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第14讲
电化学中的多室、多池装置
2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座
2025
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2025
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2025
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(一)多室膜装置
1．常见的隔膜
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，即允许OH－和其他阴离子通过，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。
2．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)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜的选择依据
离子的定向移动。
4．多室电解池的类型及膜的应用
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、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示：
①电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na＋移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。
②电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得H＋会与CO32－结合生成HCO3－ ：
4CO32－ ＋2H2O－4e－===4HCO3－＋O2↑。
(2)三室电解池
以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示：
①阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，生成的带负电荷的OH－吸引中间隔离室的K＋向阴极区迁移，得到KOH溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。
②阳极反应及cd膜的判断：阳极的电极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，生成的带正电荷的H＋吸引中间隔离室的NO3－向阳极区迁移，得到HNO3溶液，阳极区溶液的pH减小，cd膜为阴离子交换膜。
(3)四室电解池
以四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示：
电解稀硫酸的阳极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO2－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稀溶液的阴极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
(二)多池串联装置中池的判断
1．直接判断
非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。如图：A为原电池，B为电解池。
2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，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。
如图：A为电解池，B为原电池。
3．根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。
如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
4．原电池和电解池的组合装置的思维模型
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（一）考查多室膜装置
1.（2023年6月浙江卷13题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是
A．电极 A 接电源正极，发生氧化反应
B．电极 B 的电极反应式为：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
【答案】B
【详解】A．电极 A 是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极 A 接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B．电极 B 为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2= 4OH－，故B错误；C．右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D．改进设计中增大了氧气的量，提高了电极 B 处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。综上所述，答案为B。
2.（2023年全国甲卷12题）用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是：
A．析氢反应发生在电极上IrOx-Ti 电极上
B．Cl- 从 Cu 电极迁移到 IrOx-Ti 电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O
D．每转移1mol 电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
【答案】C
【解析】A．析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B．离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误；C．由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正确；D．水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e =O2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误；答案选C。
3.（2023年河北卷7题）我国科学家发明了一种以 和 为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料 转化为 下列说法错误的是
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的 向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O
【答案】B
【详解】A．充电时，b 电极上得到电子，发生还原反应，A正确； B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为 Mn2++2H2O-2e－=MnO2+4H+ ，B错误C．放电时，①区溶液中多余的 SO42- 向②区迁移，C正确；D．放电时，a电极的电极反应式为 MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O ，D正确； 故选：B
4.
【答案】A
【解析】A项，Zn失去电子生成Zn2＋，在碱性溶液中以Zn(OH)42 －存在，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－ = Zn(OH)42 －，Zn电极为负极，原电池中阳离子移向正极，即I区，错误；B项，SO42 －向负极移动，即I区中SO42 －先向II区迁移，正确；C项，MnO2作正极，得电子，在H2SO4介质中生成Mn2＋，正确；D项，将正、负两极的电极相加得电池总反应，由于两个电极在不同的酸性、碱性介质中，所以总反应中同时写入H＋和OH－，正确。
5.（2021年广东卷）钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是
【答案】D
【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+。A项，由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，错误；B项，由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，错误；C项，若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，错误；D项，由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+，正确。
6.（2023年广东卷16题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是
A．电解总反应：KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1molNH3·H2O，双极膜处有9mol的H2O解离
C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
【答案】B
【解析】A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正确；B．每生成1molNH3·H2O，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8mol H+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；C．电解过程中，阳极室每消耗4molOH－ ，同时有4molOH－ 通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH－，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。
（2022年全国乙卷12题）Li—O2 电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li—O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－ = Li) 和阳极反应(Li2O2＋2 h＋ = 2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应Li2O2 = 2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2
7.
