高中化学人教版高考大单元四　第九章　第43讲　多池、多室电化学装置

化学

大一轮复习第九章第43讲多池、多室电化学装置复习目标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.建立解答复杂电化学装置的思维路径。考点一离子交换膜在电化学中的应用考点二多池电化学装置课时精练内容索引考点一离子交换膜在电化学中的应用离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。离子交换膜分为：(1)阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。(2)阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。(3)质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。(4)双极隔膜，是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H+和OH-可在电场力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。整合必备知识1.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。2.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。一、单一离子交换膜电化学装置1.利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2，装置如图所示(M、N电极均为惰性电极)，下列说法错误的是A.N电极上发生氧化反应，失去电子B.M电极上的电极反应式为2H++CO2+2e-===

HCOOHC.每转移0.4mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10gD.电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移√提升关键能力N极失去电子，为负极，发生氧化反应，故A正确；M极为正极，正极CO2得电子生成甲酸，电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH，故B正确；总反应为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2，每转移0.4

mol电子，消耗8.8

g

CO2，产生3.2

g

O2，质量之差为8.8

g-3.2

g=5.6

g，故C错误；N极为负极，电极反应为2H2O-4e-===4H++O2，M极为正极，电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移，故D正确。2.(2024·黑吉辽，12)“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：

。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B.阴极反应：2H2O+2e-===2OH-+H2↑C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向

移动D.阳极反应：2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑√

②HCOOH+OH-===HCOO-+H2O，阴极反应：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，即转移2

mol电子时，阴、阳两极各生成1

mol

H2，共2

mol

H2；而传统电解水：2H2O

2H2↑+O2↑，转移2

mol电子，只有阴极生成1

mol

H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；由分析可知阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确。

√放电时N极为负极，M极为正极，M极电势高，故A正确；放电时，双极膜解离出的OH-向负极N极移动，B正确；充电时阴极反应：2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN，C正确；充电时制得1

mol

NC(CH2)4CN，转移2

mol电子，有2

mol

OH-移入左室，放电时负极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，放电时生成1

mol

O2，转移4

mol电子，有4

mol

H+移入左室，则不能使左室恢复至初始状态，D错误。

√

5.(2021·天津，11)如图所示电解装置中，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0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)√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b为电源的正极，a为电源的负极，石墨电极Ⅰ为阴极，故A正确；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，故B正确；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，故C错误；当0.01

mol

Fe2O3完全溶解时，消耗0.06

mol氢离子，根据阳极电极反应式2H2O-4e-===O2↑+4H+，产生0.015

mol氧气，体积为336

mL(折合成标准状况下)，故D正确。返回考点二多池电化学装置1.常见多池串联装置图模型一外接电源与电解池的串联(如图)整合必备知识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。模型二原电池与电解池的串联(如图)甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。2.电子转移计算电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。由得失电子守恒建立各量间的关系。①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。②根据电解方程式或电极反应式计算。③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系：O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH-涉及气体体积计算，使用22.4L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。1.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3.2gN2H4时，乙池中理论上最多产生6.4g固体提升关键能力√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+2H2O

2Cu+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。2.(2022·山东，13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C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-===

Li++Co2++4OH-D.若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加

300mg，则此时已进行过溶液转移√电池工作时，左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体：CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，H+、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+===Li++Co2++2H2O，C错误；依据电子守恒，乙室消耗的H+比负极CH3COO-反应产生的H+多，因而需补充盐酸，B正确；根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2+增加的质量是甲室Co2+

3.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。下列说法正确的是A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2RB.电池工作时，负极区要保持呈碱性C.工作一段时间后，正极区的pH变大D.若消耗标准状况下112mLO2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变

化)的pH约为2√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。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项错误；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；

√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↑+

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。返回KESHIJINGLIAN课时精练对一对题号12345678答案ACDDBBAC题号9101112

13答案CDCD

B答案1234567891011121314答案123456789101112131414.

1.(2020·海南，11改编)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+===2H2O1234567891011121314答案√1234567891011121314答案该燃料电池中，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.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<MoS2电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-

===ZnO+H2OC.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√1234567891011121314答案1234567891011121314答案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。3.一种以HCOOH为燃料的电池装置如图所示，下列说法正确的是A.放电时，电极M上发生还原反应B.理论上消耗HCOOH与O2的物质的量相等C.放电过程中需补充的物质X为KOHD.理论上，若有1molHCOO-反应时，则有

2molK+通过半透膜√1234567891011121314答案1234567891011121314答案

电极反应式为Fe3++e-===Fe2+，酸性条件下Fe2+与通入的氧气反应生成铁离子和水，反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O，钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到硫酸钾，则物质X为硫酸，据此解答。由分析可知，电极M作负极，发生氧化反应，A错误；1234567891011121314答案理论上消耗甲酸与氧气的关系为2HCOOH~4Fe2+~O2，则理论上消耗HCOOH与O2的物质的量不相等，B错误；放电过程中需补充的物质X为硫酸，C错误；1

mol甲酸根离子参加反应时，转移电子2

mol，则有2

mol钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到1

mol硫酸钾，D正确。4.有学者研制出可持久放电的Cu⁃PbO2双极膜二次电池，其工作原理示意图如图。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。已知：Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。下列说法正确的是A.膜p适合选用阴离子交换膜B.放电时，理论上硫酸和NaOH溶液的浓度均不变C.放电时，两极上均有气体生成D.导线中通过1mole-，理论上两极质量变化之差为15g√1234567891011121314答案1234567891011121314答案

负极移动，膜p适合选用阳离子或质子交换膜，A错误；放电时，由正、负极的电极反应式结合双极膜的作用可知，硫酸的浓度减小，NaOH溶液的浓度不变，B错误；放电时，两极上均无气体生成，C错误；1234567891011121314答案导线中通过1

mol

e-，理论上负极质量增加17

g、正极质量增加32

g，两极质量变化之差为15

g，D正确。5.(2024·黄冈一模)某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电Zn⁃NH3电池，能实现NH3到H2的高效转化。已知Mo2C/NiCu@C电极上充放电循环的总反应为2NH3===3H2+N2，工作原理如图所示。下列叙述错误的是A.放电时的Mo2C/NiCu@C电极电势高于锌

箔电极B.放电时，Mo2C/NiCu@C电极反应式：

2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2OC.交换膜可用阴离子交换膜D.充电时，锌箔接直流电源的负极√1234567891011121314答案1234567891011121314答案

6.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。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。下列说法不正确的是A.a电极的电极反应为2H2O+2e-===H2↑

+2OH-B.电池从开始工作到停止放电，电解池

理论上可制得80gNaOHC.电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-===CuD.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜√1234567891011121314答案1234567891011121314答案浓差电池工作时，两极附近的电解质溶液浓度差减小，即Cu(1)一侧电解质溶液浓度减小，Cu(2)一侧电解质溶液浓度增大，则原电池中Cu(1)为正极，电极反应式：Cu2++2e-===Cu，Cu(2)为负极，电极反应式：Cu-2e-===Cu2+，则电解池中a电极为阴极，水电离的H+发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A、C正确；1234567891011121314答案电池从开始工作到停止放电，两侧溶液中Cu2+浓度相等，设两电极发生改变的Cu2+的物质的量为a，由两侧浓度相等可得2.5

mol·L-1×2

L-a=0.5

mol·L-1×2

L+a，解得a=2

mol，根据转移电子守恒有Cu~2e-~2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量为4

mol，则m(NaOH)=4

mol×40

g·mol-1=160

g，故B错误；1234567891011121314答案a电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，b电极为阳极，电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，则a极附近生成NaOH，b极附近生成H2SO4，所

7.(2024·仙桃模拟)利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH，捕集烟气中CO2，制备NaHCO3。电解原理如图所示。已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的H2O解离，提供H+和OH-。下列说法正确的是A.阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜C.电路中转移2mol电子时共产生2molNaOHD.该装置总反应的化学方程式为4H2O

2H2↑+O2↑+2H++2OH-√1234567891011121314答案1234567891011121314答案由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，与电源正极相连的阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ为阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根离子向右移动，右侧Na2SO4中钠离子通过阳离子交换膜向左移动，硫酸根离子通过阴离子交换膜向右移动，据此回答。由分析知，阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，A正确；1234567891011121314答案Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；电路中转移2

mol

e-时阴极区生成2

mol

NaOH，双极膜与左侧阳离子交换膜之间生成2

mol

NaOH，故共产生4

mol

NaOH，C错误；由阴极和阳极电解反应式得，该装置总反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑，D错误。8.以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备H2和HClO的装置如图所示(工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-)。下列说法错误的是A.“全氢电池”的总反应为H++OH-===H2OB.“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右

移动，OH-向左移动C.阳极区发生的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑D.理论上负极消耗1molH2，电解池阳极区减少1mol阳离子(忽略HClO

的电离)√1234567891011121314答案1234567891011121314答案由图知，左图为原电池，其中左边吸附层为负极，发生氧化反应：H2+2OH--2e-===2H2O，右边吸附层为正极，发生还原反应：2H++2e-===H2↑；右图为电解池，电解氯化钠溶液制备H2和HClO，则阳极反应式为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-。根据分析知，“全氢电池”的总反应为H++OH-===H2O，A正确、C错误；1234567891011121314答案原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，所以“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右移动，OH-向左移动，B正确；理论上负极消耗1

mol

H2，即转移2

mol电子，则有2

mol阳离子(钠离子或者氢离子)通过阳离子交换膜进入阴极区，根据Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，可知又生成1

mol氢离子，则阳极区减少1

mol阳离子(忽略HClO的电离)，D正确。

√1234567891011121314答案1234567891011121314答案此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此Co电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误；电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向

10.(2024·咸宁统考模拟)新能源是当今的热门话题，储氢材料是新能源领域研究的中心之一，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是A.左侧装置工作时，盐桥内的K+向锌电

极一端移动B.电极C和电极D上发生的反应类型相同C.气体X的主要成分是H2D.H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应√1234567891011121314答案1234567891011121314答案铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，阴离子向负极移动，盐桥中氯离子向锌电极一端移动，A错误；电极C发生还原反应，电极D发生氧化反应，反应类型不同，B错误；电极D为阳极，发生氧化反应，溶液中氢氧根离子放电，生成氧气，C错误；电解池工作时，阳离子从阳极室移向阴极室，H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应，D正确。11.一种具有双极膜的酸⁃碱液流电池如图所示，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。充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，下列说法不正确的是A.充电时电极b是阳极B.充电时KOH溶液中KOH的物质的量增大C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小D.每消耗1molDSAQ，双极膜处有2molH2O解离√1234567891011121314答案1234567891011121314答案充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，则电极a为阴极，电极b为阳极，阳极电极反应式为2Br--2e-===Br2；放电时电极a为负极，电极b为正极。根据分析，充电时，双极膜处产生的H+移向左边阴极区，OH-移向KOH溶液，K+从阳极区经过阳离子交换膜移向KOH溶液，所以KOH的物质的量增大，B正确；1234567891011121314答案放电时，负极发生电极反应：H2DSAQ-2e-===DSAQ+2H+，负极区产生的H+与KOH溶液中等量的OH-透过双极膜移至双极膜中间结合生成水，故负极区溶液的pH基本不变，C错误。

√1234567891011121314答案1234567891011121314答案

1234567891011121314答案

√1234567891011121314答案1234567891011121314答案锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极，c为阳极，d为阴极；放电时，锌极为负极，在碱性条件下失去电子发生氧化反应生成xZnCO3·

1234567891011121314答案(1)题述装置中，发生还原反应的电极有

(填字母)。

A.X(Fe) B.Y(C)C.Co D.ZnBC1234567891011