2026年高考化学二轮复习（全国）微专题04 离子交换膜及其应用（讲义）（原卷版）

微专题04电化学装置中的离子交换膜及其应用目录第一部分考情精析第二部分重难考点深解【考点01】电化学装置中的离子交换膜类型【考点02】电化学装置中的离子交换膜的应用【考点03】离子交换膜在多室电解池中的应用第三部分解题思维优化【题型01】考查原电池装置中的离子交换膜的分析与应用 【题型02】考查电解池装置中的离子交换膜的分析与应用 【题型03】考查离子交换膜的多池装置中的的分析与应用 核心考向聚焦主战场转移：侧重陌生装置与工业场景，新增双极膜考查，融合离子迁移与定量计算。核心价值：依托电化学离子交换膜应用，考查信息提取与分析能力，落实证据推理与模型认知的化学核心素养。关键能力与思维瓶颈关键能力：本专题重点考查装置分析、离子迁移方向判断的逻辑推理能力，陌生情境下信息提取与模型构建能力，及结合膜类型的电化学定量计算与应用能力。培优瓶颈：尖子生易在陌生工业装置与双极膜复合体系中判断离子迁移方向出错，对膜功能与电极反应的关联分析不透彻，定量计算时忽略膜介导的离子守恒，模型构建与实际场景的衔接存在思维断层。命题前瞻与备考策略预测：2026年高考中，将结合工业制备、能源转化真实场景，聚焦双极膜、复合膜体系，综合考查离子迁移、电极反应与定量计算，侧重模型构建与实际应用能力。策略：备考应精研膜型与离子迁移逻辑，结合工业场景练建模，强化定量计算与综合分析。重点训练：1.练陌生装置拆解，精准判断膜类型与离子迁移方向；2.强化双极膜/复合膜体系的电极反应与守恒分析；3.结合工业场景做电化学定量计算与模型构建。

考点01电化学装置中的离子交换膜类型一、重难知识梳理1．离子交换膜的概念离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2．离子交换膜的类型（1）阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn－2e－=Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e－=Cu③Zn2＋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)（2）阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)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－=I2③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－=IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)（3）质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①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→原电池正极(或电解池的阴极)（4）双极膜双极膜由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源3.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。4.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余,（2）根据溶液呈电中性,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,阴极反应为2H++2e-H2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-形成NaOH溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。5.“离子交换膜”电解池的解题思路（1）分清隔膜类型：即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜；（2）写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；（3）分析隔膜作用：在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险；（4）利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。二、培优瓶颈及突破策略1、培优瓶颈表现尖子生在本考点的瓶颈核心的是“辨膜不准、关联不足、应用不活”，具体表现为三点：（1）对常见离子交换膜（阳离子、阴离子、质子、双极膜）的本质区别掌握不透彻，仅记外观特征，无法结合离子半径、电荷、反应需求判断膜类型，尤其易混淆双极膜与普通离子膜的功能差异；（2）不能将膜类型与电化学装置（电解池、原电池）的电极反应、离子迁移规律深度关联，判断离子迁移方向时忽略膜的限制作用，导致电极反应式书写失误；（3）面对陌生工业场景中的复合膜体系，无法快速拆解膜的作用，难以建立“膜类型—离子迁移—电极反应—产物生成”的逻辑链条，模型构建能力不足，应对综合设问时思路断层。（4）部分尖子生存在“思维定式”，习惯套用常规题型的膜类型判断方法，面对新型膜（如选择性离子膜）或变式装置时，无法灵活调整分析角度，易出现“会做常规题、难破新情境”的问题，且对膜的选择依据缺乏逆向推理能力，难以解释“为何选用该种膜”的设问。2、突破策略（1）夯实基础，精准辨膜：聚焦四种核心膜类型，对比梳理离子透过性、功能用途、典型场景，拒绝机械记忆，结合“离子电荷匹配”“反应需求适配”总结判断技巧，如阳离子膜允许阳离子透过、双极膜可解离出H+和OH-，针对性突破双极膜这一易错点，通过对比表格强化区分。（2）建立逻辑，关联应用：构建“膜类型→离子迁移方向→电极反应→装置目的”的核心逻辑链，每道习题均按此流程拆解分析，刻意训练“由膜判离子、由离子写反应”的逆向思维，强化膜与电极反应、产物提纯、防副反应等核心目的的关联记忆。（3）靶向刷题，突破新情境：精选陌生工业场景（如电解制备、能源转化）中的复合膜真题、优质模拟题，限时训练装置拆解能力，重点练习“膜类型判断+离子迁移分析+理由阐述”类设问，总结不同场景下膜的选择规律，积累新型膜的考查角度，提升模型迁移能力。（4）错题复盘，精准补漏：整理膜类型判断失误、离子迁移分析错误的错题，标注错误原因（如辨膜失误、逻辑断层），定期复盘，针对性强化薄弱点，同时通过变式训练检验掌握程度，避免思维定式，确保既能精准辨膜，也能灵活应用膜的功能解决综合问题。

