2026年高考化学二轮复习（全国）重难10 电化学中的多室、多池装置（重难专练）（原卷版）

重难10电化学中的多室、多池装置

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一、电化学中的离子交换膜

（1）阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)

以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开

＋

①负极反应式：Zn-2e-=Zn2

②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu

③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区

④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)

（2）阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)

以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开

--

①阴极反应式：2H2O＋2e=H2↑＋2OH

-_-

②阳极反应式：2I2e=I2

----

③阴极产生的OH移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH=IO3＋5I＋3H2O

④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)

（3）质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)

在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2

＋-

①阴极反应式：2H＋2e=H2↑

-＋

②阳极反应式：CH3COOH-8e＋2H2O=2CO2↑＋8H

③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极

＋

④H→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)

（4）电渗析法

将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的

原理：已知A为金属活动顺序表H之前的

金属，Bn-为含氧酸根离子

（5）双极膜

双极膜

由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该

膜特点是在直流电的作用下，阴、阳

＋－

膜复合层间的H2O解离成H和OH

并通过阳膜和阴膜分别向两极区移

＋－

动，作为H和OH的离子源

（6）解题流程

第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许

哪种离子通过隔膜。

第二步，写出电极反应，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免

产物因发生反应而造成危险。

二、含膜电解池装置分析

（1）两室电解池

例如，工业上利用如图两室电解装置制备烧碱：

－－

阳极室中电极反应：2Cl－2e===Cl2↑，

－－

阴极室中的电极反应：2H2O＋2e===H2↑＋2OH，

阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保

持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用

这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。

（2）三室电解池

例如，利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。

＋－＋＋＋

阴极的NO被还原为NH4：NO＋5e＋6H===NH4＋H2O，NH4通过阳离子交换膜进入中间室；

－－－＋－

阳极的NO被氧化为NO3：NO－3e＋2H2O===NO3＋4H，NO3通过阴离子交换膜进入中间室。

电解

根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O=====3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化

为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。

（3）多室电解池

例如，“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示：

－＋＋

电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e===O2↑＋4H，产生的H通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的

－＋

H2PO2穿过阴离子交换膜进入产品室，与H结合生成弱电解质H3PO2；

－－＋

电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e===2H2↑＋4OH，原料室中的Na通过阳离子交换膜进入阴极室，

可得副产品NaOH。

（建议用时：20分钟）

1．（2026·河北省定州中学高三上学期期中）钠离子-石墨炔(GDY)电池是一种高可逆容量、长循环寿命的

新型电池，其装置如图所示。石墨炔是层状结构，其层间距与Na+直径相仿。首周充电即电池组装完成后第

一次充电过程。下列说法错误的是

A．放电时正极电极反应式为：Na++GDY+e-=Na-GDY

B．GDY中sp2和sp杂化的C为其导电性提供了条件

C．GDY层间距有利于Na+的嵌入和沿着GDY碳平面进行传输

D．电池组装完成无需对GDY电极进行任何处理即可首周充电

2．（2025·北京市房山区高三下学期一模）科学家研发了“全氧电池”，其工作原理示意图如下。

下列说法不．正．确．的是

A．电极a是负极

B．离子交换膜a为阴离子交换膜

−+

C．电极b的反应式：O2+4e+4H=2H2O

D．酸性条件下O2的氧化性强于碱性条件下O2的氧化性

3．（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(pH8.2)电解系统(如下图)。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：4OH4e2H2OO2

D．理论上，每通过2mol电子，可产生1molH2

4．（2025·湖北省云学高中联盟·一模）为解决传统电解水制氢阳极电势高、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。部分反应机理为：

。

下列说法正确的是

A．电解时e由a极向b极方向迁移

--

B．阴极反应为2H2O-2e=H2↑+2OH，

C．阳极反应HCHO2e3OHHCOO2H2O

D．相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍

5．（2025·安徽卷）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允

许Li通过。下列说法正确的是

A．放电时电解质溶液质量减小

B．放电时电池总反应为H2+2Li=2LiH

C．充电时Li+移向惰性电极

+

D．充电时每转移1mol电子，cH降低1molL-1

6．(2025·广东清远·一模)利用多膜装置通过电解法可以制备KNO3，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

