整合突破7 电化学装置中的离子交换膜
【解题策略】
例 D [解析] 由图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,电解池总反应为2H2O2H2↑+O2↑,据此解答。b电极为阴极,发生还原反应,b电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故A正确;该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换膜,故B正确;PTFE膜可透气但不透液态水,电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中动能高的水分子即气态水而非液态水可穿过PTFE膜,为电解池补水,使KOH溶液的浓度不变,故C正确;由电解总反应可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,生成H2的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,故D错误。
跟踪训练
B [解析] 由图可知,该装置为电解池,石墨电极为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数,放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动;钴电极为阴极,钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴,电极反应式为Co2++2e-Co,Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数,氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动,电解总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+。石墨电极为阳极,则与电源的正极相连,A错误;阳极放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动,故电解过程中Ⅱ室盐酸浓度变大,pH减小,B正确;移除阳离子交换膜后,石墨电极上发生的反应变成氯离子失电子生成氯气,C错误;由分析知,Ⅲ室阴极反应为Co2++2e-Co,氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动,当外电路每通过1 mol电子时,有0.5 mol Co2+和1 mol Cl-脱离Ⅲ室,故Ⅲ室溶液质量理论上减少0.5 mol×59 g·mol-1+1 mol×35.5 g·mol-1=65 g,D错误。整合突破7 电化学装置中的离子交换膜
1.D [解析] NaBH4中H为-1价,有强还原性,H2O2有强氧化性,电池中,NaBH4在负极失去电子,所以电极a是负极;H2O2在正极得到电子,电极b为正极。由分析可知,b为正极,故A项正确;根据工作原理图可知,a电极上失去电子发生氧化反应,其电极反应式为B+8OH--8e-B+6H2O,故B项正确;由B项分析可知,a电极区剩余Na+,b极反应式为H2O2+2e-2OH-,b电极区流出液为NaOH溶液,在原电池中,阳离子向正极移动,所以电池放电时 Na+从a极区移向b极区,则离子交换膜C为阳离子交换膜,故C项正确;高温条件下,过氧化氢分解速率加快,不能提高工作效率,故D项错误。
2.C [解析] 由图中物质转化可知,电极M为负极,其电极反应式为Li7Ti5O12-3e-3Li++Li4Ti5O12,电极N为正极,其电极反应式为Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4,A错误;放电时,Li+由电池的负极移向正极,该隔膜为阳离子交换膜,B错误;电极N为正极,其电极反应式为Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4,C正确;当M、N两极质量变化之差为7 g时,即有3.5 g Li+由左侧M极转移至右侧N极,理论上转移电子为0.5 mol,D错误。
3.C [解析] 不锈钢电极为阴极,钛电极为阳极,则内电路中电流由钛电极经硫酸锰溶液流向不锈钢电极,A正确;钛电极为阳极,锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+,B正确;不锈钢电极为阴极,锰离子在阴极得到电子发生还原反应生成锰,电极反应式为Mn2++2e-Mn,为防止阴极上H+放电,电解时溶液中硫酸根离子由阴极区经阴离子交换膜进入阳极区,C错误;当电路中有2 mol e-转移时,阴极生成锰的质量为1 mol×55 g·mol-1=55 g,D正确。
4.A [解析] 根据电解装置可知,阴极生成氢气,发生得电子的还原反应,A错误;根据电解装置可知,H+从左侧迁移到中间室,左侧为阳离子交换膜,B正确;MnSO4和(NH4)2SO4溶液呈酸性,可防止产生Mn(OH)2,并提高溶液导电性,C正确;实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液,因为Cl-还原性强,会在阳极放电产生氯气,D正确。
5.C [解析] 阳极发生氧化反应,电极反应式:Fe+8OH--6e-Fe+4H2O,A正确;阴极发生还原反应,水放电生成氢气和氢氧根离子,两端隔室中离子不能进入中间室,则中间室中Na+通过离子交换膜a进入阴极区(左端)、OH-通过离子交换膜b进入阳极区(右端),则甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,B正确;电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故a为阳离子交换膜,C错误;阴极发生还原反应,水放电生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,当电路中通过2 mol电子的电量时,理论上会有1 mol H2生成,D正确。
