高考化學一輪復習 同步課件 大單元四　第十章　第36講　多池、多室電化學裝置（浙江版）

多池、多室電化學裝置第十章

第36講

1.了解離子交換膜的類型及作用。2.了解多池連接裝置的特點及分析方法。3.建立解答復雜電化學裝置的思維路徑。復習目標課時精練考點一離子交換膜在電化學中的應用考點二多池連接電化學裝置內容索引離子交換膜在電化學中的應用考點一1.離子交換膜的分類離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液中的離子具有選擇透過功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。離子交換膜分為：(1)陽離子交換膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H+通過，不允許其他陽離子或陰離子通過。(4)雙極隔膜，是一種新型離子交換膜，其膜主體可分為陰離子交換層、陽離子交換層和中間界面層，水解離催化劑被夾在中間的離子交換聚合物中，水電離產物H+和OH-可在電場力的作用下快速遷移到兩側溶液中，為膜兩側的半反應提供各自理想的pH條件。2.離子交換膜的作用(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，提高產品的純度或避免不安全因素。(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.分析方法(1)根據膜的性質和離子在溶液中的遷移方向，畫出離子透過膜的方向；(2)尋找遷出室溶液中濃度較大的遷移離子；(3)分析離子在遷入室的濃度增大和在遷出室的濃度減小，以及帶來的實質變化。1.(2026·浙江1月選考，12)一種電解葡萄糖(C6H12O6)制取葡萄糖二酸鉀(C6H8O8K2)的裝置示意圖如圖所示，下列說法中，不正確的是A.電極M處的電極反應式為2H2O+

2e-===H2↑+2OH-B.離子交換膜P為陽離子交換膜C.1mol葡萄糖(C6H12O6)完全轉化為

葡萄糖二酸鉀(C6H8O8K2)轉移的電子數為6NAD.電解過程可能產生葡萄糖酸鉀(C6H11O7K)√2.(2025·浙江一模)我國科學家在太陽能光電催化—化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。下列說法不正確的是

√

3.(2025·河南，12)一種液流電解池在工作時可以實現海水淡化，并以LiCl形式回收含鋰廢棄物中的鋰元素，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是A.Ⅱ為陽離子交換膜B.電極a附近溶液的pH減小C.電極b上發生的電極反應式為

[Fe(CN)6]4-+e-===[Fe(CN)6]3-D.若海水用NaCl溶液模擬，則每脫除58.5gNaCl，理論上可回收1mol

LiCl√

電極a為陰極，發生反應：O2+4e-+2H2O===4OH-，電極b為陽極，發生反應：Li4[Fe(CN)6]-e-===Li3[Fe(CN)6]+Li+，C錯誤；為實現海水的淡化，海水中Na+應通過離子交換膜Ⅰ進入最左側，為以LiCl形式回收鋰元素，海水中Cl-應通過離子交換膜Ⅱ向右側遷移，Li+應通過離子交換膜Ⅲ向左側遷移，故離子交換膜Ⅱ為陰離子交換膜，A錯誤；由陰極反應知，電極a附近溶液的pH增大，B錯誤；每脫除58.5

g(1

mol)NaCl，轉移電子1

mol，所以可回收1

mol

LiCl，D正確。4.(2024·杭州模擬)調節溶液的pH，當溶液中的氨基酸主要以兩性離子存在時，分子整體呈電中性，此時溶液的pH為該氨基酸的pI，谷氨酸的pI：3.22；丙氨酸的pI：6.02；賴氨酸的pI：9.74。已知：可以利用如圖裝置分離這三種氨基酸，a、b為離子交換膜，下列說法不正確的是A.陽極的電極反應為2H2O-4e-===4H++O2↑B.a應采用陽離子膜，b應采用陰離子膜C.原料室的pH應控制在6.02D.在產品室1中，可以收集到賴氨酸√

由題干電解池裝置圖可知，陽極室為電解H2SO4溶液，故陽極反應為2H2O-4e-===O2↑+4H+，陰極室為電解NaOH溶液，陰極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-，H+經a膜進入產品室1，OH-經b膜進入產品室2，故a膜為陽離子交換膜，b膜為陰離子交換膜，根據三種氨基酸的pI可知，產品室1溶液顯酸性，則收集到的為谷氨酸，產品室2溶液顯堿性，則收集到的為賴氨酸，丙氨酸留在原料室，據此分析解題。由分析可知，原料室留下了丙氨酸，根據丙氨酸的pI可知，原料室的pH應控制在6.02，C正確。返回多池連接電化學裝置考點二模型一外接電源與電解池的串聯(如圖甲)A、B為兩個串聯電解池，相同時間內，各電極得失電子數相等。模型二原電池與電解池的串聯(如圖乙、丙)乙、丙兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。1.(2025·甘肅，12)我國科研工作者設計了一種Mg?海水電池驅動海水(pH=8.2)電解系統(如圖)，以新型MoNi/NiMoO4為催化劑(生長在泡沫鎳電極上)，在電池和電解池中同時產生氫氣。下列關于該系統的說法錯誤的是A.將催化劑生長在泡沫鎳電極上可提高催化