考点02电化学装置中的离子交换膜的应用一、重难知识梳理1.平衡左、右两侧电荷，得到稳定电流甲池中发生反应Zn－2e－＝Zn2＋，导致c(Zn2＋)增大，乙池中发生反应：Cu2＋＋2e－＝Cu，导致c(Cu2＋)减小，而阳离子交换膜只允许阳离子和分子通过，故要得到稳定的电流，甲池中的Zn2＋通过离子交换膜进入乙池，保持溶液中的电荷平衡，而阴离子并不通过交换膜，所以c(SOeq\o\al(2－,4))保持不变2.能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应电解饱和食盐水过程分析阳极室中电极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质阳离子交换膜的作用只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量3.制备某些特定产品用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示图中离子移动的方向是Na＋(阳离子)穿过阳离子交换膜向左池移动，左池为阴极室，a为阴极；SOeq\o\al(2－,3)(阴离子)穿过阴离子交换膜向右池移动，右池为阳极室，b为阳极，左池中阴极电极反应式：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，导致阴极区域c(OH－)增大，放置阳离子交换膜可让Na＋向阴极定向移动，从而产生高浓度的NaOH溶液。右池中阳极电极反应式：SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O＝SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋，阳极室中阴离子交换膜可使SOeq\o\al(2－,3)移向阳极，而发生上述反应，故在阳极区产生高浓度的硫酸。二、培优瓶颈及突破策略1、培优瓶颈表现尖子生在本考点的核心瓶颈的是“应用脱节、逻辑模糊、细节疏漏”（1）无法将膜的应用与工业实际、装置目的深度结合，仅掌握基础用途，面对电解制备、废水处理等场景，难以判断膜的选择依据及作用；（2）对膜在“防副反应、提纯产物、调节pH”中的具体原理分析不透彻，无法理清离子迁移与装置功能的内在关联；（3）忽略细节，如膜的选用与电极反应、离子浓度的匹配性，答题时遗漏关键理由，且难以规范表述膜的应用逻辑。2、突破策略（1）聚焦核心，分类突破：按“防副反应、提纯产物、调节体系pH”三大应用场景分类梳理，结合典型例题，明确不同场景下膜的选择标准及作用原理，拒绝零散记忆。（2）强化逻辑，规范表达：刻意训练“场景分析→膜的作用→离子迁移逻辑→结论”的答题思路，规范表述膜的应用理由，避免遗漏关键要点。（3）靶向精练，查漏补缺：精选工业场景真题，限时练习膜的应用判断与原理阐述，复盘错题，重点突破“膜的选择与装置目的不匹配”的易错点，提升知识应用与细节把控能力。