【答案】C
【解析】A项，从图示知，充电时Li＋变为Li，Li2O2变为O2，则总反应为Li2O2生成Li和O2，正确；B项，光照为充电过程，当电路中转移的电子以及空穴量越多，表明充入的电量越多，在放电时，也将会释入出更多的电量，正确；C项，放电为原电池反应，在正极处，有负极迁移过来的带有负电的电子，根据正、负电荷相吸知，阳离子（Li＋）应向正极迁移得电子，错误；D项，正极与阳极的反应式颠倒，由图示知，放电时，O2转化为Li2O2，结合Li＋得电子，正确。
8.（2022年全国甲卷13题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采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向两极迁移，下列说法中正确的是
【答案】D
【解析】图中有外接电源，所以该装置为电解池。铅电极处，乙二酸转化为乙二醛，去氧为还原反应，对应电解池的阴极，则阳极为石墨电极，从图示看，Br－失去电子发生氧化反应生成Br2，2Br－－2e－=Br2，Br2氧化乙二醛生成乙醛酸，双极膜处，水电离出的OH－移向阳极，故阳极反应：Br2＋OHCCHO＋2OH－ = HOOCCHO＋2Br－＋H2O，B项错误；从图示看，阴、阳两极均生成乙醛酸，阳极处，生成1mol HOOCCHO时消耗1mol Br2，而生成1mol Br2时，转移2mol e－，阴极处，HOOCCOOH＋2e－＋2H＋= HOOCCHO＋H2O，也生成1mol HOOCCHO，所以当阴、阳两极各生成1mol HOOCCHO时，外电路上转移2mol e－，C项错误；电解池中，H＋向阴极处移动，即移向铅电极，D项正确；阳极处，KBr电离出的Br－失去电子生成Br2，KBr参加反应，所以KBr不仅作电解质作用，A项错误。
9.（2022年天津卷10题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极II上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极II附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL（折合成标准状况下）
【答案】C
【解析】A项，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，正确；B项，石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，正确；C项，随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，错误；D项，当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06 mol，根据阳极电极反应式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，产生氧气为0.015mol，体积为336 mL (折合成标准状况下)，正确。
（二）考查多池串联装置
1.（2022年山东卷13题）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－＝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
【答案】BD
【解析】本题考查原电池和电解池工作原理。由信息知，正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，Co的化合价由+3价降为+2价，得电子，故乙为正极，左侧图为原电池，另一电极细菌为负极，对应的右侧图为电解池，对应的甲为阴极，甲处Co2＋得电子生成Co，另一电极为阳极，由信息知，发生乙酸盐生成CO2，所以溶液为酸性，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，C项错误；生成的H＋通过阳膜进入甲室，生成HCl，所以pH逐渐减小，A项错误；LiCoO2(s)得电子生成Co2＋，在盐酸溶液中，生成CoCl2、LiCl和H2O，电极反应式为：2LiCoO2＋2e－＋8H＋=2Li＋＋2Co2+＋4H2O，右室中乙酸盐失去电子，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，生成的7mol H＋通过阳膜进入乙处，但是乙处要消耗8mol H＋，所以乙处还缺少1mol H＋，故乙室应补充HCl，B项正确；D项，若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e－) = ；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e－)= ，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分CoCl2溶液转移至甲室，正确。
2.（2022年河北卷12题）科学家研制了一种在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置。工作原理示意图如下。
下列说法正确的是
A．电极b为阳极
B．隔膜为阴离子交换膜
C．生成气体M与N的物质的量之比为2:1
D．反应室中反应的离子方程式为
【答案】BD
【解析】A项，由图示分析，电极a处，[Fe(CN)6]4－中Fe为+2价，[Fe(CN)6]3－中Fe为+3价，由箭头知，铁的化合价升高，失去电子，则a为电解池的阳极，错误；B项，由图示知，NaOH溶液箭头指向反应器I，在催化剂作用下，[Fe(CN)6]3－与OH－反应生成[Fe(CN)6]4－，同时生成O2，（Fe的化合价降低，O的化合价升高），电极a处的OH－不断被消耗，则电极b处OH－需要通过膜进入电极a中，则隔膜为阴离子交换膜，正确；C项，气体M为O2，总反应为2H2O 2H2↑＋O2↑，则气体N为H2，两者物质的量之比为1:2，错误；D项，根据Fe、O得失电子守恒配平反应，正确。
3.（2021年湖南卷）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2+＋2e－═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【解析】由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e－=2Br－，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e－=Zn2+，溴离子进入左侧，左侧溴化锌溶液的浓度增加；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。A项，由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，正确；B项，由分析可知，放电时，溶液中有Zn2+与Br－生成，通过循环回路，左侧储液器中溴化锌的浓度增大，错误；C项，由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e－=Zn，正确；D项，由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，正确。
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(一) 多室膜装置的解题方法
第一步，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。
第二步，写电极反应式。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。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。
(二)多池“串联”类电池的解题流程
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原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。
原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。
高考
点拨第14讲-电化学中的多室、多池装置
1.（2023年辽宁卷11题）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
2.（2023年北京卷5题）回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是
