資源簡介

(共41張PPT)
第14講
電化學中的多室、多池裝置
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
(一)多室膜裝置
1．常見的隔膜
隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：
(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。
(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，即允許OH－和其他陰離子通過，不允許陽離子通過。
(3)質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。
2．隔膜的作用
(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
(2)能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
3．離子交換膜的選擇依據
離子的定向移動。
4．多室電解池的類型及膜的應用
多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室等，以達到濃縮、凈化、提純以及電化學合成的目的。
(1)兩室電解池
以惰性電極電解一定濃度的Na2CO3溶液為例，其原理如圖所示：
①電極名稱的判斷：根據“陰陽相吸”判斷，Na＋移向的乙電極是陰極；根據“陽極放氧生酸”判斷，左側有氧氣生成的甲電極是陽極。
②電極反應式的書寫：右側陰極區電解液為稀氫氧化鈉溶液，根據“陰極放氫生堿”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A為氫氣；左側陽極區電解液為碳酸鈉溶液，根據“陽極放氧生酸”，得H＋會與CO32－結合生成HCO3－ ：
4CO32－ ＋2H2O－4e－===4HCO3－＋O2↑。
(2)三室電解池
以三室式電滲析法處理含KNO3的廢水得到KOH和HNO3為例，其原理如圖所示：
①陰極反應及ab膜的判斷：陰極的電極反應是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氫生堿)，生成的帶負電荷的OH－吸引中間隔離室的K＋向陰極區遷移，得到KOH溶液，陰極區溶液的pH增大，ab膜為陽離子交換膜。
②陽極反應及cd膜的判斷：陽極的電極反應是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，生成的帶正電荷的H＋吸引中間隔離室的NO3－向陽極區遷移，得到HNO3溶液，陽極區溶液的pH減小，cd膜為陰離子交換膜。
(3)四室電解池
以四室式電滲析法制備H3PO2(次磷酸)為例，其工作原理如圖所示：
電解稀硫酸的陽極反應是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，產生的H＋通過陽離子交換膜進入產品室，原料室中的H2PO2－通過陰離子交換膜進入產品室，與H＋結合生成弱電解質H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氫生堿)，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進入陰極室。
(二)多池串聯裝置中池的判斷
1．直接判斷
非常直觀明顯的裝置，如有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時，則其他裝置為電解池。如圖：A為原電池，B為電解池。
2．根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷
原電池一般是兩個不同的金屬電極或一個金屬電極和一個碳棒電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。
如圖：A為電解池，B為原電池。
3．根據電極反應現象判斷
在某些裝置中根據電極反應現象可判斷電極，并由此判斷電池類型。
如圖：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。
4．原電池和電解池的組合裝置的思維模型
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
（一）考查多室膜裝置
1.（2023年6月浙江卷13題）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是
A．電極 A 接電源正極，發生氧化反應
B．電極 B 的電極反應式為：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
【答案】B
【詳解】A．電極 A 是氯離子變為氯氣，化合價升高，失去電子，是電解池陽極，因此電極 A 接電源正極，發生氧化反應，故A正確；B．電極 B 為陰極，通入氧氣，氧氣得到電子，其電極反應式為：2H2O＋4e－＋O2= 4OH－，故B錯誤；C．右室生成氫氧根，應選用陽離子交換膜，左邊的鈉離子進入到右邊，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液，故C正確；D．改進設計中增大了氧氣的量，提高了電極 B 處的氧化性，通過反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗，故D正確。綜上所述，答案為B。
2.（2023年全國甲卷12題）用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是：
A．析氫反應發生在電極上IrOx-Ti 電極上
B．Cl- 從 Cu 電極遷移到 IrOx-Ti 電極
C．陰極發生的反應有：2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O
D．每轉移1mol 電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)
【答案】C
【解析】A．析氫反應為還原反應，應在陰極發生，即在銅電極上發生，故A錯誤；B．離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl-不能通過，故B錯誤；C．由分析可知，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正確；D．水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e =O2↑+4H+，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標況下體積為5.6L，故D錯誤；答案選C。
3.（2023年河北卷7題）我國科學家發明了一種以 和 為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料 轉化為 下列說法錯誤的是
A．充電時，b電極上發生還原反應
B．充電時，外電源的正極連接b電極
C．放電時，①區溶液中的 向②區遷移
D．放電時，a電極的電極反應式為MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O
【答案】B
【詳解】A．充電時，b 電極上得到電子，發生還原反應，A正確； B．充電時，外電源的正極連接a電極相連，電極失去電子，電極反應為 Mn2++2H2O-2e－=MnO2+4H+ ，B錯誤C．放電時，①區溶液中多余的 SO42- 向②區遷移，C正確；D．放電時，a電極的電極反應式為 MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O ，D正確； 故選：B
4.
【答案】A
【解析】A項，Zn失去電子生成Zn2＋，在堿性溶液中以Zn(OH)42 －存在，電極反應式為Zn－2e－＋4OH－ = Zn(OH)42 －，Zn電極為負極，原電池中陽離子移向正極，即I區，錯誤；B項，SO42 －向負極移動，即I區中SO42 －先向II區遷移，正確；C項，MnO2作正極，得電子，在H2SO4介質中生成Mn2＋，正確；D項，將正、負兩極的電極相加得電池總反應，由于兩個電極在不同的酸性、堿性介質中，所以總反應中同時寫入H＋和OH－，正確。
5.（2021年廣東卷）鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是
【答案】D
【解析】由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽離子電荷數大于陰離子電荷數，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發生還原反應生成鈷，電極反應式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數大于陽離子電荷數，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+。A項，由分析可知，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，錯誤；B項，由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質量減少18g，錯誤；C項，若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發生變化，錯誤；D項，由分析可知，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+，正確。
6.（2023年廣東卷16題）用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是
A．電解總反應：KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1molNH3·H2O，雙極膜處有9mol的H2O解離
C．電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
【答案】B
【解析】A．由分析中陰陽極電極方程式可知，電解總反應為KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正確；B．每生成1molNH3·H2O，陰極得8mol e－，同時雙極膜處有8mol H+進入陰極室，即有8mol的H2O解離，故B錯誤；C．電解過程中，陽極室每消耗4molOH－ ，同時有4molOH－ 通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H+和OH－，可提高氨生成速率，故D正確；故選B。
（2022年全國乙卷12題）Li—O2 電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li—O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－ = Li) 和陽極反應(Li2O2＋2 h＋ = 2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是
A．充電時，電池的總反應Li2O2 = 2Li＋O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2
7.
【答案】C
【解析】A項，從圖示知，充電時Li＋變為Li，Li2O2變為O2，則總反應為Li2O2生成Li和O2，正確；B項，光照為充電過程，當電路中轉移的電子以及空穴量越多，表明充入的電量越多，在放電時，也將會釋入出更多的電量，正確；C項，放電為原電池反應，在正極處，有負極遷移過來的帶有負電的電子，根據正、負電荷相吸知，陽離子（Li＋）應向正極遷移得電子，錯誤；D項，正極與陽極的反應式顛倒，由圖示知，放電時，O2轉化為Li2O2，結合Li＋得電子，正確。
8.（2022年全國甲卷13題）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如下圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移，下列說法中正確的是
【答案】D
【解析】圖中有外接電源，所以該裝置為電解池。鉛電極處，乙二酸轉化為乙二醛，去氧為還原反應，對應電解池的陰極，則陽極為石墨電極，從圖示看，Br－失去電子發生氧化反應生成Br2，2Br－－2e－=Br2，Br2氧化乙二醛生成乙醛酸，雙極膜處，水電離出的OH－移向陽極，故陽極反應：Br2＋OHCCHO＋2OH－ = HOOCCHO＋2Br－＋H2O，B項錯誤；從圖示看，陰、陽兩極均生成乙醛酸，陽極處，生成1mol HOOCCHO時消耗1mol Br2，而生成1mol Br2時，轉移2mol e－，陰極處，HOOCCOOH＋2e－＋2H＋= HOOCCHO＋H2O，也生成1mol HOOCCHO，所以當陰、陽兩極各生成1mol HOOCCHO時，外電路上轉移2mol e－，C項錯誤；電解池中，H＋向陰極處移動，即移向鉛電極，D項正確；陽極處，KBr電離出的Br－失去電子生成Br2，KBr參加反應，所以KBr不僅作電解質作用，A項錯誤。
9.（2022年天津卷10題）如下所示電解裝置中，通電后石墨電極II上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是
A．a是電源的負極
B．通電一段時間后，向石墨電極II附近滴加石蕊溶液，出現紅色
C．隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大
D．當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，至少產生氣體336 mL（折合成標準狀況下）
【答案】C
【解析】A項，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ為陽極，則電源b為正極，a為負極，石墨電極Ⅰ為陰極，正確；B項，石墨電極Ⅱ為陽極，通電一段時間后，產生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色，正確；C項，隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質，所以CuCl2溶液濃度變小，錯誤；D項，當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，消耗氫離子為0.06 mol，根據陽極電極反應式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，產生氧氣為0.015mol，體積為336 mL (折合成標準狀況下)，正確。
（二）考查多池串聯裝置
1.（2022年山東卷13題）設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2＋，工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是
A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大
