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第54讲　多室、多池电化学装置与电化学计算
复习要求　1.了解离子交换膜的类型及作用；2.了解多池连接装置的特点及分析方法；3.能用电子守恒法进行有关电化学的计算。
考点一　多室电化学装置及离子交换膜
【知识梳理】
1.离子交换膜的分类
2.离子交换膜的作用
(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，提高产品的纯度或避免不安全因素。
(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.分析方法
(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向。
(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子。
(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。
4.示例
用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用:
(1)平衡电荷，形成闭合回路；
(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
(4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
【知能通关】
(一)离子交换膜在新型电池中的应用
1.(2025·北京顺义一模)“全氢电池”是一种新型化学电源，能量效率可达80%，其工作原理如下图所示。
该电池放电时，下列说法不正确的是(　　)
A.吸附层A为负极，其电极反应为H2－2e－===2H＋
B.Na＋通过离子交换膜由左向右移动
C.NaClO4主要作用是提高溶液的导电性
D.电池总反应为H＋＋OH－===H2O
答案　A
解析　由工作原理图可知，左边吸附层上氢气失电子与氢氧根离子结合生成水，发生氧化反应，吸附层A为负极，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，吸附层B为正极，发生还原反应，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总反应为H＋＋OH－===H2O，A错误，D正确；原电池工作时阳离子移向正极，阴离子移向负极，由分析可知，吸附层A为负极，吸附层B为正极，Na＋通过离子交换膜由左向右移动，B正确；该原电池的总反应为H＋＋OH－===H2O，NaClO4在水溶液中完全电离，主要作用是提高溶液的导电性，C正确。
2.(2026·临沂模拟)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法不正确的是(　　)
A.充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
B.放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量不变
C.充电时阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变
答案　D
解析　充电时n接电源的负极，作电解池的阴极，Zn2＋通过阳离子交换膜向阴极定向迁移，故由左侧流向右侧，A正确；放电时，负极Zn溶解生成Zn2＋，Zn2＋通过阳离子交换膜向正极定向迁移，故负极区溶液质量不变，B正确；若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极不会改变，D错误。
(二)离子交换膜在电解池中的应用
3.(2025·南昌一模)双极膜在电场作用下可以提供OH－和H＋。科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.与电源正极相连一极为电极X
B.隔膜1、隔膜2均为阳离子交换膜
C.循环液1和循环液2中的成分相同
D.该方法可以同时将海水进行淡化
答案　B
解析　A.电极X上发生反应:Fe(CN＋e－===Fe(CN，电极X上发生得电子的还原反应，X作阴极，应与电源负极相连，故A错误；B.由电极X反应可知，循环液1中负电荷数增加，为平衡溶液中电荷，则海水中的钠离子应通过隔膜1进入左室；电极Y反应为Fe(CN－e－===Fe(CN，循环液2中负电荷数减少，为平衡溶液中电荷，则循环液中钾离子应通过隔膜2进入左室，这样才能保持循环液中的离子不出现交换，故B正确；C.由图中信息可知循环液1中最终含Fe(CN、循环液2中最终含Fe(CN，两者成分不同，故C错误；D.由上述分析可知海水中钠离子最终移向阴极区，但氯离子不能通过双极膜进入阳极区，同时钠离子最终仍在处理后的海水中，因此不能实现海水淡化，故D错误。
4.次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图:
(1)A是________交换膜；判断方法:_________________________________。
(2)B是________交换膜，判断方法:_________________________________。
(3)Co为________，阳极反应式为________________。
(4)石墨为________，阴极反应式为_________________________________，Na＋移向________，C是________交换膜。
答案　(1)阳离子　根据产物Co(H2PO2)2确定离子移动方向；Co2＋向产品室移动，则A是阳离子交换膜
(2)阴离子　H2P向产品室移动
(3)阳极　Co－2e－===Co2＋
(4)阴极　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　阴极　阳离子
含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
考点二　多池串联的电化学装置
【知识梳理】
1.常见多池串联装置图
(1)外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
(2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2.多池串联中，装置类型的判断
(1)装置类型的判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；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。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:B为原电池，A为电解池。
(2)常用规律
①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。
②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
【知能通关】
1.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法不正确的是(　　)
A.b电极反应式为R＋2H＋＋2e－===H2R
B.电池工作时，负极区要保持呈酸性
C.工作一段时间后，正极区的pH变大
D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为1
答案　C
解析　a电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，a电极为负极，左侧还发生反应:2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋，b电极为正极，电极反应式为R＋2H＋＋2e－===H2R，右侧还发生反应:O2＋H2R===R＋H2O2，实现废气处理和能源利用，A项正确；负极区生成Fe3＋，为防止Fe3＋水解生成Fe(OH)3，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，B项正确；氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，C项错误；根据原电池正极区的反应，每转移2 mol电子消耗1 mol氧气，现消耗氧气的物质的量为＝0.005 mol，则转移电子0.01 mol，由电解总反应式:2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋知，生成0.01 mol氢离子，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，则电解后的CuSO4溶液的pH约为1，D项正确。
