高考化学一轮复习 同步课件 大单元四　第十章　第36讲　多池、多室电化学装置（浙江版）

多池、多室电化学装置第十章

第36讲

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。复习目标课时精练考点一离子交换膜在电化学中的应用考点二多池连接电化学装置内容索引离子交换膜在电化学中的应用考点一1.离子交换膜的分类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。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。1.(2026·浙江1月选考，12)一种电解葡萄糖(C6H12O6)制取葡萄糖二酸钾(C6H8O8K2)的装置示意图如图所示，下列说法中，不正确的是A.电极M处的电极反应式为2H2O+

2e-===H2↑+2OH-B.离子交换膜P为阳离子交换膜C.1mol葡萄糖(C6H12O6)完全转化为

葡萄糖二酸钾(C6H8O8K2)转移的电子数为6NAD.电解过程可能产生葡萄糖酸钾(C6H11O7K)√2.(2025·浙江一模)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是

√

3.(2025·河南，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-===[Fe(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

LiCl√

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+，C错误；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；每脱除58.5

g(1

mol)NaCl，转移电子1

mol，所以可回收1

mol

LiCl，D正确。4.(2024·杭州模拟)调节溶液的pH，当溶液中的氨基酸主要以两性离子存在时，分子整体呈电中性，此时溶液的pH为该氨基酸的pI，谷氨酸的pI：3.22；丙氨酸的pI：6.02；赖氨酸的pI：9.74。已知：可以利用如图装置分离这三种氨基酸，a、b为离子交换膜，下列说法不正确的是A.阳极的电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑B.a应采用阳离子膜，b应采用阴离子膜C.原料室的pH应控制在6.02D.在产品室1中，可以收集到赖氨酸√

由题干电解池装置图可知，阳极室为电解H2SO4溶液，故阳极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，阴极室为电解NaOH溶液，阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，H+经a膜进入产品室1，OH-经b膜进入产品室2，故a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，根据三种氨基酸的pI可知，产品室1溶液显酸性，则收集到的为谷氨酸，产品室2溶液显碱性，则收集到的为赖氨酸，丙氨酸留在原料室，据此分析解题。由分析可知，原料室留下了丙氨酸，根据丙氨酸的pI可知，原料室的pH应控制在6.02，C正确。返回多池连接电化学装置考点二模型一外接电源与电解池的串联(如图甲)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(如图乙、丙)乙、丙两图中，A均为原电池，B均为电解池。1.(2025·甘肃，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4C.电极3的反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑D.理论上，每通过2mol电子，可产生1molH2√

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，电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH=8.2、电池和电解池中同时产生氢气，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；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.(2024·浙江模拟预测)一种清洁、低成本的氯碱工业双联装置工作原理如图所示，浓缩海水可以造成溶液中离子浓度差异，使离子从高浓度区域向低浓度区域迁移，从而产生离子电流。下列说法不正确的是

√

结合题干信息，装置Ⅰ为原电池，装置Ⅱ为电解池，装置Ⅰ中，Li+移向X电极，故X为正极，Y为负极；Z为阴极，W为阳极，X电极反应为2H++2e-===H2↑，W电极反应为Ag-e-===Ag+，生成的银离子再结合Cl-生成沉淀：Ag++Cl-===AgCl↓，Z电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，据此分析解答。根据分析，电极Y为负极，可以在X、Z电极上收集到H2，故A正确；反应中，不放电的氯离子生成氯化银，装置Ⅱ中可得到NaOH，可以不使用离子交换膜，故B正确；

返回精练高频考点提升关键能力课时精练对一对题号1234567答案CCCABAC题号89101112答案DCDAD答案1234567891011121314答案123456789101112131413.(1)阳N2+6e-+6H+===2NH3

(2)为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴、阳两极产物接触(3)33答案123456789101112131414.

1.(2024·嘉兴高三联考)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1234567891011121314答案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√N极失去电子，为负极，发生氧化反应，故A正确；M极为正极，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。1234567891011121314答案2.(2024·宁波十校高三联考)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是1234567891011121314答案A.f极为光伏电池的正极B.a、b处均通入NaClO4溶液C.d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4溶液D.若转移2mol电子，理论上生成100.5gHClO4√

根据钠离子的移动方向可知：电解池左侧为阳极，与光伏电池的正极e相连，f极为光伏电池的负极，阳极H2O失去电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，生成的H+与加入的a物质结合成高氯酸，所以a为高氯酸钠溶液，c处得到HClO4溶液，电解池右侧阴极上H2O得电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，OH-与Na+结合成NaOH，所以物质b为稀NaOH溶液，d处得到较浓的NaOH溶液。阳极电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，转移2

mol电子则生成2

mol

H+，即生成2

mol

HClO4，m(HClO4)=2

mol×100.5

g·mol-1=201

g，故D错误。1234567891011121314答案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1234567891011121314答案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√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。1234567891011121314答案