6.D [解析] 根据两极均得到副产品NH4NO3可知,Ⅱ室废水中的N移向Ⅰ室、N移向Ⅲ室,电解池中阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动,则Ⅰ室石墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极;阴极所连的a极为电源负极,阳极所连的b极为电源正极。由分析可知,a极为电源负极,b极为电源正极,a极电势低于b极电势,A错误;c膜通过的是N,故c膜应为阳离子交换膜,d膜通过的是N,故d膜为阴离子交换膜,B错误;阴极上H+得电子生成氢气:2H++2e-H2↑,然后迁移过来的铵根离子和硝酸根离子生成硝酸铵,C错误;阳极的氢氧根离子失去电子发生氧化反应生成氧气:4OH--4e-2H2O+O2↑,则当电路中通过1 mol电子时,阳极会有0.25 mol O2生成,在标准状况下的体积为5.6 L,D正确。
7.D [解析] 该装置为电解装置,由图可知,两极室的Na+与S通过交换膜进入浓缩室,由离子移动方向可知电极a为阳极,电极b为阴极。由图可知,阳极区Na+通过交换膜m进入浓缩室,则交换膜m为阳离子交换膜,阴极区S通过交换膜n进入浓缩室,则交换膜n为阴离子交换膜,故A错误;电极a为阳极,电极上Cl-发生氧化反应生成氯气,若电极a改为Cu,则Cu失电子生成Cu2+,也会通过交换膜m进入浓缩室,则不能达到预期实验目的,故B错误;b极为阴极,电极上Cu2+发生还原反应生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu,故C错误;若浓缩室得到0.5 L 0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液,则有0.5 mol·L-1×0.5 L-0.1 mol·L-1×0.5 L=0.2 mol S进入浓缩室,电路中有0.4 mol电子通过,可析出0.2 mol Cu,其质量为64 g·mol-1×0.2 mol=12.8 g,故D正确。
8.C [解析] 光照时,光催化电极a产生电子(e-)和空穴(h+),电子沿导线经过电源到达光催化电极b处,则光催化电池a为阳极,光催化电极b为阴极。该装置可以将葡萄糖转化为甲酸盐,C6H12O6在电极a处得到空穴(h+)生成HCOO-,电极反应式为C6H12O6+12h++18OH-6HCOO-+12H2O,故A正确;电解池中阳离子向阴极移动,则双极膜中间层中的H+在外电场作用下向光催化电极b移动,故B正确;CO2在光催化电极b处得到电子生成HCOO-,电极反应式为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,理论上电路中转移4 mol e-时可以在光催化电极b处得到2 mol HCOO-,另外光催化电极a处得到2 mol HCOO-,共可生成4 mol HCOO-,故C错误;由阳极反应式可知,光催化电极a处消耗的OH-多于双极膜迁移过来的OH-,氢氧根离子浓度减小,pH减小,电极b处生成的OH-少于双极膜迁移过来的H+,然后H+和KHCO3溶液反应使溶液pH减小,故D正确。
9.B [解析] 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正确;水在双极膜A解离后,氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸,B为阴离子交换膜,B错误;电解质溶液采用Na2SO4溶液,电解时生成氢气和氧气,可避免有害气体的产生,C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正确。
10.B [解析] 根据题中信息B膜右边进入H2O,出去NaOH,说明钠离子穿过B膜进入右边,根据阳离子向阴极移动,则右侧石墨电极为阴极,b极为负极,左侧石墨电极为阳极,a极为正极。根据分析a极为正极,b极为负极,则a极的电势比b极的高,故A错误。钠离子穿过B膜进入右边,因此B膜为阳离子交换膜,左侧石墨电极为阳极,水失去电子生成氧气和氢离子,氢离子穿过A膜进入右边,与BPM中迁移过来的OH-生成H2O,与少量迁移过来的I-生成HI,因此A、B膜均为阳离子交换膜,故B正确。若撤去A膜,由于少量的碘离子在阳极失去电子变为碘单质,因此对该电解池的工作有影响,故C错误。电解过程中,阳极上水失去电子生成氧气和氢离子,氢离子穿过A膜进入右边,阳极区溶液体积减小,则左侧c(H2SO4)增大;中间H2SO4室中H+与OH-反应产生H2O,H2SO4溶液浓度减小;最右侧双极膜向阴极提供H+,阴极上H+放电产生H2,最右侧H2SO4溶液浓度不变,故D错误。年份 2021 2022 2023 2024
题号 全国甲T13,河北T9,广东T16,天津T11,湖北T15,山东T17,湖南T10、T16 全国甲T10,全国乙T12,河北T12,山东T13,江苏T17 重庆T12,广东T16,浙江6月选考T13,山东T11,湖北T10,全国甲T12 北京T16,浙江1月选考T19,浙江6月选考T18,广东T16、T18,河北T13
考查方向 离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中,主要出现的是阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种,其功能是选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质,从而制备、分离或提纯某些物质
学科素养 证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养