2.(2026·三明一中月考)某实验小组设计如图所示装置，下列说法错误的是(　　)
A.乙池中电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag电极
B.甲池通入CH4的电极反应式为CH4＋8e－＋10OH－===C＋7H2O
C.反应一段时间后，向乙池中加入一定量CuCO3固体能使CuSO4溶液恢复到原来的状态
D.甲池中消耗0.56 L(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生2.90 g固体
答案　B
解析　甲池为燃料电池，通入甲烷的是负极，通入氧气的是正极，电流由正极流出经过乙、丙池最终流向负极。乙、丙池是电解池，乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag电极为阴极，丙池中，阳极是与乙池相连的电极，发生的是氯离子失去电子的氧化反应，阴极是与甲池相连的电极，水放电产生氢气。A.乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag电极为阴极，电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag电极，故A正确；B.甲池通入CH4的电极为负极，失去电子，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===C＋7H2O，故B错误；C.乙池发生的是电解池反应，两极析出的分别是Cu和O2，因此加入CuCO3或CuO后溶液能够复原，故C正确；D.甲池中正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，0.56 L(标准状况下)O2物质的量为0.025 mol，转移电子0.1 mol，根据丙池中，阴极是与甲池相连的电极，水放电产生氢气，转移0.1 mol电子，减少0.1 mol氢离子，生成0.1 mol氢氧根离子，镁离子和氢氧根离子结合为氢氧化镁，理论上最多产生0.05 mol氢氧化镁，质量为0.05 mol×58 g·mol－1＝2.90 g，故D正确。
3.(2025·山东淄博一模)热再生乙腈(CH3CN)电池将CO2还原为CO，利用工业废热热解甲池左室溶液可实现CH3CN再生，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.甲池Cu电极为负极
B.甲池隔膜为阴离子交换膜
C.乙池c极电极反应式为3CO2＋2e－＋H2O===CO＋2HC
D.若d极生成1.12 L(标准状况)O2，则理论上b极质量减少12.8 g
答案　B
解析　由装置图可知b电极上发生反应:Cu＋4CH3CN－e－===[Cu(CH3CN)4]＋，Cu作负极，a电极为正极，正极发生反应:Cu2＋＋4CH3CN＋e－===[Cu(CH3CN)4]＋，则c电极为阴极，d电极为阳极，据此分析解答。由以上分析可知甲池Cu电极为负极，故A正确；由图示信息可知，甲池中两极产物均为[Cu(CH3CN)4]＋，且最终从左侧电极导出，则b电极生成的[Cu(CH3CN)4]＋应通过隔膜进入左侧，该隔膜应为阳离子交换膜，故B错误；c电极为阴极，该电极上CO2还原为CO，电极反应为3CO2＋2e－＋H2O===CO＋2HC，故C正确；若d极生成1.12 L(标准状况)O2，即消耗0.05 mol氧气，转移电子0.2 mol，结合上述电极反应可知b电极消耗0.2 mol Cu，质量减少12.8 g，故D正确。
考点三　电化学计算
【知识梳理】
1.电化学计算的三种方法
(1)根据总反应式计算:先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式:
4e－~~
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
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.电流效率η的计算
η＝×100%。
先根据电极反应式计算出生成目标产物需要的电子的物质的量，再代入该公式进行计算。
3.计算电路中通过的电量或电子的物质的量
Q＝I·t＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C＝n(e－)×96 500 C·mol－1(1个电子的电量是1.60×10－19 C)，F(法拉第常数)＝96 500 C·mol－1。
【知能通关】
1.(2025·甘肃二模)全固态锂金属电池具有更高比能和更高安全性。我国科研团队设计了基于LLZTO@Ag复合层负极改性的硫化物全固态锂电池，结构如图所示，放电时电池反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi===LiNixCoyMnzO2。下列说法错误的是(　　)
A.放电时，电子流向为a极→负载→b极
B.充电时，Li＋流向为b极→固态电解质→复合层→a极
C.充电时，b极的电极反应为LiNixCoyMnzO2－ae－===Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋
D.放电时，每转移0.1 mol电子b极质量理论上减少0.7 g
答案　D
解析　由图可知，放电时a极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，b极为正极，锂离子作用下Li1－aNixCoyMnzO2在正极得到电子发生还原反应生成LiNixCoyMnzO2；充电时，与直流电源负极相连的a极为阴极，锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂，b极为阳极，LiNixCoyMnzO2在阳极失去电子发生氧化反应生成Li1－aNixCoyMnzO2和锂离子。
2.(2025·泰安模拟)NO－空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是(　　)
A.b膜为阴离子交换膜
B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310N＋5S
C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L－1的盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计)
D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L
答案　D
解析　NO－空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池的正极，通入NO的一极为负极。乙和丙池均为电解池。M室反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋产生的H＋通过a膜和N室的Cl－通过b膜在浓缩室形成HCl，所以b膜为阴离子交换膜，A项正确；乙池中SO2被氧化为S，NO被还原为N，总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310N＋5S，B项正确；浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L－1的盐酸即增加H＋物质的量为4 L×(0.6－0.1) mol·L－1＝2 mol，所以M室发生反应:2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移2 mol H＋时减少水的物质的量为1 mol，质量为1 mol×18 g·mol－1＝18 g，C项正确；没有给出气体所处的压强与温度，无法计算，D项错误。
3.电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。
(1)阳极的电极反应式为________________。
(2)简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:_______________________________。
(3)电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8，此时进入浓缩室的OH－可忽略不计。400 mL10 g·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g·L－1(溶液体积变化忽略不计)阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L。(乳酸的摩尔质量为90 g·mol－1)
答案　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)阳极H2O放电生成O2和H＋，c(H＋)增大，H＋从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室；A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室，H＋＋A－HA，乳酸浓度增大　(3)6.72
解析　(1)在阳极H2O放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)浓缩室中得到浓乳酸的原理:阳极H2O放电生成O2和H＋，c(H＋)增大，H＋从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室；阴极中的A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室，H＋A－HA，乳酸浓度增大。(3)Δn(HA)＝＝0.6 mol，故进入浓缩室的n(A－)＝0.6 mol，转移电子n(e－)＝0.6 mol，n(H2)＝n(e－)＝0.3 mol，V(H2)＝0.3 mol×22.4 L·mol－1＝6.72 L。
我的收获
知识建构 感悟笔记
1.方法规律:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 2.盲点误区:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　
体验真题　感知高考
1.(2025·甘肃卷)我国科研工作者设计了一种Mg－海水电池驱动海水(pH＝8.2)电解系统(如图)，以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　)
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中，电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D.理论上，每通过2 mol电子，可产生1 mol H2
答案　D
解析　由题图可知，电极1上发生转化Mg→Mg(OH)2，则电极1为原电池的负极，电极2为原电池的正极，电极3与原电池正极相连，为电解池阳极，同理电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH＝8.2可得各电极的电极反应式，电极1:Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2；电极2:2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；电极3:4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；电极4:2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。将催化剂生长在泡沫镍电极上，可增大催化剂与反应物的接触面积，提高催化效率，A正确；由上述分析可知，电极1为原电池负极，故外电路中电子从电极1流向电极4，B正确；由电池分析可知，C正确；由得失电子守恒可知，理论上，电路中每通过2 mol电子，电极2和电极4均产生1 mol H2，共产生2 mol H2，D错误。
2.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为[Fe(CN)6]4－＋e－===[Fe(CN)6]3－
D.若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl
答案　D
解析　电极a为阴极，发生反应:O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电极b为阳极，发生反应:Li4[Fe(CN)6]－e－===Li3[Fe(CN)6]＋Li＋。为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为以LiCl形式回收锂元素，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g(1 mol)NaCl，溶液中有1 mol Na＋、1 mol Cl－和1 mol Li＋迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。
1.高考热点:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.新考法新角度:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
分层训练　提升考能
基础落实
1.某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为正极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2－4e－＋4H＋===2H2O
答案　A
解析　该燃料电池中，乙烯和水发生氧化反应，所以通入乙烯和水的电极是负极，氧气得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，由图可知负极上乙烯和水生成乙醛和氢离子，氢离子移向正极，正极上氧气和氢离子反应生成水，X为水，由此分析解题。电池工作时，氢离子移向正极，a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，a电极附近pH升高，故C、D不符合题意。
2.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
答案　C
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，电极反应式不出现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，质量为12.8 g，D错误。
3.我国科学家开发出了一种Zn－NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.电极电势:Zn/ZnO电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D.电子流向:Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
答案　C
解析　Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；正极反应为NO＋5e－＋5H＋===NH3＋H2O，正极区消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；电子流向:负极→负载→正极，D正确。
4.(2022·全国甲卷)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)4]2－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S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D.电池总反应:Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O
答案　A
解析　根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O，D正确。
5.(2025·山东临沂二模)一种电化学处理氨氮污染废水的装置如图所示。已知:Cl·与HO·为自由基，自由基之间结合生成的分子也可将N氧化为N2。下列说法正确的是(　　)
A.电极电势:a电极B.自由基HO·氧化N的离子方程式为6HO·＋2N===N2↑＋2H＋＋6H2O
C.相同数目的自由基结合生成的分子不同，标准状况下产生N2的体积不同
D.左室溶液pH下降，说明参加反应的Cl－数目大于H2O数目
答案　B
解析　A.由图可知a电极上Cl－转化为Cl·、H2O转化为HO·，均发生失电子的氧化反应，所以a为阳极，b为阴极。电极电势阳极高于阴极，即电极电势:a电极>b电极，A错误；B.HO·氧化N生成N2，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，离子方程式为6HO·＋2N===N2↑＋2H＋＋6H2O，B正确；C.2Cl·===Cl2↑、2HO·===H2O2，Cl2、H2O2氧化N时，根据得失电子守恒，相同数目的自由基结合成的分子，氧化N生成N2的物质的量相同，标准状况下体积也相同，C错误；D.Cl－转化为Cl·、H2O转化为HO·，Cl·、HO·氧化N的反应分别为6Cl·＋2N===N2↑＋8H＋＋6Cl－、6HO·＋2N===N2↑＋2H＋＋6H2O，左室溶液pH下降，说明生成H＋增多，从反应看参加反应的Cl－与H2O数目之比为1∶4，pH不变，大于1∶4时，pH下降，D错误。
6.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________(填具体离子符号)交换膜。
(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，其缺点是_______________________________。
答案　(1)Na＋　(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　(3)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
能力提升
7.(2025·湖北卷)某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3＋和[Fe(H2O)6]2＋在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是(　　)
A.阴极反应为[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋
B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]2＋比[Fe(H2O)6]3＋稳定
C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自电子转移后[Fe(H2O)6]2＋和[Fe(H2O)6]3＋离子结构的改变
答案　B
解析　由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H2O)6]2＋－e－===[Fe(H2O)6]3＋，则左侧为阳极，右侧电极反应为[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋，则右侧电极为阴极，据此解答。A.由分析可知，阴极反应为[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋，A正确；B.已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋是吸热反应，物质所具有的能量越低越稳定，故[Fe(H2O)6]3＋比[Fe(H2O)6]2＋更稳定，B错误；C.多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；D.由题可知，电子转移(即氧化还原反应)本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子[Fe(H2O)6]2＋和[Fe(H2O)6]3＋因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致的热量变化，D正确。
8.(2025·山西三模)工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解NH4NO3制备HNO3和NH3·H2O，下列说法正确的是(　　)
A.导线X接外电源的负极
B.N电极的电极反应方程式为2N＋2e－===2NH3↑＋H2↑
C.每当产生标准状况下22.4 L气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少4 g
D.离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜
答案　D
解析　电极M区进入的是稀硝酸，出来的是浓硝酸，则M为阳极，水被氧化得到氧气和氢离子，A为氧气，硝酸根离子向左移动，左侧可制得硝酸，N为阴极，水放电产生氢气和氢氧根离子，B为氢气，铵根离子向右移动，二者反应得到浓氨水。A.Ⅰ室中电极产生H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，发生氧化反应，电极M为阳极，接外电源的正极，A错误；B.电极N为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B错误；C.每当产生标准状况下22.4 L O2，根据得失电子守恒，Ⅲ室溶液中就要生成2 mol H2，质量减少4 g，同时依据电荷守恒，4 mol N通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，溶液质量增加72 g，所以Ⅲ室溶液的质量理论上共增加68 g，C错误；D.根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质，可知Ⅱ室中的N要进入Ⅰ室，所以离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜。N要进入Ⅲ室，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，D正确。
9.(2025·日照开学考试)Li－SO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。
已知电池反应方程式为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列问题:
(1)Li电极是________(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为_________________
________________。
(2)Li电极与__________(填“镍”或“不锈钢”)电极相连，膜c为__________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(3)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________ g。
答案　(1)负极　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
(2)不锈钢　阳离子　(3)增大　(4)21
