41 第八章 微点突破8 隔膜(离子交换膜)在电化学装置中的应用-【名师导航】2027年高考化学一轮总复习教师用书（不定项）

该高中化学高考复习讲义聚焦隔膜（离子交换膜）在电化学装置中的应用核心考点，系统梳理其作用、类型（阳离子、阴离子、质子、双极膜）及典型应用实例，构建“作用-类型-实例”的逻辑知识体系。通过考点解析、方法归纳（离子移动规律）、真题演练（4道典型例题）三个环节，帮助学生突破电化学装置分析难点，体现复习的系统性与针对性。 资料采用“原理-实例-真题”递进教学法，结合锌铜原电池、电解淀粉-KI溶液等实例，引导学生通过电极反应分析离子交换膜作用，培养科学思维与证据推理能力。设置从基础应用到综合创新的分层训练，配合真题深度解析（如Li-O₂电池题），确保学生在有限时间内掌握解题关键，为教师精准把控复习节奏、提升学生应考能力提供有效支持。

微点突破8　隔膜(离子交换膜)在电化学装置中的应用 1．作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 2．离子交换膜的类型 (1)阳离子交换膜(简称阳膜)：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。 (2)阴离子交换膜(简称阴膜)：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过。 (3)质子交换膜：只允许质子(H＋)通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。 (4)双极膜：特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－离子源。 3．三类交换膜应用实例 种类 装置图 说明 阳离子交换膜 锌铜原电池 ①负极反应式： Zn－2e－===Zn2+ ②正极反应式：Cu2+＋2e－===Cu ③Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子：透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极) 阴离子交换膜 以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②阳极反应式：2I－－2e－===I2 ③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===＋5I－＋3H2O ④阴离子：透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极) 质子交换膜 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ ②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋ ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋：透过质子交换膜→电解池的阴极(或原电池正极) 双极膜 利用双极膜组合电解法模拟海水淡化 ①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ ②阳极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ③总反应为2H2O2H2↑＋O2↑ ④离子移动方向如左图所示 1．Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　) A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2 B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2 C　[充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，电子通过外电路转移到锂电极发生反应Li＋＋e－===Li，光催化电极上发生反应Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2，总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B项正确；放电时，阳离子移向正极，因此放电时，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C项错误；放电时，正极发生还原反应，其电极反应式为O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，D项正确。] 2．科学家发明了一种Mg-PbO2电池，电解质为Na2SO4、H2SO4、NaOH，通过M和N两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域(已知：a>b)，装置如图。下列说法不正确的是(　　) A．Na＋通过M膜移向B区，离子交换膜N为阴离子交换膜 B．B区域的电解质浓度逐渐减小 C．放电时，Mg电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2 D．消耗2.4 g Mg时，C区域电解质溶液减少16.0 g B　[由图和题给信息可知，Mg电极为原电池的负极，A区溶液应为NaOH溶液，碱性条件下镁失去电子生成氢氧化镁，电极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2，A区溶液中OH－浓度减小，则Na＋通过阳离子交换膜M进入B区。PbO2为正极，酸性条件下PbO2在正极发生还原反应生成PbSO4，电极反应为＋2e－===PbSO4＋2H2O，C区溶液中消耗H＋的物质的量为的4倍，则溶液中通过阴离子交换膜进入B区，则B区中Na2SO4溶液的浓度增大，故A、C正确，B错误；原电池工作时，消耗2.4 g Mg时，转移电子×2＝0.2 mol，C区放电消耗0.4 mol H＋、，同时有移向B区，相当于溶液中减少0.2 mol H2SO4，同时生成0.2 mol H2O，则C区实际减少质量为0.2 mol×98 g·mol-1－0.2 mol×18 g·mol-1＝16.0 g，故D正确。] 3．硼酸(H3BO3)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表述错误的是(　　) A．M室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%<b% C．b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O D．理论上每生成1 mol H3BO3，阴极室可生成5.6 L(标准状况)气体 D　[由题意知，通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备硼酸，左边为阳极室，右边为阴极室。阳极上水失电子生成O2和H＋，所以a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为===H3BO3＋H2O；阴极上水得电子生成H2和OH－，c膜为阳离子交换膜，所以电解后氢氧化钠溶液的浓度变大。M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A项正确；N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%<b%，B项正确；b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O，C项正确；理论上每生成1 mol产品，电路中转移1 mol电子，阴极室可生成0.5 mol H2，在标准状况下体积为11.2 L，D项错误。] 4．(2025·金丽衢十二校高三第一次联考)电化学合成氨进一步提高了人类合成氨的产量。现采用双极膜(H2O解离出H＋、OH－分别移至两极室溶液)，通过电解KNO3溶液制取氨，该装置的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电极b接电源的负极 B．电解一段时间后Ⅰ室的pH增大 C．双极膜中H2O解离出的H＋向电极b极移动 D．理论上电极a与电极b上产生的气体的物质的量之比为2∶1 B　[该装置为电解池装置，Ⅰ室中电极a发生电极反应：＋8e－＋9H＋===NH3↑＋3H2O，为电解池阴极，则Ⅱ室中电极b为电解池阳极，发生电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。根据分析可知，电极b为阳极，应与电源正极相连，A错误；Ⅰ室中电极a发生电极反应：＋8e－＋9H＋===NH3↑＋3H2O，溶液中氢离子浓度减少，则电解一段时间后Ⅰ室的pH增大，B正确；电解池中阳离子向阴极移动，即双极膜中H2O解离出的H＋向电极a极移动，C错误；结合电极a发生电极反应：＋8e－＋9H＋===NH3↑＋3H2O，电极b发生电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，根据得失电子守恒可知，电极a与电极b上产生的气体的物质的量之比为1∶2，D错误。] 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $