2026高考化学二轮复习：题型二十 电化学综合应用学案及训练

题型二十电化学综合应用

核心强化

1.电化学装置中的交换膜

(1)常见离子交换膜

-rr-n使离子选择性定向移动,平衡整个

理L溶液的离子浓度或电荷

一阳离子交换膜：只允许阳离子通过.

离J阴止阴离子和气体通过

子

交由H阴离子交换膜：只允许阴离子通过,

换阻止阳离子和气体通过

膜

L质子交换膜：只允许质子(H*)通过

广隔离某些物质,防止发生反应

f画叶f用于物质的制备

L物质分离、提纯

(2)新型交换膜一双极膜

①小意图

阴离子选择层酷一阳离子选择层

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H3P02(次磷酸)为例(选自全国卷)，其工作原理如图所

示：

分析如下:

真题演练

1.（2025・甘肃卷，12）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（如下图），以新型MoNi/NiMoO4为催化剂（生长在泡沫银电极上）,

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银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+O2t

D.理论上，每通过2mol电子，可产生1molH2

解析：D由题图可知，电极1上发生转化Mg-Mg（0H）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+20H--2e-===Mg（0H）2；电极2:2比0+26=H2t

+2OH1电极3:40H一一4e==Cht+2H20;电极4:2H2O+2e==H21+

2OH-o将催化剂生长在泡沫银电极上，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I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；由上述分析可知，C正确；由得失电子守恒可知，

理论上，电路中每通过2moi电子，电极2和电极4均产生1molH2,共产生2

molH2,D错误。

2.(2025・河南卷，12)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-=fFe(CN)6]3-

D.若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5gNaCl,理论上可回收1mol

LiCI

解析：D根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化、以Li。形式

回收锂元素的目的，对电解池进行如下具体分析:

+

//

J

田

交

腴

T夕

阴极,发生反应：「-一二，

。2+讹-+2H2。=阳极.发生反应：|Fe(CN),，r--e=

3

lOH-lFc(CN)d-

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。-应通过离子交换膜II向右侧迁移，Li+应通过离子

交换膜HI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58.5g(l

mol)NaCl,溶液中有1molNa'、1molCl一和1molL广迁移，所以可回收1mol

LiCl,D正确。

3.(2025•云南卷，11)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极

膜中H2O解离的H和OH在电场作用下向两极迁移。除硼原埋：[B(OH)4]+H

+

=B(OH)3+H2OO下列说法错误的是()

-------------Qug-------------

NaClNaOH

稀溶液浓溶液

石

B(OH)4]

pt电

电

电

极fH・

极

nin

甲双极膜甲X膜中Y膜甲双极膜中

NaOH卤水NaClNaOH水(含少

溶液浓溶液溶液量NaOH)

A.Pt电极反应：4OH'-4e-=O2t+2H?O

B.外加电场可促进双极膜中水的电离

c.in室中，x膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜

D.IV室每生成1molNaOH,同时H室最多生成1molB(OH)3

解析：C电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故从图中可以

看出，Pt电极为阳极，石墨电极为阴极。Pt电极为阳极，OH一放电发生氧化反

应，A项正确；外加电源促使双极膜中水解离的H+和OH-向阴、阳两极移动,

进行放电，从而促进水的电离，B项正确；IH中NaCl浓溶液变稀，说明C「、

Na+向两边移动，阴离子C1一向Pl电极移动，X膜为阴离子交换膜，阳离子Na+

向石墨电极移动，Y膜为阳离子交换膜，C项错误；IV室每生成1molNaOH,

II室中进入1molH+,根据题干中除硼原理可知，生成1molB(OH)3,D项正

确。

4.(2024.山东卷，13)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。2,装置如图

所示。下列说法错误的是()

催化剂

泵BrO：

A.电极a连接电源负极

B.加入Y的目的是补充NaBr

电解

C.电解总反应式为B「+3H20=BrO]+3H2t

D.催化阶段反应产物物质的量之比九(Z):n(BL)=3:2

解析:B电极b上B厂发生失电子的氧化反应转化成BrO],电极b为阳极,

电极反应为BL—6e—+3H2O===BrOJ+6H+;则电极a为阴极，电极a的电

电解

极反应为6H++6©一=3也T；电解总反应式为BL4-3H2O=BrO3+3H2t;