效率B.在外電路中，電子從電極1流向電極4C.電極3的反應為4OH--4e-===2H2O+O2↑D.理論上，每通過2mol電子，可產生1molH2√

由題圖可知，電極1上發生轉化Mg→Mg(OH)2，則電極1為原電池的負極，電極2為原電池的正極，電極3與原電池正極相連，為電解池陽極，電極4為電解池陰極，結合題目信息海水pH=8.2、電池和電解池中同時產生氫氣，可得各電極的電極反應式，電極1：Mg+2OH--2e-===Mg(OH)2；電極2：2H2O+2e-===H2↑+2OH-；電極3：4OH--4e-===O2↑+2H2O；電極4：2H2O+2e-===H2↑+2OH-。將催化劑生長在泡沫鎳電極上，可增大催化劑與反應物的接觸面積，提高催化效率，A正確；電極1為原電池負極，故外電路中電子從電極1流向電極4，B正確；由得失電子守恒可知，理論上，電路中每通過2

mol電子，電極2和電極4均產生1

mol

H2，共產生2

mol

H2，D錯誤。2.(2024·浙江模擬預測)一種清潔、低成本的氯堿工業雙聯裝置工作原理如圖所示，濃縮海水可以造成溶液中離子濃度差異，使離子從高濃度區域向低濃度區域遷移，從而產生離子電流。下列說法不正確的是

√

結合題干信息，裝置Ⅰ為原電池，裝置Ⅱ為電解池，裝置Ⅰ中，Li+移向X電極，故X為正極，Y為負極；Z為陰極，W為陽極，X電極反應為2H++2e-===H2↑，W電極反應為Ag-e-===Ag+，生成的銀離子再結合Cl-生成沉淀：Ag++Cl-===AgCl↓，Z電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-，據此分析解答。根據分析，電極Y為負極，可以在X、Z電極上收集到H2，故A正確；反應中，不放電的氯離子生成氯化銀，裝置Ⅱ中可得到NaOH，可以不使用離子交換膜，故B正確；

返回精練高頻考點提升關鍵能力課時精練對一對題號1234567答案CCCABAC題號89101112答案DCDAD答案1234567891011121314答案123456789101112131413.(1)陽N2+6e-+6H+===2NH3

(2)為質子的遷移和輸送提供通道，并阻隔陰、陽兩極產物接觸(3)33答案123456789101112131414.

1.(2024·嘉興高三聯考)利用人工光合作用可將CO2轉化為甲酸，反應原理為2CO2+2H2O===2HCOOH+O2，裝置如圖所示(M、N電極均為惰性電極)，下列說法錯誤的是1234567891011121314答案A.N電極上發生氧化反應，失去電子B.M電極上的電極反應式為2H++CO2+2e-===HCOOHC.每轉移0.4mol電子，消耗的CO2與產生O2的質量之差為10gD.電池工作時，左側工作室產生的H+通過質子交換膜往右側工作室遷移√N極失去電子，為負極，發生氧化反應，故A正確；M極為正極，CO2得電子生成甲酸，電極反應式為CO2+2e-+2H+===HCOOH，故B正確；總反應為2CO2+2H2O===2HCOOH+O2，每轉移0.4

mol電子，消耗8.8

g

CO2，產生3.2

g

O2，質量之差為8.8

g-3.2

g=5.6

g，故C錯誤；N極為負極，電極反應為2H2O-4e-===4H++O2，M極為正極，電池工作時，左側工作室產生的H+通過質子交換膜往右側工作室遷移，故D正確。1234567891011121314答案2.(2024·寧波十校高三聯考)高氯酸在化工生產中有廣泛應用，工業上以NaClO4為原料制備高氯酸的原理如圖所示。下列說法正確的是1234567891011121314答案A.f極為光伏電池的正極B.a、b處均通入NaClO4溶液C.d處得到較濃的NaOH溶液，c處得到HClO4溶液D.若轉移2mol電子，理論上生成100.5gHClO4√

根據鈉離子的移動方向可知：電解池左側為陽極，與光伏電池的正極e相連，f極為光伏電池的負極，陽極H2O失去電子生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-===4H++O2↑，生成的H+與加入的a物質結合成高氯酸，所以a為高氯酸鈉溶液，c處得到HClO4溶液，電解池右側陰極上H2O得電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，電極反應式為2H2O+2e-===2OH-+H2↑，OH-與Na+結合成NaOH，所以物質b為稀NaOH溶液，d處得到較濃的NaOH溶液。陽極電極反應式為2H2O-4e-===4H++O2↑，轉移2

mol電子則生成2

mol

H+，即生成2

mol

HClO4，m(HClO4)=2

mol×100.5

g·mol-1=201

g，故D錯誤。1234567891011121314答案3.我國科學家開發出了一種Zn?NO電池系統，該電池具有同時合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是1234567891011121314答案A.電極電勢：Zn/ZnO電極<MoS2電極B.Zn/ZnO電極的反應式為Zn-2e-+2OH-===