A．Y膜为阳离子交换膜

B．阴极室溶液中OH浓度逐渐降低

C．理论上每生成标准状况下22.4LCl2，阳极室内溶液质量减少149g

D．理论上每生成1molCl2，阴极室溶液质量增加46g

7．（2025·云南卷）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。除硼原理：BOHHBOHHO。下列说法错误的是

432

A．Pt电极反应：4OH4eO22H2O

B．外加电场可促进双极膜中水的电离

C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜

．室每生成，同时室最多生成

DⅣ1molNaOHⅡ1molBOH3

．广东汕头一模碱性电池发展迅猛，某实验小组利用该电池实现电化学合成氨，装

8(2025··)ZnNiOH2

置如图所示，下列说法正确的是

A．N极为金属Zn，发生氧化反应

+

B．理论上若电解液传导6molH，最多可生成44.8LNH3

C．不考虑其它因素，电池工作一段时间后需补充乙醇电解液

D．Q极电极反应式为N22Li4H6e2LiNH2

9．（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

C．乙池极电极反应式为3CO22eH2OCO2HCO3

D．若d极生成1.12L(标准状况)O2，则理论上b极质量减少6.4g

（建议用时：10分钟）

1．（2026·河北省邯郸市高三上学期11月阶段检测）锂硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是

已知：一个电子带有的电量为1.61019C。

A．该电池的电解质换成高浓度的Li2SO4水溶液，可以增强Li的导电性

B．电池充电时，Li从左侧通过阳离子膜移到右侧

C．电池放电时，电子的流动方向为金属锂片→用电器→集流板→阳离子膜→金属锂片

D．金属锂质量每减小14g，经过用电器的电量约是1.93105C

2．（2024·山东卷）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

电解

--

C．电解总反应式为Br+3H2OBrO3+3H2

D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z):nBr-=3:2

3．(2025·广东梅州·一模)某实验小组利用如图所示装置制备Fe(OH)2。已知甲装置的工作原理为：

2Na2S2NaBr3Na2S43NaBr，电极a、b采用石墨或Fe。下列说法不正确的是

A．乙装置中电极a应为Fe，b电极为石墨

B．乙装置中可用CuCl2溶液代替NaCl溶液

C．电极b发生的反应：2H2O2eH22OH

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

4．（2025·北京市丰台区·一模）一种脱除和利用水煤气中CO2的原理示意图如下。

711

已知：tC,H2CO3的电离平衡常数：Ka14.610,Ka25.010。

下列说法不正确的是

2--

A．tC，当装置I中cCO3:cHCO3=1:2时，溶液的pH11

B．装置II中溶液显碱性的原因是HCO3的水解程度大于HCO3的电离程度

2

C．装置II中产生CO2的离子方程式为2HCO3CO2CO3H2O

D．装置III中的阴极反应式为2CO212e12HC2H44H2O

5．(2025·广东茂名·一模)利用如图所示的电化学装置可捕捉废气中的CO2，并将其转为CaCO3，同时得到

高浓度的盐酸、H2和O2。在直流电源的作用下，双极膜中的H2O可自动解离为H和OH。下列说法不正

确的是

A．电极b连接电源正极

B．Ⅱ、Ⅲ室之间为阴离子交换膜

22

C．Ⅱ室中发生反应：CaCO3CaCO3

D．理论上，每转移2mole，双极膜上共解离2molH2O

2

6．某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O7)，其装置示意图如图所示，处

2233

理过程中存在反应Cr2O76Fe14H2Cr6Fe7H2O。下列说法错误的是

2

A．M电极的电极反应为C2H614e7O2CO23H2O

B．铬元素最终以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

2

D．若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2mol的Cr2O7，理论上N电极需要通入11.2L(已