A．废气SO2中排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO3－的水解程度大于HCO3－的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置b中的总反应为SO3-+CO2+H2O=HCOOH+SO42-
3.（2023年湖北卷10题）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xmol˙h-1。下列说法错误的是
A．b电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2xmol˙h-1
4.（2023年重庆卷12题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是
A．电极a为阴极
B．H+从电极b移向电极a
C．电极b发生的反应为：
D．生成3mol半胱氨酸的同时生成1mol烟酸
5．（2024湖北卷14题）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O ，存在平衡HOCH2O-+OH－ [OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e－=HCOO－+H·。下列说法错误的是（ ）
A. 电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B. 理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离
C. 阳极总反应式为2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D. 阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-=CHOCOOH+H2O
6.（2022年广东卷16题）科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1mol Cl2，电极a质量理论上增加23g
7.（2022年湖南卷8题）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
8．（2022年浙江卷21题）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：2H2O＋Mn2＋－2e－＝MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
9．（2021年1月浙江卷）镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源两极)。下列说法不正确的是
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
10．（2022年全国大联考）羟基自由基是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。下列说法错误的是
A．a极1 mol Cr2O参与反应，理论上NaCl溶液中减少的离子为12NA
B．电池工作时，b极附近pH减小
C．右侧装置中，c、d两极产生气体的体积比(相同条件下)为2∶1
D．d极区苯酚被氧化的化学方程式为
11．（2022·宁夏·石嘴山市第三中学模拟）氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置图如图，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)
A．A池为电解池，B池为燃料电池
B．c>a>b
C．X为Cl2，Y为H2
D．若生成标准状况下22.4LX，则理论上消耗标准状况下空气28L
12．（2022·山东·邹城市第二中学模考）回答下列问题：
(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O 解离成 H+和 OH-；A、B 为离子交换膜。
① B膜最佳应选择__________。
② 阳 极 的 电 极 反 应 式 是________
③ 少量的I-因浓度差通过 BPM 膜，若撤去 A 膜，其 缺 点_______。
(2)如图为相互串联的甲、乙两个电解池(溶液足量)，试回答下列问题
①乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe 极附近呈_______色。
②若甲池阴极增重 12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为_______(不考虑气体溶解情况)。
第14讲-电化学中的多室、多池装置
答案及解析
1．B 【解析】：A项，放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42- +2Fe3+，D错误；故答案选B。
2．C 【解析】：A项，SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；B项，装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3－的水解程度大于电离程度，故B正确；C项，装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；D项，由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SO32-+CO2+H2O=HCOOH+SO42-，故D正确；选C。
3．C 【解析】：A项，b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；B项，该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；C项，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D项，由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为xmol˙h-1，则补水的速率也应是xmol˙h-1，故D错误；答案选D。
4．D 【解析】：A项，a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确；B项，电解池中阳离子移向阴极，则H+移向a电极，B正确；C项，电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为： ，C正确；D项，根据电子守恒可得关系式： ~6e-~6 ，因此生成6mol半胱氨酸的同时生成1mol烟酸，D错误；故选：D。
5．B 【解析】：A．根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确；B．根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B项错误；C．根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C项正确；D．根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D项正确；答案选B。
6．C 【解析】：A项，由已知a的充电电极知，电极a得电子，充电时作阴极，所以电极b为阳极，错误；B项，放电时，电极b为正极，电极反应式为Cl2＋2e－=2Cl－，电极a为负极，电极反应式为： Na3Ti2(PO4)3－2e－= NaTi2(PO4)3＋2Na＋，与H＋、OH－无关，所以NaCl的pH不变，错误；C项，电极b生成的Cl－，从CCl4中出来时进入NaCl溶液中，电极a处生成Na＋，则NaCl溶液的浓度增大，正确；D项，阳极b处，2Cl－－2e－= Cl2↑，阴极a处，NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－= Na3Ti2(PO4)3，每生成1 mol Cl2，失去2 mol e－，根据得失电子守恒知，阴极处得2mol e－，结合2mol Na＋，电极a质量理论上增加23 g·mol－1×2mol = 46 g，错误。
7．B 【解析】：A项，海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，正确；B项，N为正极，海水中的O2得电子生成OH－，错误；C项，玻璃陶瓷如果不能传导离子，则不能构成闭合回路，另外要阻止与Li与海水直接接触而反应，正确；D项，锂海水电池的总反应为2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，该电池不可充电，属于一次电池，正确。
