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第35讲　多池、多室的电化学装置
一、选择题（本题包括8小题，每小题只有一个选项符合题意）
1.如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是（　　）
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B.甲池中负极反应式为N2H4－4e－N2↑＋4H＋
C.甲池和乙池中溶液的pH均减小
D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
2.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质（如硫酸钾、碳酸钾等）的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（　　）
A.电极N为阳极，电极M上H＋发生还原反应
B.电极M的电极反应式为4OH－－4e－2H2O＋O2↑
C.d处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液
D.b处每产生11.2 L气体，必有1 mol K＋穿过阳离子交换膜
3.（2024·昆明模拟）利用电化学原理，模拟工业电解法来处理含Cr2废水，如图所示，甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5；乙池中Cr2被Fe2＋还原，产物中的Cr3＋和Fe3＋随溶液pH提高转化为氢氧化物而除去。下列叙述正确的是（　　）
A.石墨Ⅱ附近发生的电极反应为2H2O＋O2＋4e－4OH－
B.工作时，甲池内的N向石墨Ⅱ移动
C.乙池中Fe（Ⅱ）棒上发生的电极反应为Fe－2e－Fe2＋
D.若溶液中减少了0.2 mol Cr2，则电路中至少转移了2.4 mol电子
4.（2024·佛山模拟）通过电解含锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，其工作原理如图，下列说法不正确的是（　　）
A.惰性电极a连接电源的负极
B.膜X类型为阳离子交换膜
C.Ⅲ室发生的电极反应：Mn2＋－2e－＋2H2OMnO2↓＋4H＋
D.当电路中通过1 mol电子时，从溶液中回收锰元素的质量为55 g
5.（2024·成都模拟）利用甲醇燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，电极a和b都是石墨电极。该装置工作一段时间后，a电极没有气体放出，那么在这段时间内，下列说法正确的是（　　）
A.硫酸铜溶液中Cu2＋浓度减小，若使CuSO4的浓度恢复原状可加入CuCO3
B.燃料电池工作时，负极反应式为CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
C.a电极作电解池的阳极
D.同温同压下，b电极产生的气体与电池中消耗甲醇的物质的量之比为3∶1
6.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2（OH）2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑二氧化碳的溶解）。则电解过程中转移电子的物质的量为（　　）
A.0.4 mol B.0.5 mol
C.0.6 mol D.0.8 mol
7.（2024·邵阳模拟）高矿化度矿井水节能脱盐新技术是利用有机物（C8H18）和水作电极反应物的电解池，借助离子交换膜进行离子交换脱盐，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
A.每脱除1 mol NaCl，外电路转移2 mol电子
B.反应过程中阳极室的pH变小
C.标准状况下，每消耗11.2 L氧气，电路中转移1 mol电子
D.负极的电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－8CO2↑＋50H＋
8.用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B（OH）3]的工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过）。下列有关说法正确的是（　　）
A.阴极与阳极产生的气体体积之比为1∶2
B.b极的电极反应式为2H2O－2e－O2↑＋4H＋
C.产品室中发生的反应是B（OH）3＋OH－
D.每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
二、非选择题（本题包括2小题）
9.（2024·泰安模拟）Ⅰ.高铁酸钠（Na2FeO4）是一种高效多功能水处理剂，在强碱性条件下稳定，易被H2还原。以铁合金、Ni为电极，电解NaOH溶液制取Na2FeO4的装置如图1所示。
（1）①电解后，左、右两侧溶液的pH大小关系为pH（左）　　　　pH（右）（填“＞”“＜”或“＝”）。
②如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，则铁合金应与铅酸蓄电池的　　　　（填“Pb”或“PbO2”）相连。阳离子交换膜每通过1 mol Na＋，铅酸蓄电池的负极将增重　　　　g。
Ⅱ.二氧化氯是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂，工业上有多种制备方法。其中一种方法是用惰性电极电解氯化铵和盐酸，原理如图2。
（2）“气体X”是　　　　（写化学式）。
（3）c的电极反应式为　　　　　　　。
10.如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5％ NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10％ K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47％，乙中c电极质量增加。则：
①电源的N端为　　　　极；
②电极b上发生的电极反应为　　　　　　　；
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为　　　　L；
④电解前后丙中溶液的pH　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行？　　　　（填“能”或“不能”），原因是　　　　　　　
　　　　　　　。
第35讲　多池、多室的电化学装置
1.C　该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极。阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式中不会出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，其质量为12.8 g，D错误。
2.B　根据图示，K＋移向电极N，所以电极N是阴极，电极M是阳极，OH－在阳极发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－2H2O＋O2↑，A错误，B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，C错误；电极N是阴极，H＋在阴极发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol，D错误。
3.D　甲池工作时，石墨Ⅰ为负极，负极上NO2发生氧化反应生成N2O5，石墨Ⅱ为正极，正极上O2发生得电子的反应生成N，正极反应式为O2＋4e－＋2N2O54N，A错误；石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ为正极，甲池内的N向石墨Ⅰ移动，B错误；乙池中Fe（Ⅰ）棒为阳极，发生的电极反应为Fe－2e－Fe2＋，Fe（Ⅱ）棒为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－H2↑，C错误；因为Cr2～6Fe2＋～12e－，所以若溶液中减少了0.2 mol Cr2，则电路中至少转移了2.4 mol电子，D正确。
4.B　由图可知，在Ⅰ室中Mn2＋得到电子生成Mn，电极反应式为Mn2＋＋2e－Mn，故惰性电极a是阴极，连接电源负极，A正确；通过电解含锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，惰性电极a是阴极，在Ⅰ室中Mn2＋得到电子生成Mn，由电荷守恒可知，多余的S通过膜X进入Ⅱ室得到H2SO4产品，膜X类型为阴离子交换膜，B错误；惰性电极b是阳极，Mn2＋在阳极失去电子生成MnO2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2OMnO2↓＋4H＋，C正确；由A、C项的电极反应式可知，转移1 mol电子时，生成0.5 mol Mn和0.5 mol MnO2，所以从溶液中回收锰元素的质量为1 mol×55 g·mol－1＝55 g，D正确。