折算为标准状况)O2

7．（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

4--3-

C．电极b上发生的电极反应式为Fe(CN)6+e=Fe(CN)6

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

8．（2025·湖北腾云联盟·一模）我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，

其内部结构如下图，其中a、b、c三区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化

为。下列说法错误的是

A．充电时，a区溶液pH增大

B．充电一段时间后，b区K2SO4浓度减小

C．放电时，电子从电极N经过导线传导到电极M

D．放电时，电极N的电极反应式为2ne2nK

32

9．（2025·湖北卷）某电化学制冷系统的装置如图所示。FeHO和FeHO在电极上发生相互

2626

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①②③④①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

32

A．阴极反应为FeHOeFeHO

2626

23

B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断FeHO比FeHO稳定

2626

C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换

2

D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后FeHO和

26

3

FeHO离子结构的改变

26

10．（2025·山东潍坊·一模）利用H2O2在碱性条件下实现废水中Cr（Ⅲ）的回收，铬的去除率大于99.5%，

其装置如图所示。下列说法正确的是

A．膜a，膜b均为阳离子交换膜

2

B．废水室中反应的离子方程式为2Cr(OH)33H2O24OH2CrO48H2O

C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH减小

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54gH2O

（建议用时：20分钟）

1．（2026·河北省秦皇岛市山海关区第一中学10月月考）我国某科研团队研制出一种液流电池，该电池的

电解液流经玻璃空腔作为窗户，在充电和放电的同时调节窗户的颜色，从而使室内降温，以减少空调的使

2

用，降低CO2排放。充电时的工作原理如图所示。螯合剂邻二氮菲(phen，结构为)与Fe、

323

Fe可分别形成[Fe(phen)3](橙红色)、[Fe(phen)3](淡蓝色)。已知：红光的热效应比蓝光的高。下列说法

错误的是

A．放电后自然光透过窗户，室内温度升高不明显，可以减少空调的制冷作用

B．充电时，右侧电解液中离子浓度增大

C．充电时，电流方向：电源正极→N电极→电解质溶液→M电极→电源负极

D．放电过程中，当有2mol电子转移时，负极区电解质溶液质量增加71g

2．（2025·山东省实验中学·一模）调节pH可使溶液中的氨基酸主要以两性离子的形式存在，两性离子整体

呈电中性，此时溶液的pH为该氨基酸的pI(等电点)。已知：谷氨酸的pI为3.22，丙氨酸的pI为6.02，赖

氨酸的pI为9.74。利用如图装置分离这三种氨基酸，a、b为离子交换膜，电极均为惰性电极。下列说法错

误的是

--

A．阴极的电极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH

B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜

C．原料室的pH应控制在6.02

D．在产品室1中，可以收集到赖氨酸

3．(2025·广东珠海·一模)我国科学家研究的自驱动高效制取H2的电化学装置示意图如图。下列说法不正确

的是

A．装置a为原电池，电极I为正极

电解

B．装置b的总反应方程式为：

N2H4N22H2

C．装置a消耗1molO2时，整个装置消耗2molN2H4

D．装置b生成2molH2时，理论上装置a正极区溶液质量减少4g

4．（2024·黑吉辽卷）“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+2e2OH+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+4OH2HCOO+2H2O+H2

5．（2025·山东菏泽·一模）双阴极微生物燃料电池可进行硝化和反硝化脱氮，装置如图。下列说法错误的

是

A．H+的迁移方向：厌氧阳极→缺氧阴极，厌氧阳极→好氧阴极

B．装置工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大

C．“好氧阴极”电极反应式为：NH46e+2H2O=NO28H

D．放电过程中若有1molNH4完全转化为NO3，“好氧阴极”区内理论上消耗O2(STP)44.8L

．（湖南湘潭一模）铬是最硬的金属，一种三室电解法制高纯铬的装置如图所示缓冲室为，

62025··[NH42SO4

H3BO3、H2SO4的混合溶液］。下列说法正确的是

A．M与电源的正极相连

B．膜C为阳离子交换膜，膜D为阴离子交换膜

C．电池工作一段时间后，需向阳极补充一定量的H2O

D．每生成