解析　图中上面装置为原电池，下面装置为电解池。在原电池中，Li电极为负极，C电极为正极；电解池中，因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2，所以镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极。Ni2＋透过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜；Ⅲ室中的H2P透过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜；Ⅲ室中的Na＋透过膜c进入Ⅳ室，则膜c为阳离子交换膜。(1)由分析可知，Li电极是负极，C电极(正极)上，SO2Cl2获得电子生成SO2和Cl－，电极反应为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑。(2)因为镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极，则Li电极与不锈钢电极相连，膜c为阳离子交换膜。(3)Ⅳ室中，H2O得电子生成H2和OH－，Na＋从Ⅲ室进入Ⅳ室，则电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将增大。(4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物质的量为＝1.5 mol，则线路中转移电子3 mol，Li电极上失电子的Li为3 mol，质量减少3 mol×7 g·mol－1＝21 g。(共68张PPT)
大单元五　化学反应原理
第一单元　化学反应与能量
第54讲　多室、多池电化学装置与电化学计算
1.了解离子交换膜的类型及作用；2.了解多池连接装置的特点及分析方法；
3.能用电子守恒法进行有关电化学的计算。
复习要求
考点一　多室电化学装置及离子交换膜
考点二　多池串联的电化学装置
目
录
CONTENTS
体验真题　感知高考
分层训练　提升考能
考点三　电化学计算
考点一
多室电化学装置及离子交换膜
知识梳理
知能通关
1.离子交换膜的分类
2.离子交换膜的作用
(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，提高产品的纯度或避免不安全因素。
(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.分析方法
(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向。
(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子。
(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。
4.示例
用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用:
(1)平衡电荷，形成闭合回路；
(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
(4)避免Cl-进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
(一)离子交换膜在新型电池中的应用
1.(2025·北京顺义一模)“全氢电池”是一种新型化学电源，能量效率可达80%，其工作原理如下图所示。
该电池放电时，下列说法不正确的是(　　)
A.吸附层A为负极，其电极反应为H2-2e-===2H+
B.Na+通过离子交换膜由左向右移动
C.NaClO4主要作用是提高溶液的导电性
D.电池总反应为H++OH-===H2O
A
解析　由工作原理图可知，左边吸附层上氢气失电子与氢氧根离子结合生成水，发生氧化反应，吸附层A为负极，负极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O，吸附层B为正极，发生还原反应，正极反应式为2H++2e-===H2↑，总反应为H++OH-===H2O，A错误，D正确；原电池工作时阳离子移向正极，阴离子移向负极，由分析可知，吸附层A为负极，吸附层B为正极，Na+通过离子交换膜由左向右移动，B正确；该原电池的总反应为H++OH-===H2O，NaClO4在水溶液中完全电离，主要作用是提高溶液的导电性，C正确。
2.(2026·临沂模拟)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法不正确的是(　　)
A.充电时n接电源的负极，Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
B.放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量不变
C.充电时阴极的电极反应式为Zn2++2e-===Zn
D.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变
D
解析　充电时n接电源的负极，作电解池的阴极，Zn2+通过阳离子交换膜向阴极定向迁移，故由左侧流向右侧，A正确；放电时，负极Zn溶解生成Zn2+，Zn2+通过阳离子交换膜向正极定向迁移，故负极区溶液质量不变，B正确；若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极不会改变，D错误。
(二)离子交换膜在电解池中的应用
3.(2025·南昌一模)双极膜在电场作用下可以提供OH-和H+。科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.与电源正极相连一极为电极X
B.隔膜1、隔膜2均为阳离子交换膜
C.循环液1和循环液2中的成分相同
D.该方法可以同时将海水进行淡化
B
解析　A.电极X上发生反应:Fe(CN+e-===Fe(CN，电极X上发生得电子的还原反应，X作阴极，应与电源负极相连，故A错误；B.由电极X反应可知，循环液1中负电荷数增加，为平衡溶液中电荷，则海水中的钠离子应通过隔膜1进入左室；电极Y反应为Fe(CN-e-===Fe(CN，循环液2中负电荷数减少，为平衡溶液中电荷，则循环液中钾离子应通过隔膜2进入左室，这样才能保持循环液中的离子不出现交换，故B正确；C.由图中信息可知循环液1中最终含Fe(CN、循环液2中最终含Fe(CN，两者成分不同，故C错误；D.由上述分析可知海水中钠离子最终移向阴极区，但氯离子不能通过双极膜进入阳极区，同时钠离子最终仍在处理后的海水中，因此不能实现海水淡化，故D错误。
4.次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图:
(1)A是________交换膜；判断方法:_____________________________________ _____________________________________________________________________。
(2)B是________交换膜，判断方法:______________________________________。
(3)Co为________，阳极反应式为_______________________________________。
(4)石墨为________，阴极反应式为_________________________________，Na+移向________，C是________交换膜。
阳离子
根据产物Co(H2PO2)2确定离子移动方向；
Co2+向产品室移动，则A是阳离子交换膜
阴离子
H2P向产品室移动
阳极
Co-2e-===Co2+
阴极
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
阴极
阳离子
含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
考点二
多池串联的电化学装置
知识梳理
知能通关
1.常见多池串联装置图
(1)外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