5.A　由图可知，左侧为原电池、右侧为电解池，通入氧气的一极为正极，通入甲醇的一极为负极，则b为阳极、a为阴极。电解池中阳极生成氧气、阴极生成铜，电解池中总反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，CuCO3和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，则若使CuSO4的浓度恢复原状可加入CuCO3， A正确；燃料电池工作时为碱性环境，负极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－C＋6H2O，B错误；a电极作电解池的阴极，C错误；b为阳极，生成氧气，根据得失电子守恒可知3O2～12e－～2CH3OH，同温同压下，b电极产生的气体与电池中消耗甲醇的物质的量之比为3∶2，D错误。
6.C　电解硫酸铜溶液时，开始发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，后来发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复成原电解质溶液，而题目中加入的是0.1 mol碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。
7.B　A.由两极反应可知，每转移1 mol电子，有1 mol钠离子透过阳离子交换膜向右迁移，同时有1 mol氯离子透过阴离子交换膜向左迁移，故脱除1 mol NaCl，转移1 mol电子，错误；B.a极为阳极，电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－8CO2↑＋50H＋，生成氢离子，pH减小，正确；C.标准状况下，每消耗11.2 L即0.5 mol氧气，电路中转移0.5 mol×4＝2 mol电子，错误；D.b极为阴极，电极反应式为O2 ＋2H2O＋4e－4OH－，错误。
8.D　由题图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c（NaOH）增大，原料室中通过阴膜进入产品室，b极室中H＋通过阳膜进入产品室，在产品室中H＋与B（OH发生反应生成H3BO3，a、b两电极反应式分别为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－、2H2O－4e－O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol H3BO3产品，b极生成1 mol H＋，a极产生0.5 mol H2，质量为1 g，同时原料室中有1 mol的Na＋通过阳膜进入a极室，质量为23 g，所以NaOH溶液增重22 g。
9.（1）①＞　②PbO2　48　（2）H2　（3）N＋3Cl－－6e－NCl3＋4H＋
解析：（1）①阳极是活性电极Fe，Fe失去电子生成Fe的电极反应式为Fe＋8OH－－6e－Fe＋4H2O，右侧同时消耗OH－使pH降低，则pH（左）＞ pH（右）；②铁合金是阳极，充电时阳极应与外接电源的正极相连，若以铅酸蓄电池为电源，PbO2得电子生成硫酸铅，即铁合金与PbO2相连；阳离子交换膜每通过1 mol Na＋时转移1 mol电子，铅酸蓄电池的负极的电极反应式为Pb＋S－2e－PbSO4，负极增加0.5 mol S，将增重0.5 mol×96 g·mol－1＝48 g。（2）用惰性电极电解氯化铵和盐酸，c电极铵根离子失去电子生成NCl3，则c为阳极，d为阴极，水中的氢离子在阴极得电子生成氢气，则气体X是氢气。（3）c电极是阳极，铵根离子失去电子生成NCl3，其电极反应式为N＋3Cl－－6e－NCl3＋4H＋。
10.（1）①正　②4OH－－4e－O2↑＋2H2O　③2.8　④不变
（2）能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，实质为电解水
解析：（1）①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。②电极b为阳极，用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水，阳极上OH－放电生成O2，电极反应式为4OH－－4e－O2↑＋2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10％＝（100－x）g×10.47％，解得x≈4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V（O2）＝0.5 mol××22.4 L·mol－1＝2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c（K2SO4）增大，但溶液的pH不变。（2）当电解过程中铜全部析出时，CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水。
4 / 4第35讲　多池、多室的电化学装置
课标要求
1.了解串联装置的连接特点，会判断多池装置中的原电池和电解池。
2.掌握多池、多室电化学装置问题分析的一般方法。
3.能熟练运用得失电子守恒、关系式法等进行有关电化学的计算。
考点一　多池串联的两大模型与电化学计算
1.两类常见的多池串联装置
模型一　有外接电源的电解池的串联装置
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池，即甲池为电镀池，乙、丙池均为电解池。
模型二　无外接电源的原电池与电解池的串联装置
（1）根据装置特征判断装置类型
串联装置中有非常直观的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等，则该装置为原电池，其余的为电解池，如下图中甲池为原电池，乙、丙池为电解池，且电极A、C为阳极，电极B、D为阴极。
（2）根据电池的电极材料和电解质溶液判断装置类型
原电池一般是有两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极（惰性电极）；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如上图所示，乙池为原电池，甲池为电解池。
2.电化学计算的三种方法
（1）以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：
4e－～～
（式中M为金属，n为其离子所带的正电荷数）
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
（2）串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电池相关计算的根本依据。
一 电化学中的“串联装置”
1.（2025·八省联考晋陕青宁卷）为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保持电源正、负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是（　　）
A.电路中电子的流向随着电极互换而改变
B.电极2上发生的反应为Ag－e－Ag＋
C.理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变
D.理论上，电路中通过1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解液中
2.（2024·武汉模拟）如图串联装置中，通电一段时间后，发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，甲中产生4.48 L气体（标准状况下）。下列说法不正确的是（　　）
A.丙中Cu电极质量增加43.2 g
B.电解过程中丙中溶液酸碱性无变化
C.向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态
D.乙中左侧电极反应式：Cu2＋＋2e－Cu
串联电路的解题流程
二 电化学的相关计算
3.以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液。
（1）阳极产生56 mL（标准状况下）气体时，所得溶液的pH为　　　　（不考虑溶液体积变化），要使溶液恢复到电解前的状态，可加入　　　　g的　　　　物质。
（2）继续通电电解，此时被电解的物质为　　　　　　　　，若加入0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，则电路中转移的电子为　　　　mol。