催化循环阶段BrO]被还原成Br一循环使用、同时生成。2,实现高效制氏和。2,

即Z为02。根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；根据分析,

电解过程中消耗H2O和Br,而催化阶段BrO]被还原成Br一循环使用，故加入

电解

Y的目的是补充在。1项错误；根据分析，电解总反应式为Br-+3H20=Br03

+3H2t,C项正确；催化阶段，Br元素的化合，介由+5价降至一1价，生成1

molBr一得到6moi电子，。元素的化合价由一2价升至0价，生成ImolCh失去

4moi电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比几(。2)：九(BL)=3：2,

D项正确。

5.(2024.黑吉辽卷，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：

9s*HOO-HOO

HAH--OHHXHY+/2

下列说法错误的是（）

阴离子交换膜

A.相同电量下出理论产量是传统电解水的1.5倍

B.阴极反应：2H2O+2e一=20LT+H2t

C.电解时OK通过阴离子交换膜向b极方向移动

D.阳极反应：2HCHO—2c一+4OH——2HCOCT+2H20+H2t

解析：A

9,H~——>4~H2

II+OH-I//

••/CO—c—OH—----------HCOOH

H，H-OH-I

电极电极名称电极反应式

a阴极2H2O4-2e==2OH~+H2t

2HCHO-2e-+4OH-=

b阳极

2HCOCT+2H2O+H2t

传统电解水过程中每转移4moie-可制得2moiH2,耦合HCHO高效制H2

过程中每转移4moie\阴、阳极均可产生2moi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；由上述分析可知，阴极的电极反应为2H2。

+2e-=2OH-+H2t,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，OFT通过交换膜向b极区移动，C正确；由上述分

析可知，D正确。

6.（2024・湖北卷，14）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用

H2c2。4和NH20H电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+

和OK在电场作用下向两极迁移。己知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-,

存在平衡HOCHzCT+OH=[OCH2OF+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应

>9[OCH2Ol2-e-=HCOO一+H.。下列说法错误的是（）

A.电解一段时间后阳极区c(OH)减小

+

B.理论上生成1molH3NCH2COOH双极膜中有4molH2O解离

C.阳极总反应式为2HCHO+40H一-2e==2HCOCT+H2f+2H2O

D.阴极区存在反应H2C2O4+2H1+2e-=CHOCOOH+H2O

()

IIOHO

H(/Vif

解析：B左侧PbCu电极的Pb表而H()()转化为H()~，发生脱氧

()o

的还原反应，Cu表面HOXOH转化为HO,发生脱氧、加氢的还原

反应，因此PbCu电极为阴极；根据题干信息，右侧Cu电极上发生失电子的氧

化反应，因此Cu电极为阳极。根据题干信息可知，Cu电极所在的阳极区先后发

-2

生反应：HCHO+OHOHOCFhO、HOCH2O-FOHF=^[OCH2O]+H:0>

2

[OCH2O]-e=HCOO--FH-,H•可转化为H2,则阳极总反应式为2HCH0+

4OH-2e=2HCOO-+H2t+2H2O,C正确；根据阳极总反应可知，每消耗

4个OH,电路中通过2e,根据电荷守恒，双极膜中有2个OH-向阳极迁移,

即阳极区c(OH-)减小，A正确；由题给信息知，阳极H2c2。4、NH20H得电子转

++

化为H3N+CH2co0H,电极反应式为H2C2O4+NH2OH+6e-4-7H=H3N

CH2COOH+3H2O,每生成1molH3NCH2coOH,电路中通过6mole，双极

膜中需有6mO1H2。解离出6moiH+向阴极迁移，B错误；双极膜中HzO解离

出的H+向阴极移动，因此H2c2。4在阴极Pb电极上转化为OHCCOOH的反应

为H2C2O4+2H++2e-=OHCCOOH+H2O,D正确。

限时规范训练

(建议用时：45分钟满分：30分)

选择题：每小题3分，共3（）分。

1.（2025・汉中二模）一种适应可再生能源波动性的电化学装置原理如图所示。

当闭合Ki和k、打开K2时，装置处于充电状态;当打开Ki和上、闭合Kz时,

装置处于放电状态。放电状态时，双极膜中间层中的H2O解离为H+和OK并分

别向两侧迁移。下列说法错误的是（）

%也MM&o。飞

=，

、H.MM+/+()H〃

JH2so赭液%+

O溶液

HyKOH

碳话电极—锌电极

双极膜

A.允电时碳镭电极b为阳极

-

B.充电时d电极发生的反应为4OH-4e-=2H2O+O2t

C.放电时每消耗1molMnCh,理论上有2moiOH由双极膜向c电极迁移

D.该电化学装置运行过程中需要补充H2so4和KOH溶液

解析：D当闭合Ki和K3、打开K2,装置处于充电状态，即为电解池，H

+生成H2,发生还原反应，a为阴极，M/+失电子生成MMh,碳镒电极为阳极;

ZnO生成Zn,则锌电吸为阴极；d电极上OH一被氧化生成02,d电极为阳极;

当打开Ki和K3、闭合K2时-,装置处于放电状态，即原电池，锌电极为负极，碳

镒电极为正极。充电时，碳镒电极为阳极，A正确；充电时，d电极上OH-被氧

化生成电极反应式为40H4e=2H2O+O2t,B正确；放电时，碳镒

+2+

电极为正极，电极反应式为MnO2+2e-+4H=Mn+2H2O,每消耗1mol

MnO2,转移2moi电子，因此理论上有2moiOH一由双极膜向c电极迁移，C正

确；该电化学装置运行过程中，c电极反应式为ZnO+H2O+2e-=Zn4-2OH",

故右侧总反应为2ZnO=2Zn+O2f,不需要补充KOH溶液，D错误。

2.（2025・清远一模）利用多膜装置通过电解法可以制备KNCh,同时获得一定

的副产品，其电解装置如图所示。下列说法正确的是（）

阳极室KNO3NaNO;5阴极室

浓溶液稀溶液

A.Y膜为阳离子交换膜

B.阴极室溶液中OFT浓度逐渐降低

C.理论上每生成标准状况下22.4LCb,阳吸室内溶液质量减少149g

D.理论上每生成1molCb,阴极室溶液质量增加46g

解析:C阳极室：2C「一2e--Cbt;阴极室：2出0+2-=2OH.+H2t。

电解法可以制备KNO3,根据图示，阳极室中的钾离子进入硝酸钾溶液，NaNO.s

溶液中硝酸根离子进入硝酸钾溶液、钠离子进入阴极室生成氢氧化钠。NaNO3+

NO1通过Y膜向左移生成KNO3,Y膜为阴离子交换膜，A错误；阴极室发生反

应2H2O+2e-=2OLT+H2f,NaNCh溶液中钠离子进入阴极室生成氢氧化钠，

OH一浓度增加，B错误；生成标准状况下22.4LCL即转移2moi电子，同时有2

molK+移向硝酸钾溶液，则阳极室内减少2moiKQ,即溶液质量减少149g,C

正确；生成1molCh时，转移2mol型子，阴极室内生成1molH2但补充了2

molNa+,因此阴极室溶液质量增加44g,D错误。

3.（2025・岳阳一模）某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铭废水

（主要含有（＞20万），其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应口2。万+6F/+

+3+a+

+14H=2Cr+6Fe+7H2O0下列说法错误的是（）

固体电解质含50岁酸性废水

A.M电极的电极反应为C2H6—14L+7O2-=2CO2+3H2O

B.格元素最终以Cr（OH）3形式除去

C.电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大

D.若电解过程中，电子的有效利用率为60%,每处理掉（）.2mol的前2。r,

理论上N电极需要通入11.2L（已折算为标准状况）02

解析：D由图可知，左侧装置为燃料电池，M为电池的负极，氧离子作用

下乙烷发生氧化反应生成二氧化碳和水，N为电池的正极，氧气在正极发生还原

反应生成氧离子；右侧装置为电解池，与M电极相连的铁电极为阴极，氢离子

在阴极发生还原反应生成氢气，与N电极相连的铁电极为阳极，铁发生氧化反

应生成亚铁离子：Fe-2e=Fe2+,放电生成的亚铁离子在酸性条件下与废水中

的重铝酸根离子反应生成辂离子、铁离子和水，随着H+的放电和被消耗，溶液

的pH增大，溶液中的铁离子、辂离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁、氢氧化

2

络沉淀达到处理酸性含铅废水的目的。M的电极反应式为C2H6-14e-+7O-

=2CO2+3H2O,A正确；密元素最终以氢氧化铅形式除去而达到处理酸性含辂

废水的目的，B正确；与M电极相连的右侧铁电极为阴极，氢离子在阴极得到

电子发生还原反应生成氢气，右侧的铁电极更换为石墨电极，此时仍然是氢离子

在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，不会影响对废水的处理，C正确；每处

理掉0.2mol重铸酸根离子，需要1.2molFe2+,若电解过程中，电子的有效利用

率为60%,由得失电子数目守恒可知，理论上N电极需要通入标准状况下氧气

1.2molx2

的体积为二i萨X22.4L.moH=22.4L,故D错误。

60%

4.（2025・贵阳摸底）一种将酸一碱双电解液分开且具有双溶解沉积反应的酸

碱混合高电压水系可充电电池的放电过程如图所示。下列说法错误的是（）

A.放电时，Zn电极作负极

B.放电时,消耗6.5gZn,中间K2s04溶液中溶质增加17.4g

C.充电时，I区溶液的pH逐渐变小

D.充电时，II区的电极反应式为Mn2+—2b+2H2O=MnCh+4H+

解析：C放电时Zn转化为[Zn(0H)4p,发生氧化反应：Zn-2e-+

40H-===[Zn(OH)4F,zn电极作负极，A正确；放电时，消耗6.5g(0.1mol)

Zn,转移0.2mol电子，【区有0.2molK+透过交换膜M进入中间K2so4溶液，

n区有0.1molsot透过交换膜N进入中间K2so4溶液，中间K2so4溶液中增

加0.1nK)l(17.4g)K2so4,B正确；充电时，Zn电极为阴极，电极反应式为

2

[Zn(0H)4]+2e-=Zn+4OH-,故I区溶液的pH逐渐增大，C错误；充电

时,惰性电极为阳极，Mn2+转化为MnO2,电极反应式为Mn2+—2e+

2H2O=MnO2+4H+,D正确。

5.(2025・武汉调研)一种微生物燃料电池可将醋酸盐作为燃料转化为对环境

友好的产物，其原理如图所示。双极膜间的HzO解离为H+和0H-并分别向两极

迁移。

下列说法错误的是()

A.电极b的电势高于电极a的电势

B.电池工作时，双极膜中H+向电极a迁移

--+

C.电极a的反应为CH3COO-8e+2H2O=2CO2t+7H

D.理论上，消耗的醋酸根离子与氧气的物质的量之比为1：2

解析：B电极a上醋酸盐转化为CO2,发生氧化反应，则电极a为负极，

电极b为正极，电极b的电势高于电极a的电势，A正确；电池工作时，双极膜

中H+向正极(电极b)迁移，B错误；电极a上醋酸盐转化为C02,发生氧化反应，

电极反应式为CH3coeT—8e-+2H2O=2CO2t+7H+,C正确；消耗1mol

CH3co。一失8moi电子，消耗1molCh得4moi电子，根据得失电子守恒，消耗

的醋酸根离子与氧气的物质的量之比为1:2,D正确。

6.(2025•梅州一模)某实验小组利用如图所示装置制备Fe(0H)2。已知甲装置

的工作原理为：2Na2s2+NaBc=Na2s4+3NaBr,电极a、b采用石墨或Fe。下

列说法不正确的是()

惰性

电极“h惰性

孑电极II

NaCl溶液

阳离子交换膜

甲乙

A.乙装置中电极a应为Fe,b电极为石墨

B.乙装置中可用CuC12溶液代替NaCl溶液

-

C.电极b发生的反应：2H2O+2e=H2t+2OH-

D.理论上每生成9.0gFe(OH)2,甲装置中将有0.2molNaf向惰性电极H移

解析：B乙装置目的是制备Fe(0H)2,需要Fe2+,电极a应为Fe作阳极失

电子生成Fe?+,b电极为阴极，可采用石墨，A正确；若用CuCb溶液代替NaCl

溶液，在阴极C『十得电子生成Cu,无法生成OH\就不能生成Fe(0H)2,B错

误；电极b为阴极，溶液中的H2O得电子发生还原反应，电极反应式为2H?O+

2e=H2t+2OH-,C正确；9.0gFe(OH)2的物质的量为n=^=-^—=

M90g-moJx

o.lmol,根据Fe—2e—=Fe2+,Fe2++2OH——Fe(OH)2I，生成0.1molFe(0H)2,

电路中转移0.2mol电子，甲装置中阳离子向正极(惰性电极II)移动，根据电荷

守恒，有0.2molNa+向惰性电极II移动，D正确。

7.(2025•八省联考陕、晋、青、宁卷)为了从海水中提取锂，某团队设计了图

示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互

换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是()

储液槽电极1电极2电极3电极4

A.电路中电子的流向随着电极互换而改变

B.电极2上发生的反应为：Ag—e-=Ag'

C.理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变

D.理论上，电路通过1mol电子时，有0.5molLi卡富集在右侧电解液中

解析：C图示装置中互换前，电极1作阴极，FePCM得电子与Li+结合生成

LiFePO4,电极2作阳极，Ag失电子结合C「生成AgQ,电极3作阴极，AgCl

得电子脱去Cl一生成Ag,电极4作阳极，LiFePCh失电子脱去Li+生成FePO0

一段时间后将电极1和电极4互换，电极3和电杈2互换，左侧装置与右侧装置

发生的反应不变，左侧装置中依旧是FePCh得电子，Ag失电子，右侧装置依旧

是AgCl得电子,LiFePQ失电子。

电极电极属性电极反应式

FeP04阴极FeP04+e-+Li+=LiFePO4

Ag一阳极一Ag—e-4-Cr=AgCl

AgCl阴极AgCl+e"=Ag+Cr

阳极+

LiFePO4LiFeP04-e"=Li+FeP04

保持电源正负极不变，则电子流向不变，A错误；由分析可知，电极2为阳

极，海水中有C厂且移向阳极，则电极2的电极反应式为Ag-e-+Cr=AgCl,

B错误；由电极反应式可知，电路中通过一定量的电子时，电极1上结合的Li+

数目和电极4上失去的Li+数目相等，故理论上，电极1与电极4的质量之和保

持不变，C正确；理论上，电路通过1mol电子时，有ImolLi，富集在右侧电解

液中，D错误。

8.（2025・广东大联考）废水中锲和钻的分离回收有着重要意义，工业上可通

过如图所示的装置将废水中的C02+和Ni2+分离。已知C02+和乙酰丙酮不反应，

下列说法不正确的是（）

【室n室m室N室

A.电源m极为正极，膜b为阳离子交换膜

B.电解过程中IV室内硫酸的物质的量不因反应而改变

C.HI室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3coeH2coe2+201===

Ni（CH3COCHCOCH3）2+2H2O

D.通电过程中石墨N极每产生11.2L（标准状况）气体，双极膜处有2mol

H2O解离

解析：D氢离子移向IV室，根据溶液中离干移动方向，左侧石墨M为阳

极，右侧石墨N为阴极，II室为原料室，膜b为阳离子交换膜，Co2\Ni2+进入

IH室，C02+和乙酰丙酮不反应，Ni2+和乙酰丙酮反应。M为阳极，右侧石墨N为

阴极，则电源m极为正极，Co2\Ni2+进入HI室，膜b为阳离子交换膜，A正确；

石墨N为阴极，电极反应式为2H++2e-=H2t,IV室内消耗的与转移过来

的H+数量相等，所以硫酸的物质的量不因反应而改变，B正确；由题中信息可

知，IH室中Ni2+参与的反应为Ni2++2cH3coeH2coeH3+20H-

=Ni（CHsCOCHCOCH3）2+2H2O,C正确；通电过程中石墨N极每产生11.2L（标

准状况）气体，即0.5molFh,则有1mol氢离子移向阴极，理论上双极膜处有I

molHzO解离,D错误。

9.（2025.潍坊一模）利用H2O2在碱性条件下实现废水中Cr（IH）的回收，珞的

去除率大于99.5%,其装置如图所示。下列说法错误的是（）

直流电源HQ

石墨Mj,膜a膜b膜c双极膜工石黑N

0H-

稀废水室

含Cr(III)

Na2CrO|H.O

—溶液的碱性

-

产品室废水»H+

//

\1加舒/冲室Na£Ch

溶液溶液

A.膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜

B.废水室中反应的离子方程式为2Cr(OH)3H-3H2O2+40H-===2CrO^

+8H2O

C.反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变

D.通电过程中石墨N极每产生33.6L(标准状况)气体，则双极膜内减少27

gH2O

解析：D根据溶液中的离子移动方向，OH一移向阳极，左侧石墨M为阳

极，右侧石墨N为阴极，Na+通过膜b进入产品室，为阳离子交换膜，膜a要阻

止其他阳离子进入缓冲室，为阴离子交换膜，50歹通过膜c进入产品室，膜c

是阴离子交换膜。由上述分析可知，A正确；依据图中物质，废水室中C产在碱

性条件下被H92氧化生成CrO^,反应的离子方程式为2Cr(OH)3+3H2O2+

40H-===2CrO厂+8H2O,