8．C 【解析】：本题考查电解原理。A项，电极A处，LiMn2O4中Mn为+3.5价，生成Mn2＋，锰的化合价降低，得电子，发生还原反应，作为阴极，正确；B项，Mn2＋转化为MnO2，锰的化合价升高，失电子，用H＋平衡电荷，正确；C项，电极A处的电极反应式为：2LiMn2O4＋6e－＋16H＋= 2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，总反应为：2LiMn2O4＋4H＋=2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应中Mn2＋浓度增大，错误；D项，加入Na2CO3溶液，与Mn2＋可反应生成MnCO3沉淀，可获得Li2CO3，正确。
9．C 【解析】：根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH+2e－+2H2O=2Ni(OH)2+2OH－，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O =Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A项，断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，正确；B项，断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e－=Cd+2OH－，正确；C项，电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e－+2OH－=2NiOOH+2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH－，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH浓度减小，错误；D项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，正确。
10．AC 【解析】：a极发生还原反应，Cr2O72 －+6e-+7H2O=2Cr(OH)3↓+8OH-，则a电极为原电池正极，b极上苯酚失电子被氧化为CO2，电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，b电极为原电池负极；c极连接电源的负极，为电解池的阴极，阴极的电极反应为：2H++2e-=H2↑，d极连接电源正极，为电解池阳极，阳极的电极反应式为：H2O-e-=H++ OH，羟基自由基( OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂，进一步氧化苯酚，方程式为C6H5OH+28 OH =6CO2↑+17H2O。A项，a极发生还原反应，Cr2O72 －+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH－，每有1 mol Cr2O72 －参与反应，转移6 mol电子，b电极反应式为：C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，为维持电荷守恒，左侧有6 molOH-通过阴离子交换膜进入NaCl溶液，右侧有6 molH+通过阳离子交换膜进入NaCl溶液，二者反应产生H2O，则理论上NaCl溶液中离子数目不变，错误；B项，b极苯酚失电子被氧化为CO2，电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，则反应进行后，b电极附近c(H+)中的，溶液的pH减小，正确；C项，c极为电解池阴极，电极反应为2H＋+2e－=H2↑，d极为电解池阳极，电极反应为H2O－e－ = H+＋ OH，C6H5OH＋28 OH = 6CO2↑+17H2O，则根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可得关系式：14H2~28e-~6CO2，c、d两极产生气体的物质的量的比为14：6=7∶3，故二者相同条件下体积比为14：6=7∶3，错误；D项，羟基自由基对有机物有极强的氧化能力，则苯酚被氧化的化学方程式为：C6H5OH+28 OH=6CO2↑+17H2O，正确。
11．D 【解析】：由图可知，A池左侧通入的精制饱和氯化钠溶液变为稀氯化钠溶液，则A池为电解池，生成X的一极为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则X为氯气，生成Y的电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，阴极附近氢氧根离子浓度增大，则Y为氢气，氢氧化钠溶液的浓度a%>b%；B池为燃料电池，B池中通入空气的电极为燃料电池的正极，空气中氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e—+2H2O=4OH—，正极附近氢氧根离子浓度增大，则氢氧化钠溶液的浓度c%>a%，通入氢气的一极为负极，碱性条件下氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，负极附近溶液的氢氧根离子浓度减小。A项，由分析可知，A池为电解池，B池为燃料电池，正确；B项，由分析可知，氢氧化钠溶液的浓度大小顺序为c%>a%>b%，正确；C项，由分析可知，X为氯气、Y为氢气，正确；D项，若生成标准状况下22.4L氯气，假定空气中氧气的体积分数为20%，由得失电子数目守恒可知消耗标准状况下空气的体积为=56L，错误。
12．(1) Na+交换膜 I-会在阳极失去得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板
(2) 红 4.48L
【解析】(1)①从图上看，右端的BPM膜和B膜之间产生NaOH，BPM膜提供OH-，B膜最好是Na+交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离的氢氧根失电子，故阳极的电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+；③A膜应为阳离子交换膜，阳极产生的H+透过A膜和少量的I-得到少量的HI，若撤去A膜，I-会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板；(2)①依据装置图分析可知，与电源正极相连的石墨电极为电解池的阳极，与电源负极连接的铁电极是阴极，Fe电极上是溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H++2e-═H2↑，破坏水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，铁电极附近滴入少量酚酞溶液，溶液变红色；②甲池中A为电解池的阴极，电极反应为Cu2++2e-═Cu，12.8g铜的物质的量为0.2mol，增重12.8 g铜转移0.4mol电子；乙池C极为电解池的阳极，电极反应为：2Cl－－2e－═Cl2↑，依据得失电子守恒，生成氯气0.2mol，放出的氯气在标况下的体积为0.2mol×22.4L/mol=4.48L。
电解
电解第14讲-电化学中的多室、多池装置
一、知识重构
(一)多室膜装置
1．常见的隔膜
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，即允许OH－和其他阴离子通过，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。
2．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)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜的选择依据
离子的定向移动。
4．多室电解池的类型及膜的应用
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、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示：
①电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na＋移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。