（3）通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2（OH）2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为　　　　mol。
4.某甲醇燃料电池的工作原理如图所示，质子交换膜（只有质子能够通过）左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为　　　　g（假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。
　　计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时，要注意气体的排出或吸收、沉淀的析出或溶解，尤其不能忽略离子的转移对溶液质量的影响。
考点二　多室装置
　　为实现特定功能的需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池装置分隔成两个或多个相对独立的室，称为多室装置。
1.两种常考的多室装置
（1）三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO被还原为N，电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　，N通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为N，电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，N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＋7H2O3NH4NO3＋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全部转化为NH4NO3。
（2）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：
电解稀硫酸的阳极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2P通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稀溶液的阴极反应式：　　　　　　　，
原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
2.离子迁移方向的判断
（1）离子从“生成区”移向“消耗区”（以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示）
（2）离子从“原料区”移向“产品区”（以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示）
（3）离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区（以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极）
1.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.产品室发生的反应为N＋OH－NH3·H2O
B.N室中硝酸溶液浓度：a％＞b％
C.a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
D.M、N室分别产生氧气和氢气
2.（2024·南充模拟）某科研小组采用双极膜电渗析法制备高浓度氢碘酸，已知双极膜在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到H＋和OH－。工作原理如图所示（X、Y为惰性电极）。下列说法正确的是（　　）
A.阴极周围的pH减小
B.M为阴离子交换膜、N为阳离子交换膜
C.电解一段时间后，b室获得较浓的氢碘酸
D.理论上制备2 mol氢碘酸，X、Y极产生标准状况下气体共33.6 L
1.（2024·吉林高考12题）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为
＋H2。
下列说法错误的是（　　）
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑
2.（2024·河北高考13题）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg（TFSI）2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是（　　）
A.放电时，电池总反应为2CO2＋MgMgC2O4
B.充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C.充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移
D.放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
3.（2022·山东高考15题改编）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（s）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。下列说法不正确的是（　　）
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
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－Li＋＋Co2＋＋4OH－
D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
第35讲　多池、多室的电化学装置
【考点·全面突破】
考点一
关键能力突破
1.C　为从海水中提取锂，电极1的电极反应式为FePO4＋e－＋Li＋LiFePO4，则电极1为阴极，电极2为阳极，电极3为阴极，电极4为阳极，在电极4上发生氧化反应：LiFePO4－e－Li＋＋FePO4，实现了锂的提取。保持电源正、负极不变，则电子流向不变，A错误；电极2为阳极，海水中有Cl－，则电极2的电极反应式为Ag－e－＋Cl－AgCl，B错误；通过相同电量，电极1上附着的Li＋的量和电极4上失去的Li＋的量相等，所以理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，C正确；根据得失电子守恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路中通过1 mol电子时，有1 mol Li＋富集在右侧电解液中，D错误。
2.A　乙装置左侧电极表面生成的红色固体为Cu，即乙装置左侧为阴极，右侧为阳极；甲装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；丙装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极。甲中为电解氯化钾溶液产生氢气和氯气，标准状况下当甲中产生4.48 L气体时，则各产生0.1 mol氢气和氯气，转移电子数为0.2 mol，丙中Cu电极上生成0.2 mol Ag，质量增加0.2 mol×108 g·mol－1＝21.6 g，A错误；在丙装置中，阳极电极反应式：Ag－e－Ag＋，阴极电极反应式：Ag＋＋e－Ag，所以电解过程中丙溶液pH无变化，B正确；由上述分析可知，甲中阳极生成0.1 mol Cl2，阴极生成0.1 mol H2，则向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态，C正确；乙中左侧铜离子放电，电极反应式：Cu2＋＋2e－Cu，D正确。
3.（1）1　0.4（或0.62）　CuO（或CuCO3）　
（2）水（或H2O）　0.02　（3）0.015
解析：（1）阳极生成56 mL（标准状况下）即0.002 5 mol O2，依据总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H＋，c（H＋）＝0.1 mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2 和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加入0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加入0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。（2）继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，相当于加入0.005 mol CuO和0.005 mol H2O，故转移电子为（0.005×2＋0.005×2）mol＝0.02 mol。（3）Cu2（OH）2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005 mol×2＋0.002 5 mol×2＝0.015 mol。
