成氢气，A错误；b的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；去除透气膜，海水中氯离子在阳极发生氧化反应，故a极发生的电极反应发生变化，C错误；电解池工作时，溶剂水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D错误。 5．D　根据图知，含CO2、NO、NO2的废气通入NaHCO3溶液中，得到NaNO3、NaNO2、NaHCO3的混合溶液和CO2，发生的反应为NO＋NO2＋2NaHCO3===2NaNO2＋H2O＋2CO2、2NO2＋2NaHCO3===NaNO2＋NaNO3＋H2O＋2CO2，电解池中，左侧电极上失电子生成，发生氧化反应，为阳极，电解质溶液呈碱性，阳极反应式为＋H2O；通入CO2的电极为阴极，阴极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，据此分析回答。装置a中溶液的溶质为既发生水解又发生电离，水解显碱性，电离显酸性，NaHCO3溶液显碱性，说明的水解程度大于电离程度，A错误；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收NO、NO2气体，CO2不与NaHCO3溶液反应，不能吸收CO2，B错误；由分析可知，装置b中左侧电极为阳极，阴离子向阳极移动，OH－通过双极膜左侧向阳极移动，则双极膜左侧为阴离子交换膜，C错误；由分析可知，装置b中阳极反应与阴极反应相加得到总反应式，则总反应为＋HCOOH，D正确。 6．C　从图中可以看出，在a极，CN－转化为和N2，CN－发生氧化反应，a极为负极；b极为正极，发生还原反应，则电子由a极经导线流向b极，A、D正确；电池工作时，b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，溶液中H＋被消耗，右室溶液的pH增大，B正确；a极消耗OH－，海水中的Cl－透过离子交换膜移向a极区，则交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，b极消耗H＋，海水中的Na＋透过离子交换膜移向b极区，则交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，C错误。 7．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出来的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22.4 L气体(标准状况下为1 mol)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。 8．B　由题意知，启动电源1，海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4，可知电极反应式为xLi＋＋2MnO2＋xe－===LixMn2O4，发生还原反应，则二氧化锰为阴极，电极1为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；电极1附近氢离子浓度增大，溶液的pH减小，C错误；关闭电源1和海水通道，启动电源2，向电极2通入空气，使LixMn2O4中的Li＋脱出完成富集，进入室2，阳极电极反应为LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2，则电极2为阴极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；通入448 mL(标准状况)空气，则电极2上0.004 mol氧气转移0.016 mol电子，按两极上得失电子数目守恒可知，恰好使0.016 mol Li＋全部脱出，由图可知，原4.8 g即 mol MnO2富集了0.016 mol Li＋形成LixMn2O4，即x∶2＝0.016 mol∶ mol，可得x＝0.58，A错误；若电源1和电源2正负极都接反，启动电源1，二氧化锰为阳极，海水中阳离子包括Li＋穿过阳离子交换膜进入室1，无法进入MnO2结构不能形成LixMn2O4；关闭电源1和海水通道，启动电源2，二氧化锰为阴极，室2内LiOH溶液中Li＋、少量水提供的H＋穿过阳离子交换膜，按信息Li＋能进入MnO2结构，但Li＋不是来自海水，故不能达到富集锂的目的，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题速练39　离子交换膜在电化学中的应用 1．(2025·岳阳一模)硫酸厂烟气中SO2可用碱吸—电解法进行处理。先用NaOH溶液吸收SO2，再将生成的Na2SO3溶液进行电解，其原理如下图所示，下列说法错误的是(　　) A．电极a与电源的正极相连 B．电极b上发生的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．半透膜Ⅰ为阳离子交换膜，半透膜Ⅱ为阴离子交换膜 D．标准状况下，若收集到22.4 L的气体G，则有1 mol M离子移向左室 2．(2025·石家庄高三模拟)铝硫二次电池是一种具有高能量密度、廉价原材料、有前途的替代储能装置，一种铝硫电池如图所示，M极为表面吸附了硫的活性电极，电解质为、。下列说法错误的是(　　) 离子交换膜 A．放电时铝电极的电极反应式为Al－3e－＋ B．电池放电时的反应原理为3S＋2Al＋＋3S2- C.离子交换膜为阳离子交换膜 D．充电时，M极为阳极被氧化 3．(2025·福建十一校高三联考)利用电化学原理可以处理地下水中的硝酸根离子并回收氨氮，其模拟装置如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．通电一段时间后，阳极区溶液的pH升高 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．a极的电极反应式为＋3H2O D．每转移2 mol e－，生成标准状况下11.2 L气体 4．(2025·哈六中模拟)海水直接电解制H2，其工作原理如图，防水透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是(　　) A．a为电解池的阴极 B．b的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．去除透气膜，a极发生的电极反应不变 D．电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小 5．(2026·揭阳高三开学考试)拟利用下列实验原理回收利用工业废气中的NO、NO2和CO2，双极膜可将膜内的水分子解离成H＋和OH－，二者分别向两极移动，已知：装置a中盛放饱和NaHCO3溶液，下列说法正确的是(　　) A．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度小于的电离程度 B．装置a中溶液的作用是吸收废气中的NO、NO2和CO2 C．装置b中双极膜的左侧为阳离子交换膜 D．装置b中的总反应为＋HCOOH 6．(2025·肇庆模拟)如图所示的新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还能淡化海水。下列说法不正确的是(　　) A．电子由a极经导线流向b极 B．电池工作一段时间后，右室溶液的pH增大 C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 D．b极发生还原反应 7．(2025·河北名校联盟联考)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 8．一种有效富集锂的电化学系统如图所示，中间区域设置有孔道结构的MnO2，可容纳Li＋进出。向MnO2所在腔室通入海水，启动电源1，海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4达到饱和；关闭电源1和海水通道，启动电源2，向电极2通空气，使LixMn2O4中的Li＋脱出完成富集。下列说法正确的是(　　) A．通入448 mL(标准状况)空气恰好使Li＋全部脱出，可得x＝0.29 B．室2中阳极发生的反应为LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2 C．工作时电极1附近和电极2附近溶液的pH均增大 D．电源1和电源2正负极都接反也能达到富集锂的目的 学科网（北京）股份有限公司 $