考点03离子交换膜在多室电解池中的应用一、重难知识梳理多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。1.两室电解池①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱阳极室中电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。2.三室电解池（1）利用双膜三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。阳极室NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋吸收液(或污水)NHeq\o\al(＋,4)通过阳离子交换膜进入中间室；NOeq\o\al(－,3)通过阴离子交换膜进入中间室阴极室NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O产品（中间室）8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。说明：阴极的NO被还原为NHeq\o\al(＋,4)：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O，NHeq\o\al(＋,4)通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NOeq\o\al(－,3)：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋，NOeq\o\al(－,3)通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。（2）利用双膜三室处理吸收液(吸收了烟气中的SO2)(或污水)阳极室HSOeq\o\al(－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋或SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋吸收液(或污水)Na＋穿过阳膜进入阴极室(左室)；HSOeq\o\al(－,3)和SOeq\o\al(2－,4)穿过阴膜进入阴极室(右室)阴极室2H2O＋4e－=2OH－＋H2↑、HSOeq\o\al(－,3)＋OH－=SOeq\o\al(2－,3)＋H2O产品阳极室：较浓的硫酸；阴极室：左室亚硫酸钠说明：阴极水电离出的H+被还原为H2：2H2O＋4e－=2OH－＋H2↑，HSOeq\o\al(－,3)与OH－生成SOeq\o\al(2－,3)，中间室的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室，得到亚硫酸钠；中间式室的HSOeq\o\al(－,3)或SOeq\o\al(2－,3)通过阴离子交换膜进入阳极室被氧化为SOeq\o\al(2－,4)：HSOeq\o\al(－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋或SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋，得到较浓的硫酸溶液。3.多室电解池利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。阳极室2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阴极室4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－原料室B(OH)eq\o\al(－,4)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室产品室H＋＋B(OH)eq\o\al(－,4)=H3BO3＋H2O说明：电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2POeq\o\al(－,2)穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。4.电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子二、培优瓶颈及突破策略1、培优瓶颈表现尖子生在本考点的核心瓶颈是“多室拆解困难、膜型匹配失误、守恒逻辑薄弱”。（1）面对三室及以上电解池，无法快速拆分各室功能，难以理清电极反应与离子迁移的对应关系，易混淆不同室间的离子流动方向；（2）对多室体系中膜的选择依据判断不准，忽略“膜类型与各室产物、反应需求的匹配性”，尤其在复合膜（如双极膜+离子膜）组合应用中易出错；（3）定量计算时，未能结合多室结构、膜的透过性梳理离子守恒关系，易遗漏跨膜迁移的离子，导致计算偏差；（4）答题时难以规范阐述“膜的作用+离子迁移逻辑+产物生成”的完整思路，关键要点遗漏或表述混乱。2、突破策略（1）拆解多室，明确功能：核心训练“多室→电极→反应→离子迁移”的拆解思路，先判断电极类型及各室反应目的，再结合膜的透过性，梳理离子跨膜流动规律，绘制简单示意图辅助分析，突破多室结构的认知难点。（2）聚焦匹配，精准选膜：分类总结多室电解池（制备型、提纯型、废水处理型）的膜选择规律，结合典型例题，明确“各室产物需求→离子迁移方向→膜类型匹配”的逻辑链，强化复合膜体系的分析能力。（3）强化守恒，规范计算：重点训练结合膜透过性的离子守恒、电荷守恒应用，做题时标注跨膜迁移的离子种类及量的关系，避免计算疏漏；同时规范答题表述，刻意练习“膜的作用+离子迁移+反应原理”的连贯阐述。（4）靶向复盘，突破易错：精选多室电解池真题、优质模拟题，限时训练，复盘“膜型判断失误、离子迁移混乱、计算偏差”类错题，总结规律，提升多室体系的综合分析与应用能力，确保贴合考点要求。