4.12
解析：根据电极反应式，结合得失电子守恒和差量法进行计算，通入甲醇的一极为负极，电极反应式为
CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋　Δm
32 g 6 mol 44 g 12 g
1 mol 2 g
通入氧气的一极为正极，电极反应式为
O2＋4e－＋4H＋2H2O　Δm
32 g 4 mol 32 g
1 mol 8 g
1 mol电子发生转移时，左侧还有1 mol H＋穿过质子交换膜进入右侧，即左侧减少1 g H＋，右侧增加了1 g H＋，故Δm左（减少）＝3 g，Δm右（增加）＝9 g。两侧溶液的质量之差为Δm右（增加）＋Δm左（减少）＝9 g＋3 g＝12 g。
考点二
必备知识夯实
1.（1）NO＋5e－＋6H＋N＋H2O　NO－3e－＋2H2ON＋4H＋　（2）2H2O－4e－O2↑＋4H＋　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－　2.（1）2H2O－4e－O2↑＋4H＋　CO2＋2H＋＋2e－HCOOH　（2）②2H2O－4e－O2↑＋4H＋　③2H2O＋2e－H2↑＋2OH－　（3）2H2O－4e－O2↑＋4H＋　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－
关键能力突破
1.A　该装置用电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，M室为阴极室，电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，a膜为阴离子交换膜，M室的OH－通过a膜进入产品室，b膜为阳离子交换膜，N通过b膜进入产品室，产品室发生反应：N＋OH－NH3·H2O；N室为阳极室，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，c膜为阴离子交换膜，N通过c膜进入N室，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大。产品室发生的反应为N＋OH－NH3·H2O，A正确；N室为硝酸溶液，电解后浓度增大，故N室中硝酸溶液浓度：a％＜b％，B错误；a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，C错误；M、N室分别产生氢气和氧气，D错误。
2.D　由题干装置图可知，X电极产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，发生还原反应，X极为阴极，Y电极产生O2，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，发生氧化反应，Y极是阳极，阳离子由Y电极移向X电极，阴离子由X电极移向Y电极，故b室的I－移向c室，c室得到产品HI，b室的Na＋移向a室，即M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，A、B、C错误；理论上制备2 mol氢碘酸，共转移2 mol e－，根据得失电子守恒和电极反应式可知，X、Y极分别产生1 mol H2、0.5 mol O2，标准状况下气体体积共33.6 L，D正确。
【真题·体验品悟】
1.A　b极上HCHO在碱性溶液中被氧化为HCOO－，则b极为阳极，阳极反应为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑，阴极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。传统电解水过程中每转移4 mol e－，可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；阴极的电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
2.C　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C元素化合价降低发生还原反应，则多孔碳纳米管电极作正极，Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。放电时，电池的总反应为2CO2＋MgMgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C元素由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。
3.C　电池工作时，甲室电极反应式为Co2＋＋2e－Co，阳极电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋，氢离子、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH逐渐减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2＋，电解质溶液呈酸性，不可能大量存在OH－，电极反应式为LiCoO2＋e－＋4H＋Li＋＋Co2＋＋2H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确，C错误；若甲室Co2＋减少200 mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝×2≈0.006 8 mol，乙室Co2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝×1≈0.005 1 mol，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
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第35讲　多池、多室的电化学装置
高中总复习·化学
课标要求
1. 了解串联装置的连接特点，会判断多池装置中的原电池和电解池。
2. 掌握多池、多室电化学装置问题分析的一般方法。
3. 能熟练运用得失电子守恒、关系式法等进行有关电化学的计算。
考点·全面突破
01
真题·体验品悟
02
课时·跟踪检测
03
考点·全面突破
锁定要点，聚焦应用
考点一　多池串联的两大模型与电化学计算
1. 两类常见的多池串联装置
模型一　有外接电源的电解池的串联装置
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离
子相同，则该电池为电镀池，即甲池为电镀池，乙、丙池均为电解池。
模型二　无外接电源的原电池与电解池的串联装置
（1）根据装置特征判断装置类型
串联装置中有非常直观的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等，则该装置为
原电池，其余的为电解池，如图中甲池为原电池，乙、丙池为电解池，且
电极A、C为阳极，电极B、D为阴极。
（2）根据电池的电极材料和电解质溶液判断装置类型
原电池一般是有两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极（惰
性电极）；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒
电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反
应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如上图所示，乙
池为原电池，甲池为电解池。
2. 电化学计算的三种方法
（1）以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：
4e－～ ～
（式中M为金属，n为其离子所带的正电荷数）
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用
关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
（2）串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电
池相关计算的根本依据。
一 电化学中的“串联装置”
1. （2025·八省联考晋陕青宁卷）为了从海水中提取锂，某团队设计了图
示的电解池。保持电源正、负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取
下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是（　　）
A. 电路中电子的流向随着电极互换而改变
B. 电极2上发生的反应为Ag－e－ Ag＋
C. 理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变
D. 理论上，电路中通过1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解液中
√
解析： 　为从海水中提取锂，电极1的电极反应式为FePO4＋e－＋Li＋
LiFePO4，则电极1为阴极，电极2为阳极，电极3为阴极，电极4为阳极，
在电极4上发生氧化反应：LiFePO4－e－ Li＋＋FePO4，实现了锂的提
取。保持电源正、负极不变，则电子流向不变，A错误；电极2为阳极，海
水中有Cl－，则电极2的电极反应式为Ag－e－＋Cl－ AgCl，B错误；通
过相同电量，电极1上附着的Li＋的量和电极4上失去的Li＋的量相等，所以
理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，C正确；根据得失电子守
恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路中通过1 mol电子时，有1
mol Li＋富集在右侧电解液中，D错误。
2. （2024·武汉模拟）如图串联装置中，通电一段时间后，发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，甲中产生4.48 L气体（标准状况下）。下列说法不正确的是（　　）
A. 丙中Cu电极质量增加43.2 g
B. 电解过程中丙中溶液酸碱性无变化
C. 向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态
D. 乙中左侧电极反应式：Cu2＋＋2e－ Cu
√
解析： 　乙装置左侧电极表面生成的红色固体为Cu，即乙装置左侧为阴
极，右侧为阳极；甲装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；丙装置
中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极。甲中为电解氯化钾溶液产生氢气
和氯气，标准状况下当甲中产生4.48 L气体时，则各产生0.1 mol氢气和氯
气，转移电子数为0.2 mol，丙中Cu电极上生成0.2 mol Ag，质量增加0.2
mol×108 g·mol－1＝21.6 g，A错误；在丙装置中，阳极电极反应式：Ag－
e－ Ag＋，阴极电极反应式：Ag＋＋e－ Ag，所以电解过程中丙溶
液pH无变化，B正确；由上述分析可知，甲中阳极生成0.1 mol Cl2，阴极
生成0.1 mol H2，则向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解
前的状态，C正确；乙中左侧铜离子放电，电极反应式：Cu2＋＋2e－ Cu，D正确。
串联电路的解题流程
二 电化学的相关计算
3. 以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液。
（1）阳极产生56 mL（标准状况下）气体时，所得溶液的pH为 （不
考虑溶液体积变化），要使溶液恢复到电解前的状态，可加入
g的 物质。
解析： 阳极生成56 mL（标准状况下）即0.002 5 mol O2，依据总反
应式：2CuSO4＋2H2O 2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H
＋，c（H＋）＝0.1 mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2 和0.005
mol Cu，故要使溶液复原可加入0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加入
0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。
1　
0.4（或
0.62）　
CuO（或CuCO3）　
（2）继续通电电解，此时被电解的物质为 ，若加入
0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，则电路中转移的电子
为 mol。
解析： 继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物
质为H2O；加入0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，相当于加入0.005
mol CuO和0.005 mol H2O，故转移电子为（0.005×2＋0.005×2）mol＝
0.02 mol。
水（或H2O）　
0.02　
（3）通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2（OH）2CO3可使溶液复原，则
电路中转移的电子为 mol。
解析： Cu2（OH）2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005
mol×2＋0.002 5 mol×2＝0.015 mol。
0.015　
4. 某甲醇燃料电池的工作原理如图所示，质子交换膜（只有质子能够通
过）左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子
发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为 g（假设反应物耗尽，忽
略气体的溶解）。
12　
解析：根据电极反应式，结合得失电子守恒和差量法进行计算，通入甲醇
的一极为负极，电极反应式为
CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋　Δm
32 g 6 mol 44 g 12 g
1 mol 2 g
通入氧气的一极为正极，电极反应式为
O2＋4e－＋4H＋ 2H2O　Δm
32 g 4 mol 32 g
1 mol 8 g
1 mol电子发生转移时，左侧还有1 mol H＋穿过质子交换膜进入右侧，即左侧减少1 g H＋，右侧增加了1 g H＋，故Δm左（减少）＝3 g，Δm右（增加）＝9 g。两侧溶液的质量之差为Δm右（增加）＋Δm左（减少）＝9 g＋3 g＝12 g。
　　计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时，要注意气体的排出或吸
收、沉淀的析出或溶解，尤其不能忽略离子的转移对溶液质量的影响。
考点二　多室装置
　　为实现特定功能的需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池
或电解池装置分隔成两个或多个
相对独立的室，称为多室装置。
1. 两种常考的多室装置
（1）三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工
作原理如图所示。
阴极的NO被还原为N ，电极反应式为
，N 通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为N ，
电极反应式为 ，N 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＋
7H2O 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全部转化为NH4NO3。
NO＋5e－＋6H＋ N ＋
H2O　
NO－3e－＋2H2O N ＋4H＋　
（2）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：
电解稀硫酸的阳极反应式： ，产生的H＋通
过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2P 通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
式： ，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜
进入阴极室。
2H2O－4e－ O2↑＋4H＋　
2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－　
2. 离子迁移方向的判断
（1）离子从“生成区”移向“消耗区”（以电解CO2制HCOOH为例，其
原理如图所示）
（2）离子从“原料区”移向“产品区”（以电渗析法制备H3PO2为例，其
原理如图所示）
（3）离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区（以电