B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸
C．乙室電極反應式為
LiCoO2＋2H2O＋e－＝Li＋＋Co2＋＋4OH－
D．若甲室Co2＋減少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，
則此時已進行過溶液轉移
【答案】BD
【解析】本題考查原電池和電解池工作原理。由信息知，正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2＋，Co的化合價由+3價降為+2價，得電子，故乙為正極，左側圖為原電池，另一電極細菌為負極，對應的右側圖為電解池，對應的甲為陰極，甲處Co2＋得電子生成Co，另一電極為陽極，由信息知，發生乙酸鹽生成CO2，所以溶液為酸性，電極反應式為CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，C項錯誤；生成的H＋通過陽膜進入甲室，生成HCl，所以pH逐漸減小，A項錯誤；LiCoO2(s)得電子生成Co2＋，在鹽酸溶液中，生成CoCl2、LiCl和H2O，電極反應式為：2LiCoO2＋2e－＋8H＋=2Li＋＋2Co2+＋4H2O，右室中乙酸鹽失去電子，電極反應式為CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，生成的7mol H＋通過陽膜進入乙處，但是乙處要消耗8mol H＋，所以乙處還缺少1mol H＋，故乙室應補充HCl，B項正確；D項，若甲室Co2+減少200 mg，則電子轉移物質的量為n(e－) = ；若乙室Co2+增加300 mg，則轉移電子的物質的量為n(e－)= ，由于電子轉移的物質的量不等，說明此時已進行過溶液轉移，即將乙室部分CoCl2溶液轉移至甲室，正確。
2.（2022年河北卷12題）科學家研制了一種在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置。工作原理示意圖如下。
下列說法正確的是
A．電極b為陽極
B．隔膜為陰離子交換膜
C．生成氣體M與N的物質的量之比為2:1
D．反應室中反應的離子方程式為
【答案】BD
【解析】A項，由圖示分析，電極a處，[Fe(CN)6]4－中Fe為+2價，[Fe(CN)6]3－中Fe為+3價，由箭頭知，鐵的化合價升高，失去電子，則a為電解池的陽極，錯誤；B項，由圖示知，NaOH溶液箭頭指向反應器I，在催化劑作用下，[Fe(CN)6]3－與OH－反應生成[Fe(CN)6]4－，同時生成O2，（Fe的化合價降低，O的化合價升高），電極a處的OH－不斷被消耗，則電極b處OH－需要通過膜進入電極a中，則隔膜為陰離子交換膜，正確；C項，氣體M為O2，總反應為2H2O 2H2↑＋O2↑，則氣體N為H2，兩者物質的量之比為1:2，錯誤；D項，根據Fe、O得失電子守恒配平反應，正確。
3.（2021年湖南卷）鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2+＋2e－═Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
【答案】B
【解析】由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2+2e－=2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn—2e－=Zn2+，溴離子進入左側，左側溴化鋅溶液的濃度增加；充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽極。A項，由分析可知，放電時，N電極為電池的正極，正確；B項，由分析可知，放電時，溶液中有Zn2+與Br－生成，通過循環回路，左側儲液器中溴化鋅的濃度增大，錯誤；C項，由分析可知，充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2++2e－=Zn，正確；D項，由分析可知，放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變，正確。
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
(一) 多室膜裝置的解題方法
第一步，分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。
第二步，寫電極反應式。判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。
第三步，分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
(二)多池“串聯”類電池的解題流程
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
名師導學
原電池和電解池統稱為電池，將多個電池串聯在一起，綜合考查電化學知識是近年來高考命題的熱點，該類題目能夠考查學生對解題方法的掌握情況，需要學生具有縝密的思維能力及巧妙的處理數據的能力。
原電池和電解池的相關計算，主要包括兩極產物的定量計算、相對原子質量的計算、阿伏加德羅常數測定的計算、溶液pH的計算，根據產物的量求轉移電子的物質的量及根據轉移電子的物質的量求產物的量等。
高考
點撥第14講-電化學中的多室、多池裝置
1.（2023年遼寧卷11題）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
2.（2023年北京卷5題）回收利用工業廢氣中的CO2和SO2，實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是
A．廢氣SO2中排放到大氣中會形成酸雨
B．裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO3－的水解程度大于HCO3－的電離程度
C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D．裝置b中的總反應為SO3-+CO2+H2O=HCOOH+SO42-
3.（2023年湖北卷10題）我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xmol˙h-1。下列說法錯誤的是
A．b電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D．海水為電解池補水的速率為2xmol˙h-1
4.（2023年重慶卷12題）電化學合成是一種綠色高效的合成方法。如圖是在酸性介質中電解合成半胱氨酸和煙酸的示意圖。下列敘述錯誤的是
A．電極a為陰極
B．H+從電極b移向電極a
C．電極b發生的反應為：
D．生成3mol半胱氨酸的同時生成1mol煙酸
5．（2024湖北卷14題）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O ，存在平衡HOCH2O-+OH－ [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e－=HCOO－+H·。下列說法錯誤的是（ ）
A. 電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B. 理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C. 陽極總反應式為2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D. 陰極區存在反應H2C2O4+2H++2e-=CHOCOOH+H2O