(2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2.多池串联中，装置类型的判断
(1)装置类型的判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；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。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:B为原电池，A为电解池。
(2)常用规律
①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。
②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
1.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法不正确的是(　　)
A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2R
B.电池工作时，负极区要保持呈酸性
C.工作一段时间后，正极区的pH变大
D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解
后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为1
C
解析　a电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+，a电极为负极，左侧还发生反应:2Fe3++ H2S===2Fe2++S↓+2H+，b电极为正极，电极反应式为R+2H++2e-===H2R，右侧还发生反应:O2+H2R===R+H2O2，实现废气处理和能源利用，A项正确；负极区生成Fe3+，为防止Fe3+水解生成Fe(OH)3，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，B项正确；氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，C项错误；根据原电池正极区的反应，每转移2 mol电子消耗1 mol氧气，现消耗氧气的物质的量为＝0.005 mol，则转移电子0.01 mol，由电解总反应式:2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+知，生成0.01 mol氢离子，c(H+)＝＝0.1 mol·L-1，则电解后的CuSO4溶液的pH约为1，D项正确。
2.(2026·三明一中月考)某实验小组设计如图所示装置，下列说法错误的是(　　)
A.乙池中电流由石墨电极经过硫酸
铜溶液流向Ag电极
B.甲池通入CH4的电极反应式为CH4
+8e-+10OH-===C+7H2O
C.反应一段时间后，向乙池中加入
一定量CuCO3固体能使CuSO4溶液恢复到原来的状态
D.甲池中消耗0.56 L(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生2.90 g固体
B
解析　甲池为燃料电池，通入甲烷的是负极，通入氧气的是正极，电流由正极流出经过乙、丙池最终流向负极。乙、丙池是电解池，乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag电极为阴极，丙池中，阳极是与乙池相连的电极，发生的是氯离子失去电子的氧化反应，阴极是与甲池相连的电极，水放电产生氢气。A.乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag电极为阴极，电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag电极，故A正确；B.甲池通入CH4的电极为负极，失去电子，电极反应式为CH4-8e-+10OH-===C+7H2O，故B错误；C.乙池发生的是电解池反应，两极析出的分别是Cu和O2，因此加入CuCO3或CuO后溶液能够复原，故C正确；D.甲池中正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-，0.56 L(标准状况下)O2物质的量为0.025 mol，转移电子0.1 mol，根据丙池中，阴极是与甲池相连的电极，水放电产生氢气，转移0.1 mol电子，减少0.1 mol氢离子，生成0.1 mol氢氧根离子，镁离子和氢氧根离子结合为氢氧化镁，理论上最多产生0.05 mol氢氧化镁，质量为0.05 mol×58 g·mol-1＝2.90 g，故D正确。
3.(2025·山东淄博一模)热再生乙腈(CH3CN)电池将CO2还原为CO，利用工业废热热解甲池左室溶液可实现CH3CN再生，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.甲池Cu电极为负极
B.甲池隔膜为阴离子交换膜
C.乙池c极电极反应式为3CO2+2e-+H2O===CO+2HC
D.若d极生成1.12 L(标准状况)O2，则理论上b极质量减少12.8 g
B
解析　由装置图可知b电极上发生反应:Cu+4CH3CN-e-===[Cu(CH3CN)4]+，Cu作负极，a电极为正极，正极发生反应:Cu2++4CH3CN+e-===[Cu(CH3CN)4]+，则c电极为阴极，d电极为阳极，据此分析解答。由以上分析可知甲池Cu电极为负极，故A正确；由图示信息可知，甲池中两极产物均为[Cu(CH3CN)4]+，且最终从左侧电极导出，则b电极生成的[Cu(CH3CN)4]+应通过隔膜进入左侧，该隔膜应为阳离子交换膜，故B错误；c电极为阴极，该电极上CO2还原为CO，电极反应为3CO2+2e-+H2O===CO+2HC，故C正确；若d极生成1.12 L(标准状况)O2，即消耗0.05 mol氧气，转移电子0.2 mol，结合上述电极反应可知b电极消耗0.2 mol Cu，质量减少12.8 g，故D正确。
考点三
电化学计算
知识梳理
知能通关
1.电化学计算的三种方法
(1)根据总反应式计算:先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以电路中通过4 mol e-为桥梁可构建以下关系式:
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
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.电流效率η的计算
先根据电极反应式计算出生成目标产物需要的电子的物质的量，再代入该公式进行计算。
3.计算电路中通过的电量或电子的物质的量
Q＝I·t＝n(e-)×NA×1.60×10-19 C＝n(e-)×96 500 C·mol-1(1个电子的电量是1.60×10-19 C)，F(法拉第常数)＝96 500 C·mol-1。
1.(2025·甘肃二模)全固态锂金属电池具有更高比能和更高安全性。我国科研团队设计了基于LLZTO@Ag复合层负极改性的硫化物全固态锂电池，结构如图所示，放电时电池反应为Li1-aNixCoyMnzO2+aLi===LiNixCoyMnzO2。下列说法错误的是(　　)
A.放电时，电子流向为a极→负载→b极
B.充电时，Li+流向为b极→固态电解质
→复合层→a极
C.充电时，b极的电极反应为LiNixCoyMnzO2-ae-===Li1-aNixCoyMnzO2+aLi+
D.放电时，每转移0.1 mol电子b极质量理论上减少0.7 g
D
解析　由图可知，放电时a极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，b极为正极，锂离子作用下Li1-aNixCoyMnzO2在正极得到电子发生还原反应生成LiNixCoyMnzO2；充电时，与直流电源负极相连的a极为阴极，锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂，b极为阳极，LiNixCoyMnzO2在阳极失去电子发生氧化反应生成Li1-aNixCoyMnzO2和锂离子。