1234567891011121314答案

√

1234567891011121314答案5.(2020·山东，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是1234567891011121314答案A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除

盐58.5gD.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1√

由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1

mol电子通过时，则电解质溶液中有1

mol钠离子移向正极，1

mol氯离子移向负极，C项正确；负极反应：CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+，正极反应：2H++2e-===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。1234567891011121314答案6.一种新型铁⁃铬液流电池的工作原理如图所示，已知Cr2+的还原性比Fe2+强，下列说法正确的是1234567891011121314答案A.放电时，电极a为正极B.放电时，当电路中通过2mol电子时，

Ⅱ区质量净增2gC.充电时，阳极反应式为Cr2+-e-===Cr3+D.隔膜应选用阴离子交换膜√

已知Cr2+的还原性强于Fe2+，故放电时，Cr2+失电子生成Cr3+，此时电极b为负极，电极a为正极，则氢离子向Ⅰ区移动，Ⅱ区质量减小，A正确、B错误；充电时，电极a为阳极，阳极上Fe2+失电子生成Fe3+，电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+，C错误；从图中可知，氢离子通过隔膜在Ⅰ区和Ⅱ区之间移动，因此隔膜为阳离子交换膜，D错误。1234567891011121314答案7.(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1234567891011121314答案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。1234567891011121314答案8.(2024·福建，9)一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含Li+有机溶液。放电过程中产生(CF3SO2)2NLi，充电过程中电解LiCl产生Cl2。下列说法正确的是1234567891011121314答案A.交换膜为阴离子交换膜B.电解质溶液可替换为LiCl水溶液C.理论上每生成1molCl2，需消耗2molLiD.放电时总反应：6Li+N2+4CF3SO2Cl===2(CF3SO2)2NLi+4LiCl√

由图可知，放电过程中氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，Li3N又转化为(CF3SO2)2NLi和LiCl，则左侧电极为正极，右侧电极为负极，负极锂失去电子形成锂离子，锂离子通过阳离子交换膜进入左侧，A错误；锂为活泼金属，会和水反应，故电解质溶液不能替换为LiCl水溶液，B错误；充电过程中LiCl失去电子发生氧化反应产生Cl2：2Cl--2e-===Cl2↑，锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂单质：Li++e-===Li，则理论上每生成1

mol

Cl2，同时生成2

mol

Li，C错误。1234567891011121314答案9.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1234567891011121314答案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√1234567891011121314答案

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。10.(2025·浙江一模)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用只允许K+通过的半透膜隔开。下列说法不正确的是1234567891011121314答案

√

1234567891011121314答案11.(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1234567891011121314答案。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↑√1234567891011121314答案

1234567891011121314答案A.R4NBr的作用之一是抑制副反应2H2O+2e-===

H2↑+2OH-发生B.若交换膜换为阴离子交换膜，则一段时间后阳

极区由无色变成橙色C.当电路中转移1mole-时，阳极室溶液质量减少9gD.电解质季铵盐(R4NBr)中R越大，电解效率越高√

结合题意可知，a为阴极，丙烯腈发生还原反应生成己二腈，电极反应式为2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN；b为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，据此作答。依据题意可知，季铵盐的阳离子(R4N+)在阴极表面会形成一个疏水的界面层，则R4NBr可以阻止水中的氢离子得电子发生副反应，提高电解效率，A正确；若交换膜换为阴离子交换膜，R4NBr电离出来的溴离子可能会移动至阳极并放电，产生溴单质，使阳极区溶液由无色变成橙色，B正确；1234567891011121314答案

阳极电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，当电路中转移1

mol电子时，阳极室产生0.25

mol氧气，同时有1

mol氢离子进入阴极区，则阳极溶液减少质量为0.25

mol×32

g·mol-1+1

mol×1

g·mol-1=9

g，C正确；电解质季铵盐(R4NBr)中R越大，可能增强了疏水性，抑制了副反应；但R越大也可能导致离子体积增大，离子的迁移率降低，增加电解过程中的能耗，D不正确。1234567891011121314答案13.电解法合成氨反应装置如图所示：1234567891011121314答案(1)b极为

(填“阴”或“阳”)极，a极的电极反应式为_____________

。阳N2+6e-+6H+===2NH3

根据图示可知，在b极上H2O中O元素失去电子发生氧化反应生成O2，因此b极为阳极；a极上N2得到电子发生还原反应生成NH3，因此a极为阴极，其电极反应式为N2+6e-+6H+===2NH3。1234567891011121314答案(2)电解装置中质子交换膜的作用为________________________________

。(3)若b极产生的O2在一定条件下的体积为336L，a极中通入相同条件下N2的总体积为672L，则N2的转化率为

%(结果保留两位有效数字)。1234567891011121314答案为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴、阳两极产物接触33

1234567891011121314答案

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

(填字母)。A.X(Fe) B.Y(C)C.Co D.ZnBC