6.（2022年廣東卷16題）科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是
A．充電時電極b是陰極
B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1mol Cl2，電極a質量理論上增加23g
7.（2022年湖南卷8題）海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰-海水電池構造示意圖如下。下列說法錯誤的是
A．海水起電解質溶液作用
B．N極僅發生的電極反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能
D．該鋰-海水電池屬于一次電池
8．（2022年浙江卷21題）通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計)。下列說法不正確的是
A．電極A為陰極，發生還原反應
B．電極B的電極發應：2H2O＋Mn2＋－2e－＝MnO2＋4H＋
C．電解一段時間后溶液中Mn2＋濃度保持不變
D．電解結束，可通過調節pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3
9．（2021年1月浙江卷）鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L 為小燈泡，K1、K2為開關，a、b為直流電源兩極)。下列說法不正確的是
A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉化形式：化學能→電能
B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發生還原反應
C．電極B發生氧化反應過程中，溶液中KOH濃度不變
D．鎳鎘二次電池的總反應式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
10．（2022年全國大聯考）羥基自由基是自然界中氧化性僅次于氟的氧化劑。我國科學家設計了一種能將苯酚氧化為CO2和H2O的原電池-電解池組合裝置，實現了發電、環保兩位一體。下列說法錯誤的是
A．a極1 mol Cr2O參與反應，理論上NaCl溶液中減少的離子為12NA
B．電池工作時，b極附近pH減小
C．右側裝置中，c、d兩極產生氣體的體積比(相同條件下)為2∶1
D．d極區苯酚被氧化的化學方程式為
11．（2022·寧夏·石嘴山市第三中學模擬）氯堿工業是高耗能產業，將電解池與燃料電池串聯組合的新工藝可節能，裝置圖如圖，下列敘述錯誤的是(注：假定空氣中氧氣的體積分數為20%)
A．A池為電解池，B池為燃料電池
B．c>a>b
C．X為Cl2，Y為H2
D．若生成標準狀況下22.4LX，則理論上消耗標準狀況下空氣28L
12．（2022·山東·鄒城市第二中學模考）回答下列問題：
(1)氫碘酸也可以用“電解法”制備，裝置如圖所示。其中雙極膜(BPM)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的 H2O 解離成 H+和 OH-；A、B 為離子交換膜。
① B膜最佳應選擇__________。
② 陽 極 的 電 極 反 應 式 是________
③ 少量的I-因濃度差通過 BPM 膜，若撤去 A 膜，其 缺 點_______。
(2)如圖為相互串聯的甲、乙兩個電解池(溶液足量)，試回答下列問題
①乙池中若滴入少量酚酞溶液，開始一段時間后，Fe 極附近呈_______色。
②若甲池陰極增重 12.8 g，則乙池陽極放出氣體在標準狀況下的體積為_______(不考慮氣體溶解情況)。
第14講-電化學中的多室、多池裝置
答案及解析
1．B 【解析】：A項，放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；B項，儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；C項，放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H+通過質子交換膜移向右側，C錯誤；D項，充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42- +2Fe3+，D錯誤；故答案選B。
2．C 【解析】：A項，SO2是酸性氧化物，廢氣中SO2排放到空氣中會形成硫酸型酸雨，故A正確；B項，裝置a中溶液的溶質為NaHCO3，溶液顯堿性，說明HCO3－的水解程度大于電離程度，故B正確；C項，裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體，CO2與NaHCO3溶液不反應，不能吸收CO2，故C錯誤；D項，由電解池陰極和陽極反應式可知，裝置b中總反應為SO32-+CO2+H2O=HCOOH+SO42-，故D正確；選C。
3．C 【解析】：A項，b電極反應式為b電極為陰極，發生還原反應，電極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正確；B項，該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH濃度不變，陽極發生的電極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O，為保持OH-離子濃度不變，則陰極產生的OH-離子要通過離子交換膜進入陽極室，即離子交換膜應為陰離子交換摸，故B正確；C項，電解時電解槽中不斷有水被消耗，海水中的動能高的水可穿過PTFE膜，為電解池補水，故C正確；D項，由電解總反應可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為xmol˙h-1，則補水的速率也應是xmol˙h-1，故D錯誤；答案選D。
4．D 【解析】：A項，a極上硫元素化合價升高，a為陰極，A正確；B項，電解池中陽離子移向陰極，則H+移向a電極，B正確；C項，電極b上3-甲基吡啶轉化為煙酸過程中發生氧化反應，在酸性介質中電極反應式為： ，C正確；D項，根據電子守恒可得關系式： ~6e-~6 ，因此生成6mol半胱氨酸的同時生成1mol煙酸，D錯誤；故選：D。
5．B 【解析】：A．根據分析，電解過程中，陽極區消耗OH-、同時生成H2O，故電解一段時間后陽極區c(OH-)減小，A項正確；B．根據分析，陰極區的總反應為H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B項錯誤；C．根據分析，結合裝置圖，陽極總反應為2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C項正確；D．根據分析，陰極區的Pb上發生反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D項正確；答案選B。
6．C 【解析】：A項，由已知a的充電電極知，電極a得電子，充電時作陰極，所以電極b為陽極，錯誤；B項，放電時，電極b為正極，電極反應式為Cl2＋2e－=2Cl－，電極a為負極，電極反應式為： Na3Ti2(PO4)3－2e－= NaTi2(PO4)3＋2Na＋，與H＋、OH－無關，所以NaCl的pH不變，錯誤；C項，電極b生成的Cl－，從CCl4中出來時進入NaCl溶液中，電極a處生成Na＋，則NaCl溶液的濃度增大，正確；D項，陽極b處，2Cl－－2e－= Cl2↑，陰極a處，NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－= Na3Ti2(PO4)3，每生成1 mol Cl2，失去2 mol e－，根據得失電子守恒知，陰極處得2mol e－，結合2mol Na＋，電極a質量理論上增加23 g·mol－1×2mol = 46 g，錯誤。
