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(共40张PPT)
3.电化学中的多室、多池装置
目录CONTENTS
考向一
多室电化学装置
01
考向二
多池电化学装置与电化学计算
02
考向一
01
多室电化学装置
1. 电化学装置中的交换膜
（1）常见离子交换膜
知｜识｜强｜化
（2）新型交换膜——双极膜
①示意图
②双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选
择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间
的离子交换聚合物中，水电离产生H＋ 和OH－ ，可在电场的作
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. 含“膜”多室电化学装置分析
以四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸）为例（选自全国卷），其工作原
理如图所示：
分析如下：
真｜题｜研｜析
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
C. 电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
√
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. （2023·河北高考13题）我国科学家发明了一种以 和MnO2为电
极材料的新型电池，其内部结构如图所示，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
√
解析：　放电时，电极材料 转化为 电极反应
为 是原电池的负极，阳离子增多，
需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原
电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－ Mn2＋＋2H2O，阳离子
减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区。充电时，b电极
上得到电子，发生还原反应，A正确；
充电时，外电源的正极连接a电极，电极失去电子，电极反应为Mn2＋＋
2H2O－2e－ MnO2＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的 向
②区迁移，C正确；放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－
Mn2＋＋2H2O，D正确。
3. （2023·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可提高多碳产物（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IrOx-Ti电极上
B. Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
D. 每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况）
√
解析：　IrOx-Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，A错误；质子交换膜只允许H＋通过，故H＋从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移，B错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据图中物质转化关系知CO2可发生反应：2CO2＋12H＋＋12e－ C2H4＋4H2O，C正确；由A可知每转移1 mol电子，阳极生成 0.25 mol即5.6 L（标准状况）O2，D错误。
能｜力｜进｜阶
1. （2024·广东大湾区普通高中二模）利用双极膜电解含有 的溶液，
使 转化成含碳燃料，实现了CO2还原流动。电解池如图所示，双
极膜中水电离的H＋和OH－在电场作用下可以向两极迁移。下列说法不
正确的是（　　）
A. 银网电极与电源负极相连
B. 双极膜b侧应该用质子交换膜
D. 双极膜中有0.1 mol H2O电离，则阳极附近理论上产生0.05 mol O2
√
解析：　根据示意图，右侧 生成CO，发生还原反应，为阴极区，即Ag网为阴极，与电源的负极相连，阴极的反应式为 ＋2e－＋3H＋ CO↑＋2H2O；Ni网为阳极，电极反应式为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，双极膜中H＋向右侧移动，即b为质子膜，OH－向左侧移动，a为阴离子膜。银网电极为阴极，与电源负极相连，A正确；双极膜中H＋向右侧移动，即b为质子膜，B正确；阴极的电极反应式为 ＋2e－＋3H＋ CO↑＋2H2O，C正确；根据阳极反应式4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，产生0.05 mol O2会消耗0.2 mol OH－，双极膜中有0.2 mol H2O电离，D错误。
2. （2024·合肥八中教育集团铭传高级中学段考）如图所示装置，通电后
石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断正确的是（　　）
A. b是电源的负极
B. 当通过质子交换膜的H＋为0.12 mol时，Ⅱ室内溶液质量增加超过3.32 g
C. 电解一段时间后，Ⅰ室溶液的pH降低
D. 电解一段时间后，欲使CuCl2溶液恢复到原来浓度，需补充一定量的金
属铜和氯气
√
解析：　由石墨电极Ⅱ产生氧气可知，电极Ⅱ为阳极，电极 Ⅰ 为阴极，则b是电源的正极，A错误；随着电解的进行，当通过质子交换膜的H＋为0.12 mol时，Ⅱ室得到了来自Ⅰ室的0.12 mol Cl－及Ⅲ室的0.12 mol H＋，并且根据Fe2O3＋6H＋ 2Fe3＋＋3H2O，0.02 mol Fe2O3完全溶解，质量增加为0.12 mol×36.5 g·mol－1＋0.02 mol×160 g·mol－1＝7.58 g，超过3.32 g，B正确；电解一段时间后，Ⅰ室中Cu2＋浓度降低，水解平衡Cu2＋＋2H2O Cu（OH）2＋2H＋向左移动，溶液的pH升高，C错误；电解一段时间后，欲使CuCl2溶液恢复到原来浓度，需补充CuCl2固体，D错误。
3. （2024·辽宁重点高中协作校二模）电解硫酸钠溶液制取某正极材料的前驱体 （OH）2，其工作原理如图所示：