②电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得H＋会与CO结合生成HCO：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑。
(2)三室电解池
以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示：
①阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，生成的带负电荷的OH－吸引中间隔离室的K＋向阴极区迁移，得到KOH溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。
②阳极反应及cd膜的判断：阳极的电极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，生成的带正电荷的H＋吸引中间隔离室的NO向阳极区迁移，得到HNO3溶液，阳极区溶液的pH减小，cd膜为阴离子交换膜。
(3)四室电解池
以四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示：
电解稀硫酸的阳极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO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稀溶液的阴极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
(二)多池串联装置中池的判断
1．直接判断
非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。
如图：A为原电池，B为电解池。
2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，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。
如图：A为电解池，B为原电池。
3．根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。
如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
4．原电池和电解池的组合装置的思维模型
二、重温经典
（一）考查多室膜装置
1.（2023年6月浙江卷13题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是
下列说法错误的是
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
【答案】B
【解析】A．电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B．电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2= 4OH－，故B错误；C．右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D．改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。综上所述，答案为B。
2.（2023年全国甲卷12题）用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是
A．析氢反应发生在电极上IrOx-Ti电极上
B．Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O
D．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
【答案】A
【解析】A．析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B．离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误；C．由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正确；D．水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e =O2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误；答案选C。
3.（2023年河北卷7题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中SO4 2－的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O
【答案】B
【解析】A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为Mn2++2H2O-2e－=MnO2+4H+ ，B错误，C．放电时，①区溶液中多余的SO4 2－向②区迁移，C正确；D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O，D正确；故选：B。
4.（2022年全国甲卷10题）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＋4H＋＋2e－＝Mn2＋＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋＝Zn(OH)42 －＋Mn2＋＋2H2O
【答案】A
【解析】A项，Zn失去电子生成Zn2＋，在碱性溶液中以Zn(OH)42 －存在，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－ = Zn(OH)42 －，Zn电极为负极，原电池中阳离子移向正极，即I区，错误；B项，SO42 －向负极移动，即I区中SO42 －先向II区迁移，正确；C项，MnO2作正极，得电子，在H2SO4介质中生成Mn2＋，正确；D项，将正、负两极的电极相加得电池总反应，由于两个电极在不同的酸性、碱性介质中，所以总反应中同时写入H＋和OH－，正确。
5．（2021年广东卷）钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是
A．工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
【答案】D
【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。A项，由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，错误；B项，由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，错误；C项，若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，错误；D项，由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+，正确。
6.（2023年广东卷16题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是
A．电解总反应：KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1molNH3·H2O，双极膜处有9mol的H2O解离
C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
【答案】B
【解析】A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正确；B．每生成1molNH3·H2O，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8molH+ 进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；C．电解过程中，阳极室每消耗4molOH- ，同时有4molOH- 通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH-，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。
7.（2022年全国乙卷12题）Li—O2 电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li—O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－ = Li) 和阳极反应(Li2O2＋2 h＋ = 2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应Li2O2 = 2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2