7．B 【解析】：A項，海水中含有豐富的電解質，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質溶液，正確；B項，N為正極，海水中的O2得電子生成OH－，錯誤；C項，玻璃陶瓷如果不能傳導離子，則不能構成閉合回路，另外要阻止與Li與海水直接接觸而反應，正確；D項，鋰海水電池的總反應為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，該電池不可充電，屬于一次電池，正確。
8．C 【解析】：本題考查電解原理。A項，電極A處，LiMn2O4中Mn為+3.5價，生成Mn2＋，錳的化合價降低，得電子，發生還原反應，作為陰極，正確；B項，Mn2＋轉化為MnO2，錳的化合價升高，失電子，用H＋平衡電荷，正確；C項，電極A處的電極反應式為：2LiMn2O4＋6e－＋16H＋= 2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，總反應為：2LiMn2O4＋4H＋=2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反應中Mn2＋濃度增大，錯誤；D項，加入Na2CO3溶液，與Mn2＋可反應生成MnCO3沉淀，可獲得Li2CO3，正確。
9．C 【解析】：根據圖示，電極A充電時為陰極，則放電時電極A為負極，負極上Cd失電子發生氧化反應生成Cd(OH)2，負極反應式為Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，電極B充電時為陽極，則放電時電極B為正極，正極上NiOOH得電子發生還原反應生成Ni(OH)2，正極反應式為2NiOOH+2e－+2H2O=2Ni(OH)2+2OH－，放電時總反應為Cd+2NiOOH+2H2O =Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A項，斷開K2、合上K1，為放電過程，鎳鎘電池能量轉化形式：化學能→電能，正確；B項，斷開K1、合上K2，為充電過程，電極A與直流電源的負極相連，電極A為陰極，發生還原反應，電極反應式為Cd(OH)2+2e－=Cd+2OH－，正確；C項，電極B發生氧化反應的電極反應式為2Ni(OH)2-2e－+2OH－=2NiOOH+2H2O，則電極A發生還原反應的電極反應式為Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH－，此時為充電過程，總反應為Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，溶液中KOH濃度減小，錯誤；D項，根據分析，放電時總反應為Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，則鎳鎘二次電池總反應式為Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，正確。
10．AC 【解析】：a極發生還原反應，Cr2O72 －+6e-+7H2O=2Cr(OH)3↓+8OH-，則a電極為原電池正極，b極上苯酚失電子被氧化為CO2，電極反應式為C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，b電極為原電池負極；c極連接電源的負極，為電解池的陰極，陰極的電極反應為：2H++2e-=H2↑，d極連接電源正極，為電解池陽極，陽極的電極反應式為：H2O-e-=H++ OH，羥基自由基( OH)是自然界中氧化性僅次于氟的氧化劑，進一步氧化苯酚，方程式為C6H5OH+28 OH =6CO2↑+17H2O。A項，a極發生還原反應，Cr2O72 －+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH－，每有1 mol Cr2O72 －參與反應，轉移6 mol電子，b電極反應式為：C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，為維持電荷守恒，左側有6 molOH-通過陰離子交換膜進入NaCl溶液，右側有6 molH+通過陽離子交換膜進入NaCl溶液，二者反應產生H2O，則理論上NaCl溶液中離子數目不變，錯誤；B項，b極苯酚失電子被氧化為CO2，電極反應式為C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，則反應進行后，b電極附近c(H+)中的，溶液的pH減小，正確；C項，c極為電解池陰極，電極反應為2H＋+2e－=H2↑，d極為電解池陽極，電極反應為H2O－e－ = H+＋ OH，C6H5OH＋28 OH = 6CO2↑+17H2O，則根據同一閉合回路中電子轉移數目相等，可得關系式：14H2~28e-~6CO2，c、d兩極產生氣體的物質的量的比為14：6=7∶3，故二者相同條件下體積比為14：6=7∶3，錯誤；D項，羥基自由基對有機物有極強的氧化能力，則苯酚被氧化的化學方程式為：C6H5OH+28 OH=6CO2↑+17H2O，正確。
11．D 【解析】：由圖可知，A池左側通入的精制飽和氯化鈉溶液變為稀氯化鈉溶液，則A池為電解池，生成X的一極為電解池的陽極，氯離子在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則X為氯氣，生成Y的電極為陰極，水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，陰極附近氫氧根離子濃度增大，則Y為氫氣，氫氧化鈉溶液的濃度a%>b%；B池為燃料電池，B池中通入空氣的電極為燃料電池的正極，空氣中氧氣在正極得到電子發生還原反應生成氫氧根離子，電極反應式為O2+4e—+2H2O=4OH—，正極附近氫氧根離子濃度增大，則氫氧化鈉溶液的濃度c%>a%，通入氫氣的一極為負極，堿性條件下氫氣在負極失去電子發生氧化反應生成水，負極附近溶液的氫氧根離子濃度減小。A項，由分析可知，A池為電解池，B池為燃料電池，正確；B項，由分析可知，氫氧化鈉溶液的濃度大小順序為c%>a%>b%，正確；C項，由分析可知，X為氯氣、Y為氫氣，正確；D項，若生成標準狀況下22.4L氯氣，假定空氣中氧氣的體積分數為20%，由得失電子數目守恒可知消耗標準狀況下空氣的體積為=56L，錯誤。
12．(1) Na+交換膜 I-會在陽極失去得到碘單質，沉積在陽極表面，損傷陽極板
(2) 紅 4.48L
【解析】(1)①從圖上看，右端的BPM膜和B膜之間產生NaOH，BPM膜提供OH-，B膜最好是Na+交換膜；②陽極附近溶液為硫酸溶液，水電離的氫氧根失電子，故陽極的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+；③A膜應為陽離子交換膜，陽極產生的H+透過A膜和少量的I-得到少量的HI，若撤去A膜，I-會在陽極失電子得到碘單質，沉積在陽極表面，損傷陽極板；(2)①依據裝置圖分析可知，與電源正極相連的石墨電極為電解池的陽極，與電源負極連接的鐵電極是陰極，Fe電極上是溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為2H++2e-═H2↑，破壞水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大，鐵電極附近滴入少量酚酞溶液，溶液變紅色；②甲池中A為電解池的陰極，電極反應為Cu2++2e-═Cu，12.8g銅的物質的量為0.2mol，增重12.8 g銅轉移0.4mol電子；乙池C極為電解池的陽極，電極反應為：2Cl－－2e－═Cl2↑，依據得失電子守恒，生成氯氣0.2mol，放出的氯氣在標況下的體積為0.2mol×22.4L/mol=4.48L。