下列说法正确的是（　　）
A. a是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应
C. 交换膜A是阳离子交换膜，交换膜B是阴离子交换膜
D. 通电一段时间，Ⅰ室pH不变
√
解析：　由图可知，前驱体在Ⅲ室产生，即金属阳离子进入Ⅲ室，与该极产生的OH－生成前驱体，纯钛电极反应为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，作为电解池的阴极，接电源负极（b），故a为正极，石墨电极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，发生氧化反应，Ⅱ室中的阴离子通过交换膜A移向阳极，故交换膜A为阴离子交换膜。a是直流电源的正极，石墨电极为阳极，发生氧化反应，A错误；产生0.1 mol的 （OH）2时，需要0.2 mol OH－，纯钛电极反应为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，产生0.1 mol H2，标准状况下的体积为0.1 mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L，B正确；交换膜A是阴离子交换膜，交换膜B是阳离子交换膜，C错误；石墨电极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，则通电一段时间，Ⅰ室pH减小，D错误。
考向二
02
多池电化学装置与电化学计算
1. 多池电化学装置分析
（1）有外接电源的多池装置
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。如：
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
知｜识｜强｜化
（2）无外接电源的多池装置
两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2. 串联类装置的解题流程
真｜题｜研｜析
1. （2023·北京高考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. 废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
C. 装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
√
解析：　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，A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HC
的水解程度大于其电离程度，B正确；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，C错误；由电
解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为S ＋CO2＋
H2O HCOOH＋S ，D正确。
2. （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
法错误的是（　　）
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
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，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子被氧化为CO2，同时生成H＋，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O 2CO2↑＋7H＋，H＋通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2＋＋2e－ Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2被还原为Co2＋，同时得到Li＋，其中的O2－与溶液中的H＋结合生成H2O，电极反应式为2LiCoO2＋2e－＋8H＋ 2Li＋＋2Co2＋＋4H2O，负极发生的反应为CH3COO－－8e－＋2H2O 2CO2↑＋7H＋，负极产生的H＋通过阳膜进入正极室，但是乙室的H＋浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；
电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCoO2＋e－
＋4H＋ Li＋＋Co2＋＋2H2O，C错误；若甲室Co2＋减少200 mg，则转移
电子为n（e－）＝ ×2≈0.006 8 mol ；若乙室Co2＋增加300 mg，
则转移电子为n（e－）＝ ×1≈0.005 1 mol，由于转移电子的物
质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，
D正确。
3. （2022·河北高考12题改编）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。
下列说法正确的是（　　）
A. 电极b为阳极
B. 隔膜为阳离子交换膜
C. 生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D. 反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe（CN）6]3－＋4OH－ 4[Fe
（CN）6]4－＋O2↑＋2H2O
√
解析：　由图可知，电极a为阳极，碱性条件下[Fe（CN）6]4－在阳极
发生氧化反应生成[Fe（CN）6]3－，在催化剂作用下，[Fe（CN）6]3－
与OH－反应生成[Fe（CN）6]4－、O2和H2O，电极b为阴极，在水分子作
用下DHPS在阴极发生还原反应生成DHPS-2H和OH－，在催化剂作用
下，DHPS-2H与水反应生成DHPS和H2，OH－通过阴离子交换膜由阴极
室向阳极室移动，则M为O2、N为H2。电极b为电解池的阴极，A错误；
OH－通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则隔膜为阴离子交换
膜，B错误；M为O2、N为H2，由得失电子数目守恒可知，O2和H2的物
质的量之比为1∶2，C错误；反应器Ⅰ中发生的反应为催化剂作用下，[Fe（CN）6]3－与OH－反应生成[Fe（CN）6]4－、O2和H2O，离子方程式为4[Fe（CN）6]3－＋4OH－ 4[Fe（CN）6]4－＋O2↑＋2H2O，D正确。
