《2023年高考化学热点专项导航与精练（新高考专用）》专项23 膜在电化学中的应用（原卷版）

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第三篇化学反应与能量

专项 23 膜在电化学中的应用

近年来，新型电化学装置中的“膜”层出不穷，高考试题中往往以此为契入点，考查电化学基础知

识。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。因为一般在应用时

主要是利用它透过的离子，所以也称为离子选择透过性膜。隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。

离子交换膜分三类：(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，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。隔膜的作用：(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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

1．(2022•全国甲卷)一种水性电解液 Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH 溶液中，Zn2+以

Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )

A．Ⅱ区的 K+通过隔膜向Ⅲ区迁移

B．Ⅰ区的 SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移

C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O

D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O

【答案】A

【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区 Zn 为电池的负极，电极反应为 Zn-2e-+4OH-

=Zn(OH) 42-，Ⅰ区 MnO2为电池的正极，电极反应为 MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于

两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此

可以得到Ⅰ区消耗 H+，生成 Mn2+，Ⅱ区的 K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的 SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗 OH-，生成

Zn(OH) 42-，Ⅱ区的 SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的 K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的 K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B

项，Ⅰ区的 SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为 MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正

确；D项，电池的总反应为 Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；故选 A。

2．(2022•山东卷)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境 pH 稳定，借助其降解乙酸盐生成

CO2，将废旧锂离子电池的正极材料 LiCoO2转化为 Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至

甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )

A．装置工作时，甲室溶液 pH 逐渐增大

B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸

C．乙室电极反应式为 LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-

D．若甲室 Co2+减少，乙室 Co2+增加，则此时已进行过溶液转移

【答案】BD

【解析】A项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被

氧化为 CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生 Co 单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳

膜进入阴极室，溶液变为NaCl 溶液，溶液由碱性变为中性，溶液 pH 减小，A错误；B项，对于乙室，正

极上 LiCoO2得到电子，被还原为 Co2+，同时得到 Li+，其中的 O与溶液中的 H+结合 H2O，因此电池工作一

段时间后应该补充盐酸，B正确；C项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在 OH-，乙室电极反应式为：

LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；D项，若甲室 Co2+减少 200 mg，电子转移物质的量为 n(e-)=

，乙室 Co2+增加 300 mg，转移电子的物质的量为 n(e-)= ，说

明此时已进行过溶液转移，D正确；故选 BD。

3．(2021•全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的

双极膜中间层中的 H2O解离为 H+和OH-，并在直流电场作用下分别问两极迁移。下列说法正确的是( )

A．KBr 在上述电化学合成过程中只起电解质的作用

B．阳极上的反应式为： +2H++2e-= +H2O

C．制得 2mol 乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol 电子

D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移

【答案】D

【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，

阳极上 Br-被氧化为 Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的 H+在直流电场作用下移向阴极，OH-

移向阳极。A项，KBr 在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成

的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故 A错误；B项，阳极上为 Br-失去电子生成 Br2，Br2将乙二醛氧

化为乙醛酸，故 B错误；C项，电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol 乙二酸生成 1mol 乙醛酸转移电子

为2mol，1mol 乙二醛生成 1mol 乙醛酸转移电子为 2mol，根据转移电子守恒可知每生成 1mol 乙醛酸转移

电子为 1mol，因此制得 2mol 乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol 电子，故 C错误；D项，由上述分析

可知，双极膜中间层的 H+在外电场作用下移向阴极，即 H+移向铅电极，故 D正确；故选 D。

4．(2021•辽宁选择性考试)利用 (Q)与电解转化法从烟气中分离 CO2的

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