電解
電解第14講-電化學中的多室、多池裝置
一、知識重構
(一)多室膜裝置
1．常見的隔膜
隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：
(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。
(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，即允許OH－和其他陰離子通過，不允許陽離子通過。
(3)質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。
2．隔膜的作用
(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。
(2)能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
3．離子交換膜的選擇依據
離子的定向移動。
4．多室電解池的類型及膜的應用
多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室等，以達到濃縮、凈化、提純以及電化學合成的目的。
(1)兩室電解池
以惰性電極電解一定濃度的Na2CO3溶液為例，其原理如圖所示：
①電極名稱的判斷：根據“陰陽相吸”判斷，Na＋移向的乙電極是陰極；根據“陽極放氧生酸”判斷，左側有氧氣生成的甲電極是陽極。
②電極反應式的書寫：右側陰極區電解液為稀氫氧化鈉溶液，根據“陰極放氫生堿”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A為氫氣；左側陽極區電解液為碳酸鈉溶液，根據“陽極放氧生酸”，得H＋會與CO結合生成HCO：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑。
(2)三室電解池
以三室式電滲析法處理含KNO3的廢水得到KOH和HNO3為例，其原理如圖所示：
①陰極反應及ab膜的判斷：陰極的電極反應是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氫生堿)，生成的帶負電荷的OH－吸引中間隔離室的K＋向陰極區遷移，得到KOH溶液，陰極區溶液的pH增大，ab膜為陽離子交換膜。
②陽極反應及cd膜的判斷：陽極的電極反應是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，生成的帶正電荷的H＋吸引中間隔離室的NO向陽極區遷移，得到HNO3溶液，陽極區溶液的pH減小，cd膜為陰離子交換膜。
(3)四室電解池
以四室式電滲析法制備H3PO2(次磷酸)為例，其工作原理如圖所示：
電解稀硫酸的陽極反應是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，產生的H＋通過陽離子交換膜進入產品室，原料室中的H2PO通過陰離子交換膜進入產品室，與H＋結合生成弱電解質H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氫生堿)，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進入陰極室。
(二)多池串聯裝置中池的判斷
1．直接判斷
非常直觀明顯的裝置，如有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時，則其他裝置為電解池。
如圖：A為原電池，B為電解池。
2．根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷
原電池一般是兩個不同的金屬電極或一個金屬電極和一個碳棒電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。
如圖：A為電解池，B為原電池。
3．根據電極反應現象判斷
在某些裝置中根據電極反應現象可判斷電極，并由此判斷電池類型。
如圖：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。
4．原電池和電解池的組合裝置的思維模型
二、重溫經典
（一）考查多室膜裝置
1.（2023年6月浙江卷13題）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是
下列說法錯誤的是
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
【答案】B
【解析】A．電極A是氯離子變為氯氣，化合價升高，失去電子，是電解池陽極，因此電極A接電源正極，發生氧化反應，故A正確；B．電極B為陰極，通入氧氣，氧氣得到電子，其電極反應式為：2H2O＋4e－＋O2= 4OH－，故B錯誤；C．右室生成氫氧根，應選用陽離子交換膜，左邊的鈉離子進入到右邊，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液，故C正確；D．改進設計中增大了氧氣的量，提高了電極B處的氧化性，通過反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗，故D正確。綜上所述，答案為B。
2.（2023年全國甲卷12題）用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是
A．析氫反應發生在電極上IrOx-Ti電極上
B．Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C．陰極發生的反應有：2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O
D．每轉移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)
【答案】A
【解析】A．析氫反應為還原反應，應在陰極發生，即在銅電極上發生，故A錯誤；B．離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl-不能通過，故B錯誤；C．由分析可知，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正確；D．水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e =O2↑+4H+，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標況下體積為5.6L，故D錯誤；答案選C。
3.（2023年河北卷7題）我國科學家發明了一種以和為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料轉化為。下列說法錯誤的是
A．充電時，b電極上發生還原反應
B．充電時，外電源的正極連接b電極
C．放電時，①區溶液中SO4 2－的向②區遷移
D．放電時，a電極的電極反應式為MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O