能｜力｜进｜阶
1. （2024·T8联盟五模拟）装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电
的化学方程式为2K2S2＋KI3 K2S4＋3KI。图中的离子交换膜只允许
K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。
工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产
生的气体体积相同（标准状况），E电极质量减
少1.28 g。下列说法正确的是（　　）
A. 装置甲中A电极为电池的正极
C. 装置乙中D电极产生的气体是H2，体积为224 mL（标准状况）
D. 装置丙中的总反应为2Cl－＋2H2O 2OH－＋Cl2↑＋H2↑
√
解析：　断开K，C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少
1.28 g，则E电极是阳极，F电极是阴极，装置乙溶液中Cu2＋全部析出
Cu、H＋得到电子生成H2，C电极是阳极，D电极是阴极，因此装置甲中
A电极为电池的负极，B电极是正极，A错误；C电极是阳极，溶液中水
放电，电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，B错误；装置乙中D电
极是阴极，导线中转移的电子的物质的量是 ×2 mol＝0.04 mol，则
C电极生成O2的物质的量是 ＝0.01 mol，标准状况下的体积是224
mL，由于C、D两电极产生的气体体积相同，所以产生H2的体积标准状
况下是224 mL，C正确；装置丙中阳极是铜放电，阴极是H＋放电，得不到Cl2，总反应为Cu＋2H2O Cu（OH）2＋H2↑，D错误。
2. （2024·T8联盟六模拟）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电
池。如图所示装置是利用浓差电池电
解Na2SO4溶液（a、b电极均为石墨
电极），可以制得O2、H2、H2SO4和
NaOH。下列说法错误的是（　　）
B. 电池放电过程中，Cu（1）电极为该电池的正极
C. 电池从开始工作到停止放电，理论上可制得标准状况下44.8 L气体
D. 若开始前两铜电极的质量相同，当电路中转移0.2 mol电子时，两铜电
极的质量相差12.8 g
√
解析：　浓差电池中，左侧溶液中Cu2＋浓度大，离子的氧化性强，所
以Cu（1）电极为正极，电极上发生还原反应，电极反应：Cu2＋＋2e－
Cu，Cu（2）电极为负极，电极反应：Cu－2e－ Cu2＋；则电解
槽中a电极为阴极，b电极为阳极，阳极上水放电生成O2和H＋，电极反
应：2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，阴极上水放电生成H2，电极反应：
2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，则Na＋通过离子交换膜c进入左室，c为阳
离子交换膜，S 通过离子交换膜d进入右室，d为阴离子交换膜。b电
极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，A正确；浓差电池中，Cu（1）
电极为正极，B正确；
电池从开始工作到停止放电，溶液中Cu2＋浓度变为1.5 mol·L－1，根据Cu2
＋～Cu～2e－知，Cu（1）电极上析出n（Cu）＝（2.5－1.5）mol·L－1×2
L＝2 mol，电路中转移了4 mol电子，则a极产生了2 mol H2，b极产生了1
mol O2，共3 mol气体，则理论上可制得标准状况下3 mol×22.4 L·mol－1＝
67.2 L气体，C错误；当电路中转移0.2 mol电子时，Cu（1）电极上析出
的n（Cu）＝0.1 mol，对应的m（Cu）＝0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，
Cu（2）电极上溶解的n（Cu）＝0.1 mol，m（Cu）＝6.4 g，则两铜电极
的质量相差12.8 g，D正确。
3. （2024·广州五校联考）利用CH4燃料电池电解制备Ca（H2PO4）2并得到
副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是（　　）
B. A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C. a极上通入标准状况下2.24 L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.2 mol
D. 阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大
√
解析：　由图可知，左侧装置为甲烷燃料电池，通入甲烷的a极为负极，甲烷发生氧化反应，电极反应式为CH4－8e－＋4O2－ CO2＋2H2O，通入O2的b极为正极，O2在正极发生还原反应，电极反应式为2O2＋8e－ 4O2－；右侧装置为电解池，与b极相连的石墨电极为阳极，Cl－放电生成Cl2，溶液中Ca2＋通过阳离子交换膜进入产品室，与a极相连的石墨电极为阴极，水分子在阴极放电生成H2和OH－，原料室中Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，H2P 通过阴离子交换膜进入产品室，所以在阴极室得到浓度较大的NaOH溶液，在产品室得到Ca（H2PO4）2溶液。
a极为负极，电极反应式为CH4－8e－＋4O2－ CO2＋2H2O，A正确；电
解时，溶液中Ca2＋通过阳离子交换膜进入产品室，Na＋通过阳离子交换膜
进入阴极室，H2P 通过阴离子交换膜进入产品室，则A、C膜均为阳离
子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B正确；由得失电子数目守恒可知，阳极
室消耗Cl－为 ×8＝0.8 mol，由电荷守恒可知，进入产品室的
Ca2＋为0.8 mol× ＝0.4 mol，则阳极室减少钙离子的物质的量为0.4 mol，
C错误；与b极相连的石墨电极为阳极，Cl－在阳极放电生成Cl2，与a极相
连的石墨电极为阴极，水分子放电生成H2和OH－，原料室中钠离子通过阳
离子交换膜进入阴极室，所以在阴极室得到浓度较大的NaOH溶液，D正确。

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