【答案】C
【解析】A项，从图示知，充电时Li＋变为Li，Li2O2变为O2，则总反应为Li2O2生成Li和O2，正确；B项，光照为充电过程，当电路中转移的电子以及空穴量越多，表明充入的电量越多，在放电时，也将会释入出更多的电量，正确；C项，放电为原电池反应，在正极处，有负极迁移过来的带有负电的电子，根据正、负电荷相吸知，阳离子（Li＋）应向正极迁移得电子，错误；D项，正极与阳极的反应式颠倒，由图示知，放电时，O2转化为Li2O2，结合Li＋得电子，正确。
8.（2022年全国甲卷13题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采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向两极迁移，下列说法中正确的是
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：
C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
【答案】D
【解析】图中有外接电源，所以该装置为电解池。铅电极处，乙二酸转化为乙二醛，去氧为还原反应，对应电解池的阴极，则阳极为石墨电极，从图示看，Br－失去电子发生氧化反应生成Br2，2Br－－2e－=Br2，Br2氧化乙二醛生成乙醛酸，双极膜处，水电离出的OH－移向阳极，故阳极反应：Br2＋OHCCHO＋2OH－ = HOOCCHO＋2Br－＋H2O，B项错误；从图示看，阴、阳两极均生成乙醛酸，阳极处，生成1mol HOOCCHO时消耗1mol Br2，而生成1mol Br2时，转移2mol e－，阴极处，HOOCCOOH＋2e－＋2H＋= HOOCCHO＋H2O，也生成1mol HOOCCHO，所以当阴、阳两极各生成1mol HOOCCHO时，外电路上转移2mol e－，C项错误；电解池中，H＋向阴极处移动，即移向铅电极，D项正确；阳极处，KBr电离出的Br－失去电子生成Br2，KBr参加反应，所以KBr不仅作电解质作用，A项错误。
9.（2022年天津卷10题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极II上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极II附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL（折合成标准状况下）
【答案】C
【解析】A项，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，正确；B项，石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，正确；C项，随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，错误；D项，当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06 mol，根据阳极电极反应式
2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合成标准状况下)，正确。
（二）考查多池串联装置
1.（2022年山东卷13题）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－＝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
【答案】BD
【解析】本题考查原电池和电解池工作原理。由信息知，正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，Co的化合价由+3价降为+2价，得电子，故乙为正极，左侧图为原电池，另一电极细菌为负极，对应的右侧图为电解池，对应的甲为阴极，甲处Co2＋得电子生成Co，另一电极为阳极，由信息知，发生乙酸盐生成CO2，所以溶液为酸性，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，C项错误；生成的H＋通过阳膜进入甲室，生成HCl，所以pH逐渐减小，A项错误；LiCoO2(s)得电子生成Co2＋，在盐酸溶液中，生成CoCl2、LiCl和H2O，电极反应式为：2LiCoO2＋2e－＋8H＋=2Li＋＋2Co2+＋4H2O，右室中乙酸盐失去电子，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，生成的7mol H＋通过阳膜进入乙处，但是乙处要消耗8mol H＋，所以乙处还缺少1mol H＋，故乙室应补充HCl，B项正确；D项，若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e－) = ；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分CoCl2溶液转移至甲室，正确。
2.（2022年河北卷12题）科学家研制了一种在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置。工作原理示意图如下。
下列说法正确的是
A．电极b为阳极
B．隔膜为阴离子交换膜
C．生成气体M与N的物质的量之比为2:1
D．反应室中反应的离子方程式为4Fe(CN)63—＋4OH－4 Fe(CN)64—＋O2↑＋2H2O
【答案】BD
【解析】A项，由图示分析，电极a处，[Fe(CN)6]4－中Fe为+2价，[Fe(CN)6]3－中Fe为+3价，由箭头知，铁的化合价升高，失去电子，则a为电解池的阳极，错误；B项，由图示知，NaOH溶液箭头指向反应器I，在催化剂作用下，[Fe(CN)6]3－与OH－反应生成[Fe(CN)6]4－，同时生成O2，（Fe的化合价降低，O的化合价升高），电极a处的OH－不断被消耗，则电极b处OH－需要通过膜进入电极a中，则隔膜为阴离子交换膜，正确；C项，气体M为O2，总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，则气体N为H2，两者物质的量之比为1:2，错误；D项，根据Fe、O得失电子守恒配平反应，正确。
3．（2021年湖南卷）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2+＋2e－═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【解析】由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e－=2Br－，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e－=Zn2+，溴离子进入左侧，左侧溴化锌溶液的浓度增加；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。A项，由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，正确；B项，由分析可知，放电时，溶液中有Zn2+与Br－生成，通过循环回路，左侧储液器中溴化锌的浓度增大，错误；C项，由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e－=Zn，正确；D项，由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，正确。
三、模型建构
(一)多室膜装置的解题方法
第一步，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。
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。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。
(二)多池“串联”类电池的解题流程
四、名师导学
原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。
原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。

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