【答案】B
【解析】A．充電時，b電極上得到電子，發生還原反應，A正確；B．充電時，外電源的正極連接a電極相連，電極失去電子，電極反應為Mn2++2H2O-2e－=MnO2+4H+ ，B錯誤，C．放電時，①區溶液中多余的SO4 2－向②區遷移，C正確；D．放電時，a電極的電極反應式為MnO2 +4H+ + 2e－ = Mn2++2H2O，D正確；故選：B。
4.（2022年全國甲卷10題）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)42 －存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是
A．II區的K＋通過隔膜向III區遷移
B．I區的SO42 －通過隔膜向II區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2＋4H＋＋2e－＝Mn2＋＋2H2O
D．電池總反應：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋＝Zn(OH)42 －＋Mn2＋＋2H2O
【答案】A
【解析】A項，Zn失去電子生成Zn2＋，在堿性溶液中以Zn(OH)42 －存在，電極反應式為Zn－2e－＋4OH－ = Zn(OH)42 －，Zn電極為負極，原電池中陽離子移向正極，即I區，錯誤；B項，SO42 －向負極移動，即I區中SO42 －先向II區遷移，正確；C項，MnO2作正極，得電子，在H2SO4介質中生成Mn2＋，正確；D項，將正、負兩極的電極相加得電池總反應，由于兩個電極在不同的酸性、堿性介質中，所以總反應中同時寫入H＋和OH－，正確。
5．（2021年廣東卷）鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是
A．工作時,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1mol Co，Ⅰ室溶液質量理論上減少16g
C．移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變
D．電解總反應：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
【答案】D
【解析】由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽離子電荷數大于陰離子電荷數，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發生還原反應生成鈷，電極反應式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數大于陽離子電荷數，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。A項，由分析可知，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，錯誤；B項，由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質量減少18g，錯誤；C項，若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發生變化，錯誤；D項，由分析可知，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+，正確。
6.（2023年廣東卷16題）用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是
A．電解總反應：KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH
B．每生成1molNH3·H2O，雙極膜處有9mol的H2O解離
C．電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
【答案】B
【解析】A．由分析中陰陽極電極方程式可知，電解總反應為KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正確；B．每生成1molNH3·H2O，陰極得8mol e－，同時雙極膜處有8molH+ 進入陰極室，即有8mol的H2O解離，故B錯誤；C．電解過程中，陽極室每消耗4molOH- ，同時有4molOH- 通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H+和OH-，可提高氨生成速率，故D正確；故選B。
7.（2022年全國乙卷12題）Li—O2 電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li—O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－ = Li) 和陽極反應(Li2O2＋2 h＋ = 2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是
A．充電時，電池的總反應Li2O2 = 2Li＋O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2
【答案】C
【解析】A項，從圖示知，充電時Li＋變為Li，Li2O2變為O2，則總反應為Li2O2生成Li和O2，正確；B項，光照為充電過程，當電路中轉移的電子以及空穴量越多，表明充入的電量越多，在放電時，也將會釋入出更多的電量，正確；C項，放電為原電池反應，在正極處，有負極遷移過來的帶有負電的電子，根據正、負電荷相吸知，陽離子（Li＋）應向正極遷移得電子，錯誤；D項，正極與陽極的反應式顛倒，由圖示知，放電時，O2轉化為Li2O2，結合Li＋得電子，正確。
8.（2022年全國甲卷13題）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如下圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移，下列說法中正確的是
A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用
B．陽極上的反應式為：
C．制得2 mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1 mol電子
D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移
【答案】D
【解析】圖中有外接電源，所以該裝置為電解池。鉛電極處，乙二酸轉化為乙二醛，去氧為還原反應，對應電解池的陰極，則陽極為石墨電極，從圖示看，Br－失去電子發生氧化反應生成Br2，2Br－－2e－=Br2，Br2氧化乙二醛生成乙醛酸，雙極膜處，水電離出的OH－移向陽極，故陽極反應：Br2＋OHCCHO＋2OH－ = HOOCCHO＋2Br－＋H2O，B項錯誤；從圖示看，陰、陽兩極均生成乙醛酸，陽極處，生成1mol HOOCCHO時消耗1mol Br2，而生成1mol Br2時，轉移2mol e－，陰極處，HOOCCOOH＋2e－＋2H＋= HOOCCHO＋H2O，也生成1mol HOOCCHO，所以當陰、陽兩極各生成1mol HOOCCHO時，外電路上轉移2mol e－，C項錯誤；電解池中，H＋向陰極處移動，即移向鉛電極，D項正確；陽極處，KBr電離出的Br－失去電子生成Br2，KBr參加反應，所以KBr不僅作電解質作用，A項錯誤。