2.(2025·泰安模拟)NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是(　　)
A.b膜为阴离子交换膜
D
C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1
的盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计)
D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L
3.电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子)。
(1)阳极的电极反应式为________________。
(2)简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8，此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。400 mL10 g·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g·L-1(溶液体积变化忽略不计)阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L。(乳酸的摩尔质量为90 g·mol-1)
2H2O-4e-===O2↑+4H+
6.72
体验真题 感知高考
1.(2025·甘肃卷)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH＝8.2)电解系统(如图)，以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　)
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中，电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑
D.理论上，每通过2 mol电子，可产生
1 mol H2
D
解析　由题图可知，电极1上发生转化Mg→Mg(OH)2，则电极1为原电池的负极，电极2为原电池的正极，电极3与原电池正极相连，为电解池阳极，同理电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH＝8.2可得各电极的电极反应式，电极1:Mg+2OH--2e-===Mg(OH)2；电极2:2H2O+2e-===H2↑+2OH-；电极3:4OH--4e-===O2↑+2H2O；电极4:2H2O+2e-===H2↑+2OH-。将催化剂生长在泡沫镍电极上，可增大催化剂与反应物的接触面积，提高催化效率，A正确；由上述分析可知，电极1为原电池负极，故外电路中电子从电极1流向电极4，B正确；由电池分析可知，C正确；由得失电子守恒可知，理论上，电路中每通过2 mol电子，电极2和电极4均产生1 mol H2，共产生2 mol H2，D错误。
2.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为[Fe(CN)6]4-+e-===[Fe(CN)6]3-
D.若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl
D
解析　电极a为阴极，发生反应:O2+4e-+2H2O===4OH-，电极b为阳极，发生反应:Li4[Fe(CN)6]-e-===Li3[Fe(CN)6]+Li+。为实现海水的淡化，海水中Na+应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为以LiCl形式回收锂元素，海水中Cl-应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li+应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g(1 mol)NaCl，溶液中有1 mol Na+、1 mol Cl-和1 mol Li+迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。
分层训练 提升考能
基础落实
1.某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为正极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2-4e-+4H+===2H2O
A
解析　该燃料电池中，乙烯和水发生氧化反应，所以通入乙烯和水的电极是负极，氧气得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，由图可知负极上乙烯和水生成乙醛和氢离子，氢离子移向正极，正极上氧气和氢离子反应生成水，X为水，由此分析解题。电池工作时，氢离子移向正极，a电极的反应式为O2+4e-+4H+===2H2O，a电极附近pH升高，故C、D不符合题意。
2.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
C
3.我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.电极电势:Zn/ZnO电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O
C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D.电子流向:Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
C
解析　Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；正极反应为NO+5e-+5H+===NH3+H2O，正极区消耗的H+源于双极膜解离出的H+，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；电子流向:负极→负载→正极，D正确。
4.(2022·全国甲卷)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)4]2-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S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+2e-+4H+=== Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+ ===[Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O
A
解析　根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O，K+从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O，C正确；电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=== [Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O，D正确。
5.(2025·山东临沂二模)一种电化学处理氨氮污染废水的装置如图所示。已知:Cl·与HO·为自由基，自由基之间结合生成的分子也可将N氧化为N2。下列说法正确的是(　　)
A.电极电势:a电极B.自由基HO·氧化N的离子方程式为
6HO·+2N===N2↑+2H++6H2O
C.相同数目的自由基结合生成的分子不同，标准状况下产生N2的体积不同
D.左室溶液pH下降，说明参加反应的Cl-数目大于H2O数目
B