1.离子交换膜的作用
(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)能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2.分类和应用
3.离子交换膜类型的判断方法
根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型,判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余,因该电极附近溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型,如电解饱和食盐水时,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,则阴极区域OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-结合生成NaOH,故电解饱和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
例 [2023·湖北卷] 我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是 ( )
A.b电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
跟踪训练
[2024·福建福州一中高二期中] 钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。电解法制备金属钴的装置示意图如下。下列说法正确的是 ( )
A.石墨电极与电源的负极相连
B.电解过程中,Ⅱ室溶液的pH减小
C.移除阳离子交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.外电路每通过1 mol电子,Ⅲ室溶液质量理论上减少29.5 g整合突破7 电化学装置中的离子交换膜
1.NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.b为正极
B.负极反应式为B+8OH--8e-B+6H2O
C.离子交换膜C为阳离子交换膜
D.高温条件下可以提高工作效率
2.钛酸是一种理想的嵌入型电极材料,与普通石墨烯锂电池相比,电位比较高,安全性相对较好,该原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极M的电极反应式:Al-3e-Al3+
B.该隔膜为阴离子交换膜
C.电极N的电极反应式:Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4
D.当M、N两极质量变化差为7 g时,理论上转移2 mol电子
3.工业上电解MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极
B.阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.当电路中有2 mol e-转移时,生成55 g Mn
4.[2024·湖南长沙高二期中] 科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解制备金属锰和二氧化锰工艺联用,实现同步制备金属锰和二氧化锰并实现回收硫酸的目的,工艺原理如图所示,下列有关说法错误的是 ( )
A.阴极的电极反应式为Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+
B.左侧为阳离子交换膜
C.右侧电解质溶液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止产生Mn(OH)2并提高溶液导电性
D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液
5.[2024·江苏无锡高二期中] 高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是 ( )
A.阳极反应式:Fe+8OH--6e-Fe+4H2O
B.甲溶液可循环利用
C.离子交换膜a是阴离子交换膜
D.当电路中通过2 mol电子的电量时,理论上会有1 mol H2生成
6.三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,在直流电源的作用下,两膜中间的N和N可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是 ( )
A.a极电势高于b极电势
B.c膜为阴离子交换膜,d膜为阳离子交换膜
C.阴极电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O
D.当电路中通过1 mol电子时,阳极产生标准状况下的O2 5.6 L
7.电解精炼铜的废液中含有大量的Cu2+、S,用惰性电极回收废液中的铜、浓缩Na2SO4溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.交换膜n为阳离子交换膜
B.若电极a改为Cu,仍可达到预期实验目的
C.b极电极反应式:4OH--4e-O2↑+2H2O
D.当获得0.5 L 0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液时,最多回收12.8 g Cu
8.[2024·湖北武汉高二期中] 科学家近年发明了一种新型光电催化装置,它能将葡萄糖和CO2转化为甲酸盐,如图所示。光照时,光催化电极a产生电子(e-)和空穴(h+),图中的双极膜中间层中的H2O会解离产生H+和OH-。