题型01考查原电池装置中的离子交换膜的分析与应用 典｜例｜精｜析典例1（2025·江西卷）我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池(如图)。下列说法错误的是已知：为铜基普鲁士蓝()A．中的铁为价 B．交换膜为阴离子交换膜C．洗脱目的是去除电极吸附的 D．溶液可电解再生电池负极典例2（2025·广东卷）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上A．负极反应的催化剂是ⅰB．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同变｜式｜巩｜固变式1（2026·湖南株洲·一模）金属Bi对全钒液流电池负极有催化作用，放电时负极反应分两步进行，其中一步为：，电池工作原理如图所示，下列有关说法错误的是A．放电过程中从a极区向b极区移动B．充电时，b极区的物质的量增大C．充电时a极的电极电势小于b极D．放电时另一步负极电极反应式：变式2（2026·湖北孝感·一模）工业上可采用微生物电池处理含()的废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是A．电极Y表面发生的第二步电极反应式为：B．每处理有通过质子交换膜从右向左迁移C．工作一段时间后，酸性增强不利于菌落存活，电池效率降低D．该电池每消耗标准状况下，正极室质量增加32g变式3（2026·甘肃酒泉·一模）钾-氧电池是一种新型电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是A．隔膜允许通过，不允许通过B．放电时，电流由电极沿导线流向电极C．放电时，每生成的质量与消耗的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗钾时，铅酸蓄电池消耗水变式4【原创题】以Al和为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，其工作原理如图所示。放电时转化为，下列说法错误的是A.放电时，Al电极为负极，发生氧化反应B.放电时，正极的电极反应式为：NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-C.放电时，OH-通过阴离子交换膜从Al电极区移向NiO(OH)电极区D.若电路中转移0.3mol电子，理论上正极区质量增加3.3g

题型02考查电解池装置中的离子交换膜的分析与应用 典｜例｜精｜析典例1（2025·全国卷）某研究小组设计如下电解池，既可将中性废水中的硝酸盐转化为氨，又可将废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。电解时，下列说法错误的是A．阳极区下降B．从阴极区向阳极区迁移C．阴极发生反应D．阴极转化，阳极将生成典例2（2025·湖南卷）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是A．电解过程中，向左室迁移B．电解过程中，左室中的浓度持续下降C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色D．完全转化为的电解总反应：变｜式｜巩｜固变式1（2026·四川绵阳·二模）下图所示装置可用于制备。向、两室各加入溶液，经测定，当装置工作时，除制得一定量，还在电极表面收集到气体，电解效率，忽略其他副反应和溶液体积变化。已知：电解效率下列说法正确的是A．a极上的电极反应为B．工作一段时间后，a、b两室溶液浓度均不变C．室与室收集到的气体的物质的量之比为D．时，制得的浓度为变式2（2026·四川广安·一模）用下图所示装置（表示斜发沸石）分离海水中的和，料液（含和）先流过斜发沸石，吸附和，然后通电，双极膜产生的将交换下来，将交换下来，得到A溶液。下列说法中错误的是A．通电后，A溶液中含不含B．通电后，若海水中，则A溶液中的溶质是KI和HIC．通电一段时间后，将阴、阳极区的斜发沸石对调，继续通电，此时斜发沸石内仍不会发生氧化还原反应D．通电时，若外电路转移，则有被双极膜解离变式3（2025·重庆·一模）某科研团队研究了以铜基配合物电催化还原的装置如图所示，其外接电源为高铁电池()，下列说法正确的是A．电源a端发生反应：B．电解一段时间后，阴极区附近溶液的pH减小C．该铜基配合物中配体与配位键的数目之比为1：1D．外接电源内消耗65gZn，阳极室溶液质量减少18g变式4【原创题】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理可表示为用该电池电解含锰酸性废水可得到，装置如图所示。下列说法错误的是A．阳离子膜可阻止a区的OH-进入b区，避免其与b区的Cl-在阳极发生副反应B．当N极质量增加1.4g时，有由c区移动至b区C．阳离子膜允许Na由b区移向a区，可维持a区的电荷平衡D．Y极电极反应式为

题型03考查离子交换膜的多池装置中的的分析与应用典｜例｜精｜析典例1（2025·云南卷）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。除硼原理：。下列说法错误的是A．Pt电极反应：B．