孟凡盛
一、高考真题中的“膜”
【例1】（2020年全国I卷第12题）科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是（）
A.放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH- =Zn（OH）42-
B.放电时，l mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C.充电时，电池总反应为2Zn（OH）42-=2Zn+O2↑+ 4OH-+2H2O
D.充电时，正极溶液中OH- 浓度升高
【解析】读图知，放电时，活泼金属锌失去电子被氧化为四羟基锌酸根，故负极反应为：Zn-2e-+4OH- = Zn（OH）42-，A正确;放电时，CO2（+4价碳）在正极得到电子被还原为HCOOH（+2价碳），碳的化合价降低2，故1 mol CO2转化为HCOOH时转移的电子物质的量为2 mol，B正确;图中虚线表示充电时物质变化过程，充电时负极反应为：2Zn（OH）42-+4e-=2Zn+8OH-，正极反应为放氧生酸：2H2O-4e-=O2↑+4H+，两极生成的氢离子和氢氧根离子在双极隔膜上结合成4 mol H2O，生成的4 mol H2O与正极消耗的2 mol H2O相减，总反应中净生成2 mol H2O，故充电时，电池总反应为2Zn（OH）42-=2Zn+ O2↑+4OH-+ 2H2O，C正确;充电时，正极反应为放氧生酸，溶液中H+浓度增大，溶液中c（H+）·c（OH-）=KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH-浓度降低，D错误。
【答案】D
【启示】本题利用新型电池创设情境，考查学生的电化学基础知识和观察理解能力。双极隔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-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源。中学教材没有涉及双极隔膜的相关知识，试题也没有提供信息，高考真题给我们的启示就是高三复习时应适当拓展挖掘更多电化学装置中“膜”的知识。
二、常见的离子交换膜
1.离子交换膜
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。
2.离子交换膜分类
（1）阳离子交换膜是对阳离子有选择透过性作用的膜，简称阳膜（C）;单价选择性阳离子交换膜是对+1价阳离子有选择透过性作用的膜，简称单价阳膜（SC）;质子交换膜（PEM）是对质子或H+有选择透过性作用的膜。
（2）阴离子交换膜是对阴离子有选择透过性作用的膜，简称阴膜（A）;单价选择性阴离子交换膜是对-1价阴离子有选择透过性作用的膜，简称单价阴膜（SA）。
（3）两性离子交换膜既可以作为阳离子交换膜又可以作为阴离子交换膜。
（4）双极性膜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-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源。双极性膜简称双极膜（BM）。
3.离子交换膜的性能
性能优良的离子交换膜，选择透过性好，导电能力强。
三、2021年高考电化学“膜”试题预测
【预测1】我国学者以新型的Fe-SnO2为双功能催化剂实现室温条件下电催化固氮产氨和硝酸，电解质溶液为稀硝酸和稀氨水，原理如图所示，双极膜能将H2O解离成H+和OH-。下列说法正确的是（ ）
A.电解时双极膜产生的H+向右侧正极室移动
B. Fe-SnO2能同时降低氮气还原和氧化的活化能
C.阴极反应为N2+6H2O-10e-=2NO3-+12H+
D.总反应为4N2+9H2O3NH4NO3+2NH3
【解析】室温“一箭双雕”式固氮具有良好的商业前景，体现“学术探索情境”的最新高考命题动向，通过提供语言简洁信息丰富的图文，考查考生宏观辨识与微观探析的核心素养。读图知，右侧氮气得到电子发生还原反应的电极是电解池的阴极（负极），左侧氮气失去电子发生氧化反应的电极是电解池的阳极（正极），电解时溶液中离子移动方向符合“阴阳相吸”，即阴离子移向阳极、阳离子移向阴极，故双极膜产生的带正电荷的氢离子移向左侧阴极室，A错误;根据教材所学知识可以得知，工业固氮是氮气与氢气在高温高压催化剂条件下进行的氮还原反应，工业上利用氮气制备硝酸的第一步是氮气与空气中的氧气在放电条件下进行氮氧化反应，苛刻的反應条件意味着上述两个反应有很高的活化能，题干中双功能催化剂实现室温条件下电催化固氮产氨和硝酸，说明Fe-SnO2能同时降低氮气还原和氧化的活化能，B正确;电解池的阴极发生氧化剂得电子的还原反应，故阴极反应为N2+6H2O +6e-=2NH3+6OH-，从电极反应失电子的形式就可以判断C错误;电解池阳极发生还原剂失电子的氧化反应，阳极反应为N2+6H2O-10e-=2NO3-+12H+，双极膜使阴极生成的氨与阳极生成的硝酸不能接触，故总反应为4N2+9H2O3HNO3+5NH3，D错误。
【答案】B
【预测2】海水淡化是解决沿海城市饮用水问题的关键技术。下图是电渗析法淡化海水的装置工作原理示意图（电解槽内部的“┆”和“│”表示不同类型的离子交换膜）。工作过程中b电极上持续产生Cl2。下列关于该装置的说法错误的是（ ）
A.工作过程中b极电势高于a极
B.“┆”表示阴离子交换膜，“│”表示阳离子交换膜
C.海水预处理主要是除去Ca2+、Mg2+等