下列说法错误的是 ( )
A.光催化电极a的反应为C6H12O6+12h++18OH-6HCOO-+12H2O
B.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向光催化电极b移动
C.理论上电路中转移4 mol e-时可生成2 mol
HCOO-
D.阳极区和阴极区的pH均减小
9.[2024·陕西宝鸡高二期中] 某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下),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
10.“电解法”制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜,在直流电作用下复合层间的H2O解离成H+和OH-(少量I-会因为浓度差通过BPM膜)。下列说法正确的是 ( )
A.a极的电势比b极的低
B.A、B膜均为阳离子交换膜
C.若撤去A膜,对该电解池的工作无影响
D.电解过程中,图中三处H2SO4溶液的c(H2SO4)均不变(共53张PPT)
整合突破7 电化学装置中的
离子交换膜
年份 2021 2022 2023 2024
题号 全国甲， 河北 ，广东 ，天津 ，湖北 ，山东 ，湖南 、 全国甲 ，全国乙 ， 河北 ， 山东 ， 江苏 重庆 ,广东 ,浙江6月选考 ，山东 ,湖北 ,全国甲 北京 ，浙江1月选考 ,浙江6月选考 ,广东、 ，河北
考查 方向 离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选 择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型,离子交换膜可以 分为多种,在高考试题中,主要出现的是阳离子交换膜、阴离子 交换膜和质子交换膜三种,其功能是选择性通过某些离子和阻 断某些离子或隔离某些物质,从而制备、分离或提纯某些物质
学科 素养 证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养
续表
1.离子交换膜的作用
(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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2.分类和应用
3.离子交换膜类型的判断方法
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型，判断时首先写出
阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离
子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，
进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为
，则阴极区域有剩余，阳极区域的
穿过离子交换膜进入阴极室，与结合生成，故电解饱
和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
例 ［2023·湖北卷］我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海
水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且
溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为 。下列说法错误
的是( )
A.电极反应式为
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子
可穿过 膜
D.海水为电解池补水的速率为
√
[解析] 由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置， 电极与电源正极相
连，为电解池的阳极， 电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反
应为 ，阳极反应为 ，
电解池总反应为 ，
据此解答。
电极为阴极，发生还原反应，电极反应式
为 ，故A正确；
该装置工作时阳极无生成且 溶液的浓度不变，阳极发生的电极反应
为，为保持 浓度不变，则阴极产生的
要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；
膜可透气但不透液态水，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中动能
高的水分子即气态水而非液态水可穿过
膜，为电解池补水，使 溶液的
浓度不变，故C正确；
由电解总反应可知，每生成要消耗
，生成 的速率为，
则补水的速率也应是 ，故D错误。
跟踪训练
［2024·福建福州一中高二期中］钴 的合金材料广泛应用于航空航天、
机械制造等领域。电解法制备金属钴的装置示意图如下。下列说法正确的
是( )
A.石墨电极与电源的负极相连
B.电解过程中，Ⅱ室溶液的 减小
C.移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生
的反应不变
D.外电路每通过电子，Ⅲ室溶液质量理论上减少
√
[解析] 由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子
发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为 ，
Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换
膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动；
钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原
反应生成钴，电极反应式为 ，
Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子
通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解总反
应的离子方 程式为 。
石墨电极为阳极，则与电源的正极相连，A错误；
阳极放电生成的氢离子通过阳离子交换膜
由Ⅰ室向Ⅱ室移动，氯离子通过阴离子交换
膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，故电解过程中Ⅱ室
盐酸浓度变大， 减小，B正确；
移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的
反应变成氯离子失电子生成氯气，C错误；
由分析知，Ⅲ室阴极反应为 ，
氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，
当外电路每通过 电子时，有
和 脱离Ⅲ室，故Ⅲ室溶液质量理论上
减少 ，D错误。
练习册
1. 燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电
池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 为正极
B.负极反应式为
C.离子交换膜C为阳离子交换膜
D.高温条件下可以提高工作效率
√
[解析] 中为价，有强还原性， 有强氧化性，电池中，
在负极失去电子，所以电极是负极； 在正极得到电子，电极
为正极。由分析可知， 为正极，故A项正确；
根据工作原理图可知， 电极上
失去电子发生氧化反应，其电
极反应式为
，故B项正确；
由B项分析可知，电极区剩余，极反应式为，
电极区流出液为 溶液，在原电池中，阳离子向正极移动，所以电池放
电时从极区移向 极区，则
离子交换膜C为阳离子交换膜，
故C项正确；
高温条件下，过氧化氢分解速率
加快，不能提高工作效率，故D项错误。
2.钛酸是一种理想的嵌入型电极材料，与普通
石墨烯锂电池相比，电位比较高，安全性相对
较好，该原电池的工作原理如图所示。下列
说法正确的是( )
A.电极的电极反应式：
B.该隔膜为阴离子交换膜
C.电极的电极反应式：
D.当、两极质量变化差为时，理论上转移 电子
√
[解析] 由图中物质转化可知，电极 为负极，其电极反应式为
，电极 为正极，其电极反应式为
，A错误；
放电时， 由电池的负极移向正极，该隔膜
为阳离子交换膜，B错误；
电极 为正极，其电极反应式为
，C正确；
当、 两极质量变化之差为时，即有
由左侧极转移至右侧 极，理论上转移电子为 ，D错误。
3.工业上电解溶液制备和 的工作原理如图所示,下列
说法错误的是( )
A.电流由钛电极经 溶液流向不锈钢电极
B.阳极反应式为
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.当电路中有转移时,生成
√
[解析] 不锈钢电极为阴极,钛电极为阳极,则内电路中电流由钛电极经硫酸
锰溶液流向不锈钢电极,A正确;
钛电极为阳极,锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰,电极反应
式为 ,B正确;
不锈钢电极为阴极,锰离子在阴极得到电子发生还原反应生成锰,电极反应式
为,为防止阴极上 放电，
电解时溶液中硫酸根离子由阴极区经阴离子交换
膜进入阳极区,C错误;
当电路中有 转移时,阴极生成锰的质量为
,D正确。
4.［2024·湖南长沙高二期中］科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解
制备金属锰和二氧化锰工艺联用，实现同步制备金属锰和二氧化锰并实现
回收硫酸的目的，工艺原理如图所示，下列有关说法错误的是( )
A.阴极的电极反应式为
B.左侧为阳离子交换膜
C.右侧电解质溶液含有和，
可以防止产生 并提高溶液导电性
D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液
√
[解析] 根据电解装置可知，阴极生成氢气，发生得电子的还原反应，A错误；
根据电解装置可知， 从左侧迁移到中间室，左侧
为阳离子交换膜，B正确；
和 溶液呈酸性，可防止产生 ，
并提高溶液导电性，C正确；
实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液，因为
还原性强，会在阳极放电产生氯气，D正确。
5.［2024·江苏无锡高二期中］高铁酸钠 是一种新型绿色水
处理剂。工业上可用电解浓溶液制备 ，其工作原理如
图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是
( )
A.阳极反应式：
B.甲溶液可循环利用
C.离子交换膜 是阴离子交换膜
D.当电路中通过电子的电量时，理论上会有 生成
√
[解析] 阳极发生氧化反应，电极反应式：
，A正确；
阴极发生还原反应，水放电生成氢气和氢氧根离子，两端隔室中离子不能
进入中间室，则中间室中通过离子交换膜进入阴极区(左端)、 通
过离子交换膜 进入阳极区(右端)，则甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环
利用，B正确；
电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜 的是，故 为阳离子交
换膜，C错误；
阴极发生还原反应，水放电生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为
，当电路中通过电子的电量时，理论上
会有 生成，D正确。