化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极）
1. 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. 产品室发生的反应为N ＋OH－ NH3·H2O
B. N室中硝酸溶液浓度：a％＞b％
C. a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
D. M、N室分别产生氧气和氢气
√
解析： 　该装置用电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，
M室为阴极室，电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，a膜为阴离子
交换膜，M室的OH－通过a膜进入产品室，b膜为阳离子交换膜，N 通
过b膜进入产品室，产品室发生反应：N ＋OH－ NH3·H2O；N室为阳
极室，电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，c膜为阴离子交换膜，
N 通过c膜进入N室，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大。产品室发生的
反应为N ＋OH－ NH3·H2O，A正确；N室为硝酸溶液，电解后浓度增
大，故N室中硝酸溶液浓度：a％＜b％，B错误；a、c为阴离子交换膜，b
为阳离子交换膜，C错误；M、N室分别产生氢气和氧气，D错误。
2. （2024·南充模拟）某科研小组采用双极膜电渗析法制备高浓度氢碘酸，已知双极膜在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到H＋和OH－。工作原理如图所示（X、Y为惰性电极）。下列说法正确的是（　　）
A. 阴极周围的pH减小
B. M为阴离子交换膜、N为阳离子交换膜
C. 电解一段时间后，b室获得较浓的氢碘酸
D. 理论上制备2 mol氢碘酸，X、Y极产生标准状况下气体共33.6 L
√
解析： 　由题干装置图可知，X电极产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－
H2↑＋2OH－，发生还原反应，X极为阴极，Y电极产生O2，电极反应
式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，发生氧化反应，Y极是阳极，阳离子由Y
电极移向X电极，阴离子由X电极移向Y电极，故b室的I－移向c室，c室得
到产品HI，b室的Na＋移向a室，即M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，
A、B、C错误；理论上制备2 mol氢碘酸，共转移2 mol e－，根据得失电子
守恒和电极反应式可知，X、Y极分别产生1 mol H2、0.5 mol O2，标准状
况下气体体积共33.6 L，D正确。
真题·体验品悟
感悟高考，明确方向
1. （2024·吉林高考12题）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解
水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合
HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理
为 ＋ H2。下列说法错误的是（　　）
A. 相同电量下H2理论产量是传统电解水
的1.5倍
B. 阴极反应：2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
C. 电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D. 阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋2H2O＋H2↑
√
解析： 　b极上HCHO在碱性溶液中被氧化为HCOO－，则b极为阳极，阳
极反应为2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋2H2O＋H2↑，阴极反应为
2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑。传统电解水过程中每转移4 mol e－，可制得2
mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2
mol氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；阴极的
电极反应为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换
膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过阴离子交换
膜向b极方向移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
2. （2024·河北高考13题）我国科技工作者设
计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以
Mg（TFSI）2为电解质，电解液中加入1，
3-丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时
CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是（　　）
A. 放电时，电池总反应为2CO2＋Mg MgC2O4
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
√
解析： 　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C元素化合价降
低发生还原反应，则多孔碳纳米管电极作正极，Mg电极作负极，Mg失电
子转化为Mg2＋。放电时，电池的总反应为2CO2＋Mg MgC2O4，A正
确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电
时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，
CO2中C元素由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol
CO2，D正确。
3. （2022·山东高考15题改编）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（s）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。下列说法不正确
的是（　　）
A. 装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
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－ Li＋＋Co2＋＋4OH－
D. 若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液
转移
√
解析： 　电池工作时，甲室电极反应式为Co2＋＋2e－ Co，阳极电极
反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋，氢离子、金属阳离子
通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH逐渐减小，A正确；对于乙室，正极上
LiCoO2得到电子，被还原为Co2＋，电解质溶液呈酸性，不可能大量存在
OH－，电极反应式为LiCoO2＋e－＋4H＋ Li＋＋Co2＋＋2H2O，因此电池
工作一段时间后应该补充盐酸，B正确，C错误；若甲室Co2＋减少200
mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝ ×2≈0.006 8 mol，乙室
Co2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝ ×1≈0.005
1 mol，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
课时·跟踪检测
培优集训，提升素养
一、选择题（本题包括8小题，每小题只有一个选项符合题意）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1. 如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2 N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是（　　）
