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第33讲　多池、多室的电化学装置
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
考点一　多池串联的两大模型及原理分析　电化学计算的方法
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：
（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. 某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu， 则下列说法正确的是（　　）
A. 电流方向：电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
B. 电极Ⅰ发生还原反应
C. 电极Ⅱ逐渐溶解
√
2. 如图所示的装置，C、D、E、F都是惰性电极，A、B是电源的两 极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近溶液显红色。 则以下说法正确的是（　　）
A. 电源A极是负极
B. 电解一段时间后，向乙中通入一定量的HCl气体，可能使其恢复 到原来的浓度
C. 欲用丙装置给生铁铸件镀铜，G应该是生铁铸件，电镀液是CuSO4 溶液
D. C、F电极上收集到的气体在相同状况下的体积相同
√
解析：向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近溶液显红色，说明F极上有OH－产生，则F极为阴极，C、E为阳极，电源A极是正极，A错 误；若NaCl溶液足量，电解一段时间后，阴极生成氢气，阳极生成 氯气，因此向乙中通入一定量的HCl气体，可能使其恢复到原来的浓 度，B正确；欲用丙装置给生铁铸件镀铜，镀件作阴极、镀层金属作 阳极，即H应该是生铁铸件，电镀液是CuSO4溶液，G为Cu，C错 误；
C电极为阳极，生成的气体为氧气，F电极为阴极，生成的气体为氢气，生成1 mol氧气和1 mol氢气时，转移电子的物质的量分别为 4 mol和2 mol，在同一电路中，转移的电子数相同，C、F电极上收集 到的气体在相同状况下的体积之比为1∶2，D错误。
【思维建模】
串联电路的解题流程
二、电化学的相关计算
3. 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
√
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
通入氧气的一极为正极，电极反应式为
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。
【方法规律】
　　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　多室装置及原理分析
　　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，故称为 多室装置。
1. 常考交换膜类型及特点
2. 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。
NO＋5e－＋6H＋
（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：
3. 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（　　）
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
√
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. 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
D. 每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
√
真题·体验品悟
1. （2025·河北高考10题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料 LixCoO2（x＜1）再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件， 不干扰电极反应。下列说法正确的是（　　）
D. 电解过程中，阳极附近溶液pH升高
√
解析：
2. （经典高考）一种电解法制备Ca（H2PO4）2并得到NaOH等副产 物的示意装置如图，下列说法错误的是（　　）
A. 与a、b相连的分别是电源的正极、负极
C. A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
D. 产品室中的Ca2＋和原料室的Na＋物质的量浓度同等程度增大
√
3. （2024·山东高考13题）以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的 NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高 效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A. 电极a连接电源负极
B. 加入Y的目的是补充NaBr
D. 催化阶段反应产物物质的量之比n（Z）∶n（Br－）＝3∶2
√
催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br－得到
6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol 电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n（O2）∶n（Br－） ＝6∶4＝3∶2，D项正确。
4. （2025·湖南高考18题节选）在温和条件下，将CO转化为C4烃类具 有重要意义。采用电化学—化学串联催化策略可将CO高选择性合成 C4H10，该流程示意图如下：
回答下列问题：
（1）电解池中电极M与电源的 极相连。
解析：电解池中电极N上CO转化为C2H4，发生“得氢失氧”的还原 反应，N极为阴极，则电极M为阳极，与电源的正极相连。
正　
2CO＋6H2O＋8e－
（1）电极b是电解池的 极。
解析：电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳 极。
阳　
课时跟踪检测
一、选择题（本题包括7个小题，每小题只有一个选项符合题意）
1. （2025·浙江联考）某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电 源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如图所示。下列说法正确 的是（　　）
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B. 电极b上得到的是Cl2
C. 标准状况下，每个电池通入1 L CH4且完全反应，理论上最多能得 到8 L H2
D. 若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应为2NaCl ＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
√
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2. （2025·浙江名校协作体开学测试）某研究团队通过膜电解法制得 纯碱、甘氨酸（H2NCH2COOH）和高浓度烧碱，其装置如图所示。 其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层 水发生解离产生H＋和OH－。下列说法正确的是（　　）
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A. 膜a为阴离子交换膜
B. 制得7.5 g甘氨酸，盐室1增重2.2 g
D. 一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大
√
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3. （2025·浙江十校联考）高能耗的氯碱工业，经过优化工艺设计可 降低能耗。如图所示设计中，表示了相关物料的传输和转化关系，下 列说法不正确的是（　　）
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A. 该设计中主要的节能之处一是用氢氧燃料电池来供电，二是提高 NaOH溶液浓度
B. 离子交换膜Ⅰ应选用阳离子交换膜，离子交换膜Ⅱ选用阴离子交换膜
D. 燃料电池装置中通空气的一端发生还原反应
√
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4. 四室电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、 阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换 膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是（　　）
A. b、c分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B. 通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区
C. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均增大
D. 电池总反应为4NaCl＋6H2O 4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑
√
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解析：由题图中信息可知，左边电极与负极相连，为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电失电子生成O2和H＋，阴极上H2O放电得电子生成H2和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成HCl，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Ⅱ室中的Na＋透过a迁移至Ⅰ室，Ⅰ室中NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜，A、B错误；
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电解一段时间后，Ⅰ室中溶液的c（OH－）增大，pH增大，Ⅱ室中为 NaCl溶液，pH不变，Ⅲ室中有HCl生成，故c（H＋）增大，pH减小， Ⅳ室中H2O放电生成O2和H＋，同时H＋移向Ⅲ室，使水的量减小，
c（H＋）增大，pH减小，C错误。
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5. （2025·嘉兴月考）我国科学家在光电催化—化学耦合烟气脱硫并 实现CO2的资源化利用与电能储存的研究中取得重大突破，其工作原 理如图所示。下列说法正确的是（　　）
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B. 装置A食盐水中NaCl质量分数：x％＜y％
C. 离子交换膜N为阴离子交换膜
D. 每吸收1 mol SO2，理论上装置B的总质量增加62 g
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6. 目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和 B，其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用 下（BP）复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子 源。下列说法正确的是（　　 ）
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B. “双极膜组”电渗析法可应用于从盐溶液（MX）制备相应的酸 （HX）和碱（MOH）
C. M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过 Cl－和Na＋
D. 电路中每转移0.5 mol电子，理论上获得副产品A和B各0.25 mol
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7. 双极膜（BP）可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH－和H ＋，并透过阴、阳离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过 程如图所示，已知盐室中生成CaCO3实现捕获，下列说法正确的是 （　　 ）
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B. 溶液中的X为H＋
C. 交换膜A为阳离子交换膜
D. 捕获1.12 L CO2转化为沉淀，则转移电子2 mol
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二、非选择题（本题包括2个小题）
8. 按照要求回答下列问题：
（1）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电 解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示（电极材 料均为石墨）。
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解析：电解池中阳离子向阴极移动，由题图可知，a电极为阴极，水 放电生成氢气和氢氧根离子，图中A口产生的气体为氢气，B口流出 的物质是浓氢氧化钠溶液。
氢气　
浓氢氧化钠
溶液　
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②b电极表面发生的电极反应为 。
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（2）Co是磁性合金的重要材料，也是维生素B12的重要组成元素。 工业上可用如图装置制取单质Co并获得副产品盐酸（A、B均为离子 交换膜）。
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①A膜为 （填“阳”或“阴”）离子交换膜。
解析：工业上可用题图装置制取单质Co并获得副产品盐酸，Co2＋在 阴极发生还原反应生成Co单质，阳极水放电生成氧气和氢离子，阳 极室中氢离子通过A膜、阴极室中的氯离子通过B膜向产品室迁移得 到HCl，故A膜为阳离子交换膜。
阳　
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2Co2＋＋2H2O　 2Co＋4H＋
＋O2↑　
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③若阴极室中阴极质量增加11.8 g，则产品室增加的HCl的物质的量 为 。
0.4 mol　
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（3）相同金属与其不同浓度盐溶液可形成浓差电池。以浓差电池为 电源，利用NH3制备高纯N2和H2的装置如图所示（M、N均为石墨电 极）。
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正　
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②电解一段时间后，丁室中KOH的浓度 （填“增大”“减 小”或“不变”）。
解析：电解一段时间后，丁室中水放电得到电子生成氢气和氢氧根离 子，同时氢氧根离子移向丙室，因此丁室中氢氧根离子的物质的量不 变，由于溶液的体积减小，因此丁室中KOH的浓度增大。
增大　
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18　
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④甲乙两室溶液浓度相同时，制得H2的体积为 L（标准状 况）。
解析：甲乙两室溶液浓度相同时，说明左右两边硫酸根离子的物质的 量浓度均为1.5 mol·L－1，则甲中铜消耗了（1.5 mol·L－1－0.5 mol·L －1）×2 L＝2 mol，转移4 mol电子，生成2 mol氢气，因此制得H2的 体积为2 mol ×22.4 L·mol－1＝44.8 L（标准状况）。
44.8　
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9. 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。
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（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；
解析：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。
正　
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5
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9
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为 L；
2.8　
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3
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④电解前后丙中溶液的pH （填“增大”“减小”或“不 变”）。
解析：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。
不变　
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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，实质为电解水。
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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