6.三室式电渗析法处理含 废水的原理如图所示，在直流电源
的作用下，两膜中间的和 可通过离子交换膜，而两端隔室
中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后，在两极区均得
到副产品 。下列叙述正确的是( )
A.极电势高于 极电势
B.膜为阴离子交换膜， 膜为阳离子交换膜
C.阴极电极反应式为
D.当电路中通过电子时，阳极产生标准状况下的
√
[解析] 根据两极均得到副产品可知，Ⅱ室废水中的 移向Ⅰ室、
移向Ⅲ室，电解池中阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动，则Ⅰ室石
墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极；阴极所连的 极为电源负极，阳极所
连的极为电源正极。
由分析可知， 极为电源负极，极为电源正极，极电势低于极电势，A错误；
膜通过的是，故膜应为阳离子交换膜，膜通过的是，故 膜为阴
离子交换膜，B错误；
阴极上得电子生成氢气： ，然后迁移过来的铵根离子
和硝酸根离子生成硝酸铵，C错误；
阳极的氢氧根离子失去电子发生氧化反应生成氧气：
，则当电路中通过 电子时，阳极
会有生成，在标准状况下的体积为 ，D正确。
7.电解精炼铜的废液中含有大量的、 ，用惰性电极回收废
液中的铜、浓缩 溶液的装置如图所示。下列说法正确的是
( )
A.交换膜 为阳离子交换膜
B.若电极改为 ，仍可达到预期实验目的
C.极电极反应式：
D.当获得溶液时，最多回收
√
[解析] 该装置为电解装置，由图可知，两极室的与 通过交换膜进
入浓缩室，由离子移动方向可知电极为阳极，电极 为阴极。
由图可知，阳极区通过交换膜进入浓缩室，则交换膜 为阳离子交换
膜，阴极区通过交换膜进入浓缩室，则交换膜 为阴离子交换膜，故
A错误；
电极为阳极，电极上 发生氧化反应生成氯气，若电极改为，则
失电子生成，也会通过交换膜 进入浓缩室，则不能达到预期实验目
的，故B错误；
极为阴极，电极上发生还原反应生成，电极反应式为
，故C错误；
若浓缩室得到 溶液，则有
进入浓缩室，电路中有电子通过，
可析出 ，其质量为 ，故D正确。
8.［2024·湖北武汉高二期中］科学家近年
发明了一种新型光电催化装置，它能将
葡萄糖和 转化为甲酸盐，如图所示。
光照时，光催化电极产生电子和
空穴，图中的双极膜中间层中的
会解离产生和 。下列说法
错误的是( )
A.光催化电极 的反应为
B.双极膜中间层中的 在外电场作用
下向光催化电极 移动
C.理论上电路中转移 时可生成
D.阳极区和阴极区的 均减小
√
[解析] 光照时，光催化电极 产生电子
和空穴 ，电子沿导线经过电源到达
光催化电极 处，则光催化电池为阳极，
光催化电极 为阴极。
该装置可以将葡萄糖转化为甲酸盐，
在电极处得到空穴 生成 ，
电极反应式为，故A正确；
电解池中阳离子向阴极移动，则双极膜中间层中的 在外电场作用下向光
催化电极 移动，故B正确；
，
在光催化电极 处得到电子生成 ，
电极反应式为 ，
理论上电路中转移 时可以在光催化
电极处得到 ，另外光催化电极
处得到 ，共可生成 ，
故C错误；
由阳极反应式可知，光催化电极 处消耗的多于双极膜迁移过来的 ，
氢氧根离子浓度减小，减小，电极 处生成的 少于双极膜迁移过来的
，然后和 溶液反应使溶液 减小，故D正确。
9.［2024·陕西宝鸡高二期中］某科研小组研究采用 膜堆(示意图如下)，
模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。 膜堆包括阳离子交换膜、
阴离子交换膜和双极膜、 。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，生成和 。下列说法错误的是( )
A.电极 连接电源的正极
B.B为阳离子交换膜
C.电解质溶液采用 溶液可
避免有害气体的产生
D.Ⅱ口排出的是淡水
√
[解析] 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 为阳极，连接电源的正极，A正确；
水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离
子交换膜，B错误；
电解质溶液采用 溶液，电解时生成氢
气和氧气，可避免有害气体的产生，C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正确。
10.“电解法”制备氢碘酸的装置如图
所示。其中双极膜 是阴、阳
复合膜，在直流电作用下复合层间
的解离成和 (少量会
因为浓度差通过 膜)。下列
说法正确的是( )
A.极的电势比 极的低
B.A、B膜均为阳离子交换膜
C.若撤去A膜，对该电解池的
工作无影响
D.电解过程中，图中三处
溶液的 均不变
√
[解析] 根据题中信息B膜右边进入
，出去 ，说明钠离子穿
过B膜进入右边，根据阳离子向阴
极移动，则右侧石墨电极为阴极，
极为负极，左侧石墨电极为阳极，
极为正极。
根据分析 极为正极，极为负极，
则极的电势比 极的高，故A错误。
钠离子穿过B膜进入右边，因此B膜
为阳离子交换膜，左侧石墨电极为
阳极，水失去电子生成氧气和氢离子，
氢离子穿过A膜进入右边，与
中迁移过来的生成，与少
量迁移过来的生成 ，因此A、
B膜均为阳离子交换膜，故B正确。
若撤去A膜，由于少量的碘离子在
阳极失去电子变为碘单质，因此对该电解池的工作有影响，故C错误。
电解过程中，阳极上水失去电子生成
氧气和氢离子，氢离子穿过A膜进入
右边，阳极区溶液体积减小，则左侧
增大；中间室中
与反应产生， 溶液
浓度减小；最右侧双极膜向阴极提
供，阴极上放电产生，最
右侧 溶液浓度不变，故D错误。
快速核答案
解题策略
例 D 跟踪训练 B
练习册
1.D 2.C 3.C 4.A 5.C
6.D 7.D 8.C 9.B 10.B