9.（2022年天津卷10題）如下所示電解裝置中，通電后石墨電極II上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是
A．a是電源的負極
B．通電一段時間后，向石墨電極II附近滴加石蕊溶液，出現紅色
C．隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大
D．當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，至少產生氣體336 mL（折合成標準狀況下）
【答案】C
【解析】A項，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ為陽極，則電源b為正極，a為負極，石墨電極Ⅰ為陰極，正確；B項，石墨電極Ⅱ為陽極，通電一段時間后，產生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色，正確；C項，隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質，所以CuCl2溶液濃度變小，錯誤；D項，當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，消耗氫離子為0.06 mol，根據陽極電極反應式
2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，產生氧氣為0.015mol，體積為336mL (折合成標準狀況下)，正確。
（二）考查多池串聯裝置
1.（2022年山東卷13題）設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2＋，工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是
A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大
B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸
C．乙室電極反應式為LiCoO2＋2H2O＋e－＝Li＋＋Co2＋＋4OH－
D．若甲室Co2＋減少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，則此時已進行過溶液轉移
【答案】BD
【解析】本題考查原電池和電解池工作原理。由信息知，正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2＋，Co的化合價由+3價降為+2價，得電子，故乙為正極，左側圖為原電池，另一電極細菌為負極，對應的右側圖為電解池，對應的甲為陰極，甲處Co2＋得電子生成Co，另一電極為陽極，由信息知，發生乙酸鹽生成CO2，所以溶液為酸性，電極反應式為CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，C項錯誤；生成的H＋通過陽膜進入甲室，生成HCl，所以pH逐漸減小，A項錯誤；LiCoO2(s)得電子生成Co2＋，在鹽酸溶液中，生成CoCl2、LiCl和H2O，電極反應式為：2LiCoO2＋2e－＋8H＋=2Li＋＋2Co2+＋4H2O，右室中乙酸鹽失去電子，電極反應式為CH3COO－－8e－＋2 H2O = 2CO2↑＋7 H＋，生成的7mol H＋通過陽膜進入乙處，但是乙處要消耗8mol H＋，所以乙處還缺少1mol H＋，故乙室應補充HCl，B項正確；D項，若甲室Co2+減少200 mg，則電子轉移物質的量為n(e－) = ；若乙室Co2+增加300 mg，則轉移電子的物質的量為n(e-)=，由于電子轉移的物質的量不等，說明此時已進行過溶液轉移，即將乙室部分CoCl2溶液轉移至甲室，正確。
2.（2022年河北卷12題）科學家研制了一種在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置。工作原理示意圖如下。
下列說法正確的是
A．電極b為陽極
B．隔膜為陰離子交換膜
C．生成氣體M與N的物質的量之比為2:1
D．反應室中反應的離子方程式為4Fe(CN)63—＋4OH－4 Fe(CN)64—＋O2↑＋2H2O
【答案】BD
【解析】A項，由圖示分析，電極a處，[Fe(CN)6]4－中Fe為+2價，[Fe(CN)6]3－中Fe為+3價，由箭頭知，鐵的化合價升高，失去電子，則a為電解池的陽極，錯誤；B項，由圖示知，NaOH溶液箭頭指向反應器I，在催化劑作用下，[Fe(CN)6]3－與OH－反應生成[Fe(CN)6]4－，同時生成O2，（Fe的化合價降低，O的化合價升高），電極a處的OH－不斷被消耗，則電極b處OH－需要通過膜進入電極a中，則隔膜為陰離子交換膜，正確；C項，氣體M為O2，總反應為2H2O2H2↑＋O2↑，則氣體N為H2，兩者物質的量之比為1:2，錯誤；D項，根據Fe、O得失電子守恒配平反應，正確。
3．（2021年湖南卷）鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：
下列說法錯誤的是
A．放電時，N極為正極
B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C．充電時，M極的電極反應式為Zn2+＋2e－═Zn
D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過
【答案】B
【解析】由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發生還原反應生成溴離子，電極反應式為Br2+2e－=2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發生氧化反應生成鋅離子，電極反應式為Zn—2e－=Zn2+，溴離子進入左側，左側溴化鋅溶液的濃度增加；充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽極。A項，由分析可知，放電時，N電極為電池的正極，正確；B項，由分析可知，放電時，溶液中有Zn2+與Br－生成，通過循環回路，左側儲液器中溴化鋅的濃度增大，錯誤；C項，由分析可知，充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2++2e－=Zn，正確；D項，由分析可知，放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變，正確。
三、模型建構
(一)多室膜裝置的解題方法
第一步，分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。
第二步，寫出電極反應式，判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。
第三步，分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
(二)多池“串聯”類電池的解題流程
四、名師導學
原電池和電解池統稱為電池，將多個電池串聯在一起，綜合考查電化學知識是近年來高考命題的熱點，該類題目能夠考查學生對解題方法的掌握情況，需要學生具有縝密的思維能力及巧妙的處理數據的能力。
原電池和電解池的相關計算，主要包括兩極產物的定量計算、相對原子質量的計算、阿伏加德羅常數測定的計算、溶液pH的計算，根據產物的量求轉移電子的物質的量及根據轉移電子的物質的量求產物的量等。

展開更多......

收起↑