A. 该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B. 甲池中负极反应式为N2H4－4e－ N2↑＋4H＋
C. 甲池和乙池中溶液的pH均减小
D. 当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
√
解析： 　该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电
极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极。阴极上Cu2＋
得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式中不
会出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，
故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2O 2Cu＋O2↑
＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为
0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，其质量为12.8
g，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2. 用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质（如硫酸钾、碳酸钾等）的
粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（　　）
A. 电极N为阳极，电极M上H＋发生还原反应
B. 电极M的电极反应式为4OH－－4e－ 2H2O＋
O2↑
C. d处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液
D. b处每产生11.2 L气体，必有1 mol K＋穿过阳离子交换膜
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析： 　根据图示，K＋移向电极N，所以电极N是阴极，电极M是阳极，
OH－在阳极发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－ 2H2O
＋O2↑，A错误，B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，C错
误；电极N是阴极，H＋在阴极发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2
L氢气的物质的量不一定是0.5 mol，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3. （2024·昆明模拟）利用电化学原理，模拟工业电解法来处理含Cr2
废水，如图所示，甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5；乙池
中Cr2 被Fe2＋还原，产物中的Cr3＋和
A. 石墨Ⅱ附近发生的电极反应为2H2O＋O2＋4e－ 4OH－
B. 工作时，甲池内的N 向石墨Ⅱ移动
C. 乙池中Fe（Ⅱ）棒上发生的电极反应为Fe－2e－ Fe2＋
D. 若溶液中减少了0.2 mol Cr2 ，则电路中至少转移了2.4 mol电子
Fe3＋随溶液pH提高转化为氢氧化物而除去。下列叙述正确的是（　　）
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析： 　甲池工作时，石墨Ⅰ为负极，负极上NO2发生氧化反应生成
N2O5，石墨Ⅱ为正极，正极上O2发生得电子的反应生成N ，正极反应式
为O2＋4e－＋2N2O5 4N ，A错误；石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ为正极，甲
池内的N 向石墨Ⅰ移动，B错误；乙池中Fe（Ⅰ）棒为阳极，发生的电极
反应为Fe－2e－ Fe2＋，Fe（Ⅱ）棒为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e
－ H2↑，C错误；因为Cr2 ～6Fe2＋～12e－，所以若溶液中减少了0.2
mol Cr2 ，则电路中至少转移了2.4 mol电子，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4. （2024·佛山模拟）通过电解含锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，
其工作原理如图，下列说法不正确的是（　　）
A. 惰性电极a连接电源的负极
B. 膜X类型为阳离子交换膜
C. Ⅲ室发生的电极反应：Mn2＋－2e－＋2H2O MnO2↓＋4H＋
D. 当电路中通过1 mol电子时，从溶液中回收锰元素的质量为55 g
√
1
2
3
4
5
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解析： 　由图可知，在Ⅰ室中Mn2＋得到电子生成Mn，电极反应式为Mn2＋
＋2e－ Mn，故惰性电极a是阴极，连接电源负极，A正确；通过电解含
锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，惰性电极a是阴极，在Ⅰ室中Mn2＋
得到电子生成Mn，由电荷守恒可知，多余的S 通过膜X进入Ⅱ室得到
H2SO4产品，膜X类型为阴离子交换膜，B错误；惰性电极b是阳极，Mn2＋
在阳极失去电子生成MnO2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式
为Mn2＋－2e－＋2H2O MnO2↓＋4H＋，C正确；由A、C项的电极反应式
可知，转移1 mol电子时，生成0.5 mol Mn和0.5 mol MnO2，所以从溶液中
回收锰元素的质量为1 mol×55 g·mol－1＝55 g，D正确。
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5. （2024·成都模拟）利用甲醇燃料电池为电源进行电解的实验装置如图
所示，电极a和b都是石墨电极。该装置工作一段时间后，a电极没有气体放出，那么在这段时间内，下列说法正确的是（　　）
A. 硫酸铜溶液中Cu2＋浓度减小，若使CuSO4的浓度恢复原状可加入CuCO3
B. 燃料电池工作时，负极反应式为CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋
C. a电极作电解池的阳极
D. 同温同压下，b电极产生的气体与电池中消耗甲醇的物质的量之比为
3∶1
√
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解析： 　由图可知，左侧为原电池、右侧为电解池，通入氧气的一极为
正极，通入甲醇的一极为负极，则b为阳极、a为阴极。电解池中阳极生成
氧气、阴极生成铜，电解池中总反应为2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋
4H＋，CuCO3和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，则若使CuSO4的浓
度恢复原状可加入CuCO3， A正确；燃料电池工作时为碱性环境，负极反
应式为CH3OH＋8OH－－6e－ C ＋6H2O，B错误；a电极作电解池
的阴极，C错误；b为阳极，生成氧气，根据得失电子守恒可知3O2～12e
－～2CH3OH，同温同压下，b电极产生的气体与电池中消耗甲醇的物质的
量之比为3∶2，D错误。
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6. 用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的
溶液中加入0.1 mol Cu2（OH）2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH（不
考虑二氧化碳的溶解）。则电解过程中转移电子的物质的量为（　　）
A. 0.4 mol B. 0.5 mol
C. 0.6 mol D. 0.8 mol
√
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解析： 　电解硫酸铜溶液时，开始发生反应：2CuSO4＋2H2O 2Cu
＋O2↑＋2H2SO4，后来发生反应：2H2O 2H2↑＋O2↑。如果只按照第
一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复成原电解质溶
液，而题目中加入的是0.1 mol碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜
和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2
mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项
正确。
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7. （2024·邵阳模拟）高矿化度矿井水节能脱盐新技术是利用有机物（C8H18）和水作电极反应物的电解池，借助离子交换膜进行离子交换脱
盐，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
A. 每脱除1 mol NaCl，外电路转移2 mol电子
B. 反应过程中阳极室的pH变小
C. 标准状况下，每消耗11.2 L氧气，电路中转移1 mol电子
D. 负极的电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－ 8CO2↑＋50H＋
√
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解析： 　A. 由两极反应可知，每转移1 mol电子，有1 mol钠离子透过阳
离子交换膜向右迁移，同时有1 mol氯离子透过阴离子交换膜向左迁移，故
脱除1 mol NaCl，转移1 mol电子，错误；B. a极为阳极，电极反应式为
C8H18＋16H2O－50e－ 8CO2↑＋50H＋，生成氢离子，pH减小，正确；
C. 标准状况下，每消耗11.2 L即0.5 mol氧气，电路中转移0.5 mol×4＝2
mol电子，错误；D. b极为阴极，电极反应式为O2 ＋2H2O＋4e－ 4OH
－，错误。
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8. 用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B（OH）3]的工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过）。下列有关说法正确的是
（　　）
A. 阴极与阳极产生的气体体积之比为1∶2
B. b极的电极反应式为2H2O－2e－ O2↑＋4H＋
C. 产品室中发生的反应是B（OH）3＋OH－
D. 每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
√
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解析： 　由题图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应
生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和
OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c（NaOH）增大，
原料室中 通过阴膜进入产品室，b极室中H＋通过阳膜进入产品
室，在产品室中H＋与B（OH 发生反应生成H3BO3，a、b两电极反应式
分别为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－、2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，理论上
每生成1 mol H3BO3产品，b极生成1 mol H＋，a极产生0.5 mol H2，质量为1
g，同时原料室中有1 mol的Na＋通过阳膜进入a极室，质量为23 g，所以
NaOH溶液增重22 g。
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二、非选择题（本题包括2小题）
9. （2024·泰安模拟）Ⅰ.高铁酸钠（Na2FeO4）是一种高效多功能水处理
剂，在强碱性条件下稳定，易被H2还原。以铁合金、Ni为电极，电解
NaOH溶液制取Na2FeO4的装置如图1所示。
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（1）①电解后，左、右两侧溶液的pH大小关系为pH（左） pH
（右）（填“＞”“＜”或“＝”）。
②如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，则铁合金应与铅酸蓄电池
的 （填“Pb”或“PbO2”）相连。阳离子交换膜每通过1 mol Na
＋，铅酸蓄电池的负极将增重 g。
＞　
PbO2　
48　
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解析： ①阳极是活性电极Fe，Fe失去电子生成Fe 的电极反应式为
Fe＋8OH－－6e－ Fe ＋4H2O，右侧同时消耗OH－使pH降低，则pH
（左）＞ pH（右）；②铁合金是阳极，充电时阳极应与外接电源的正极
相连，若以铅酸蓄电池为电源，PbO2得电子生成硫酸铅，即铁合金与PbO2
相连；阳离子交换膜每通过1 mol Na＋时转移1 mol电子，铅酸蓄电池的负
极的电极反应式为Pb＋S －2e－ PbSO4，负极增加0.5 mol S ，
将增重0.5 mol×96 g·mol－1＝48 g。
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Ⅱ.二氧化氯是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂，工业上有多种制备方
法。其中一种方法是用惰性电极电解氯化铵和盐酸，原理如图2。
（2）“气体X”是 （写化学式）。
H2　
解析：用惰性电极电解氯化铵和盐酸，c电极铵根离子失去电子生成NCl3，
则c为阳极，d为阴极，水中的氢离子在阴极得电子生成氢气，则气体X是
氢气。
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（3）c的电极反应式为 。
N ＋3Cl－－6e－ NCl3＋4H＋
解析： c电极是阳极，铵根离子失去电子生成NCl3，其电极反应式为N ＋3Cl－－6e－ NCl3＋4H＋。
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10. 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5％ NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10％ K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47
％，乙中c电极质量增加。则：
①电源的N端为 极；
②电极b上发生的电极反应为 ；
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为 L；
④电解前后丙中溶液的pH （填“增大”“减小”或“不变”）。
正　
4OH－－4e－ O2↑＋2H2O
2.8　
不变　
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解析： ①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。②电极b为阳极，用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水，阳极上OH－放电生成O2，电极反应式为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10％＝（100－x）g×10.47％，解得x≈4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为 ＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V（O2）＝0.5 mol× ×22.4 L·mol－1＝2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c（K2SO4）增大，但溶液的pH不变。
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（2）乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进
行？ （填“能”或“不能”），原因是
。
解析： 当电解过程中铜全部析出时，CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水。
能　
CuSO4溶液变为H2SO4溶
液，可继续电解H2SO4溶液，实质为电解水
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