解析　A.由图可知a电极上Cl-转化为Cl·、H2O转化为HO·，均发生失电子的氧化反应，所以a为阳极，b为阴极。电极电势阳极高于阴极，即电极电势:a电极>b电极，A错误；B.HO·氧化N生成N2，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，离子方程式为6HO·+2N===N2↑+2H++6H2O，B正确；C.2Cl·===Cl2↑、2HO·===H2O2，Cl2、H2O2氧化N时，根据得失电子守恒，相同数目的自由基结合成的分子，氧化N生成N2的物质的量相同，标准状况下体积也相同，C错误；D.Cl-转化为Cl·、H2O转化为HO·，Cl·、HO·氧化N的反应分别为6Cl·+2N===N2↑+8H++6Cl-、6HO·+2N===N2↑+2H++6H2O，左室溶液pH下降，说明生成H+增多，从反应看参加反应的Cl-与H2O数目之比为1∶4，pH不变，大于1∶4时，pH下降，D错误。
6.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________
(填具体离子符号)交换膜。
(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，其缺点是
_________________________________________________________。
Na+
2H2O-4e-===O2↑+4H+
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
能力提升
B
7.(2025·湖北卷)某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3+和[Fe(H2O)6]2+在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是(　　)
A.阴极反应为[Fe(H2O)6]3++e-===[Fe(H2O)6]2+
B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]2+比[Fe(H2O)6]3+稳定
C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自电子转移后[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+离子结构的改变
解析　由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H2O)6]2+-e-===[Fe(H2O)6]3+，则左侧为阳极，右侧电极反应为[Fe(H2O)6]3++e-===[Fe(H2O)6]2+，则右侧电极为阴极，据此解答。A.由分析可知，阴极反应为[Fe(H2O)6]3++e-===[Fe(H2O)6]2+，A正确；B.已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断[Fe(H2O)6]3++e-===[Fe(H2O)6]2+是吸热反应，物质所具有的能量越低越稳定，故[Fe(H2O)6]3+比[Fe(H2O)6]2+更稳定，B错误；C.多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；D.由题可知，电子转移(即氧化还原反应)本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致的热量变化，D正确。
8.(2025·山西三模)工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解NH4NO3制备HNO3和NH3·H2O，下列说法正确的是(　　)
A.导线X接外电源的负极
B.N电极的电极反应方程式为2N +2e-===2NH3↑+H2↑
C.每当产生标准状况下22.4 L气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少4 g
D.离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜
D
解析　电极M区进入的是稀硝酸，出来的是浓硝酸，则M为阳极，水被氧化得到氧气和氢离子，A为氧气，硝酸根离子向左移动，左侧可制得硝酸，N为阴极，水放电产生氢气和氢氧根离子，B为氢气，铵根离子向右移动，二者反应得到浓氨水。A.Ⅰ室中电极产生H+，电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，发生氧化反应，电极M为阳极，接外电源的正极，A错误；B.电极N为阴极，电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，B错误；C.每当产生标准状况下22.4 L O2，根据得失电子守恒，Ⅲ室溶液中就要生成2 mol H2，质量减少4 g，同时依据电荷守恒，4 mol N通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，溶液质量增加72 g，所以Ⅲ室溶液的质量理论上共增加68 g，C错误；D.根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质，可知Ⅱ室中的N要进入Ⅰ室，所以离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜。N要进入Ⅲ室，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，D正确。
9.(2025·日照开学考试)Li-SO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。
已知电池反应方程式为2Li+SO2Cl2===2LiCl+SO2↑。
回答下列问题:
(1)Li电极是________(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为_________________________________。
(2)Li电极与__________(填“镍”或“不锈钢”)电极相连，膜c为__________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(3)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________ g。
负极
SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑
不锈钢
阳离子
增大
21
解析　图中上面装置为原电池，下面装置为电解池。在原电池中，Li电极为负极，C电极为正极；电解池中，因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2，所以镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极。Ni2+透过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜；Ⅲ室中的H2P透过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜；Ⅲ室中的Na+透过膜c进入Ⅳ室，则膜c为阳离子交换膜。(1)由分析可知，Li电极是负极，C电极(正极)上，SO2Cl2获得电子生成SO2和Cl-，电极反应为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑。(2)因为镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极，则Li电极与不锈钢电极相连，膜c为阳离子交换膜。(3)Ⅳ室中，H2O得电子生成H2和OH-，Na+从Ⅲ室进入Ⅳ室，则电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将增大。(4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物质的量为＝1.5 mol，则线路中转移电子3 mol，Li电极上失电子的Li为3 mol，质量减少3 mol×7 g·mol-1＝21 g。
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本
讲
内
容
结
束

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