近几年全国卷高考电化学装置一般都带有离子交换膜，此类题目新颖度高，学生因理不清交换膜与阴、阳离子移动方向的关系而出现错误。在电化学中常见的离子交换膜有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜、双极膜。离子交换膜能将两级区隔离，阻止两级区产生物质的接触，防止发生化学反应，能选择性地通过离子，起到平衡电荷形成闭合回路的作用。纵观近几年的高考真题，“含膜”考题中往往借助离子交换膜进行物质制备、分离、除杂等。那么在情境化试题中，常常涉及离子交换膜类型未知的情况，如何快速、精准地判断出离子交换膜的类型凸显学生运用化学知识解决实际问题的知识迁移能力。

一、必备知识

1.离子交换膜的特点

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，离子交换膜是由高分子特殊材料制成。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，也称为离子选择透过性膜。

交换膜上有很多微孔(以阳离子交换膜为例)，孔道上有许多带电荷的基团，阳离子可以自由通过，阴离子移动到孔道处，受到孔道带负电荷基团的排斥而不能进入孔道，因而不能透过交换膜。

双极隔膜:是种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H^＋和OH^－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。

2.离子交换膜的类别

依据选择性透过离子的种类，常见离子交换膜分四类:

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，阴离子不能通过。

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，质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H^＋)通过，其他离子不能通过。

④双极膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。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^－并分别通过阴膜和阳膜，作为H^＋和OH^－的离子源。

注意：离子交换或迁移依据电荷守恒，离子迁移数目不一定相同。

3.离子交换膜的作用

4.离子定向迁移数目的计算

从不同的角度来看，离子的迁移数有两种计算方法，即可根据电极反应式计算－－总反应的方程式应符合电中性原则；或根据外电路转移电子数等于内电路迁移的电荷数计算。

二、关键能力：离子交换膜类型的判断

1.考向一：单膜类型判断

(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。下列说法错误的是

2.考向二：双膜类型判断

(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。Zn^2＋以[Zn(OH)₄]^2－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是

B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移1mol 电子时，模拟海水理论上除盐58.5g

D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1

【答案】B

考向三：多膜类型判断

多膜存在情况多用于电解池，多膜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，将电解池分为三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。例如：利用“四室电渗析法”制备H₃PO₂(次磷酸)，其工作原理如图所示。

D．Ⅱ口排出的是淡水

【答案】B

2.利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是( )

A.N室中硝酸溶液浓度a%＞b%

B.A、C为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜

C.M、N 室分别产生氧气和氢气

D.产品室发生的反应为NH₄^＋＋OH^－=NH₃·H₂O

【答案】D

三、带隔膜电化学装置的分析思路及膜类型判断

解答步骤第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。

1.带隔膜电化学装置的正向设问及分析思路

3.离子交换膜类型的判断方法

(1)根据离子交换膜的作用判断离子交换膜的类型，其方法为:首先判断目的是否为制备特定产品，如果是，则根据 所制备的产品，离子发生定向移动得到产品；其次判断离子交换膜是否为阻止副反应的发生，如果是，则某些离子不能移动到能发生副反应的区间；如果两者都不是，则根据电中性原则进行判断.。

(2)依据电解质溶液呈电中性的原理，判断膜的类型，判断时首先要写出阴、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；依据该电极附近电解质溶液满足电荷守恒原则，判断出离子移动的方向、进而确定离子交换膜的类型。

四、学科价值：含膜电池在生产、生活中的应用

题点(一)　利用交换膜进行物质的分离与提纯

1.三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图，下列说法正确的是

2.电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水的分离。下列说法正确的是

A.离子交换膜b为阳离子交换膜

B.各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水

C.通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显

D.淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值

【答案】B

题点(二)　利用交换膜进行物质制备

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。

1．高铁酸钠(Na₂FeO₄)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na₂FeO₄的原理如图所示。下列叙述错误的是(　　)

2．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。碳中和，简单地说就是实现二氧化碳的“零排放”。某高校研究团队提出，利用TiO₂基催化剂光催化还原CO₂转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na₂FeO₄，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

题点(三)　利用交换膜进行污水处理

1.已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li₂S，LiPF₆·SO(CH₃)₂为电解质，用该电池作电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示(实验结束后，b中NaCl溶液浓度变大)。下列说法错误的是(　　)

【答案】C