ZnO+H2OC.電池工作一段時間后，正極區溶液的pH

減小D.電子流向：Zn/ZnO電極→負載→MoS2電極√Zn/ZnO電極為負極，MoS2電極為正極，正極電勢高于負極電勢，A正確；正極區消耗的H+源于雙極膜解離出的H+，且產生的NH3會部分溶解，所以正極區溶液的pH不會減小，C錯誤；電子流向：負極→負載→正極，D正確。1234567891011121314答案

1234567891011121314答案

√

1234567891011121314答案5.(2020·山東，10)微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用如圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是1234567891011121314答案A.負極反應為CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C.當電路中轉移1mol電子時，模擬海水理論上除

鹽58.5gD.電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1√

由題圖可知，a極為負極，b極為正極，則隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，才能使模擬海水中的氯離子移向負極，鈉離子移向正極，達到海水淡化的目的，B項錯誤；電路中有1

mol電子通過時，則電解質溶液中有1

mol鈉離子移向正極，1

mol氯離子移向負極，C項正確；負極反應：CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+，正極反應：2H++2e-===H2↑，根據電荷守恒，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1，A、D項正確。1234567891011121314答案6.一種新型鐵?鉻液流電池的工作原理如圖所示，已知Cr2+的還原性比Fe2+強，下列說法正確的是1234567891011121314答案A.放電時，電極a為正極B.放電時，當電路中通過2mol電子時，

Ⅱ區質量凈增2gC.充電時，陽極反應式為Cr2+-e-===Cr3+D.隔膜應選用陰離子交換膜√

已知Cr2+的還原性強于Fe2+，故放電時，Cr2+失電子生成Cr3+，此時電極b為負極，電極a為正極，則氫離子向Ⅰ區移動，Ⅱ區質量減小，A正確、B錯誤；充電時，電極a為陽極，陽極上Fe2+失電子生成Fe3+，電極反應式為Fe2+-e-===Fe3+，C錯誤；從圖中可知，氫離子通過隔膜在Ⅰ區和Ⅱ區之間移動，因此隔膜為陽離子交換膜，D錯誤。1234567891011121314答案7.(2021·天津，11)如圖所示電解裝置中，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1234567891011121314答案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0.01molFe2O3完全溶解時，至少產生氣體336mL(折合成標準狀況下)√

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b為電源的正極，a為電源的負極，石墨電極Ⅰ為陰極，故A正確；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，故B正確；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，故C錯誤；當0.01

mol

Fe2O3完全溶解時，消耗0.06

mol氫離子，根據陽極電極反應式：2H2O-4e-===O2↑+4H+，產生0.015

mol氧氣，體積為336

mL(折合成標準狀況下)，故D正確。1234567891011121314答案8.(2024·福建，9)一種兼具合成功能的新型鋰電池工作原理如圖。電解質為含Li+有機溶液。放電過程中產生(CF3SO2)2NLi，充電過程中電解LiCl產生Cl2。下列說法正確的是1234567891011121314答案A.交換膜為陰離子交換膜B.電解質溶液可替換為LiCl水溶液C.理論上每生成1molCl2，需消耗2molLiD.放電時總反應：6Li+N2+4CF3SO2Cl===2(CF3SO2)2NLi+4LiCl√

由圖可知，放電過程中氮氣得到電子發生還原反應生成Li3N，Li3N又轉化為(CF3SO2)2NLi和LiCl，則左側電極為正極，右側電極為負極，負極鋰失去電子形成鋰離子，鋰離子通過陽離子交換膜進入左側，A錯誤；鋰為活潑金屬，會和水反應，故電解質溶液不能替換為LiCl水溶液，B錯誤；充電過程中LiCl失去電子發生氧化反應產生Cl2：2Cl--2e-===Cl2↑，鋰離子在陰極得到電子發生還原反應生成鋰單質：Li++e-===Li，則理論上每生成1

mol

Cl2，同時生成2

mol

Li，C錯誤。1234567891011121314答案9.如圖所示，甲池的總反應式為N2H4+O2===N2+2H2O，下列關于該裝置工作時的說法正確的是1234567891011121314答案A.該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成B.甲池中負極反應式為N2H4-4e-===N2+4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均減小D.當甲池中消耗3.2gN2H4時，乙池中理論上最多產生6.4g固體√1234567891011121314答案

該裝置圖中，甲池為燃料電池，其中左邊電極為負極，右邊電極為正極，乙池為電解池，石墨電極為陽極，Ag電極為陰極，陰極上Cu2+得電子生成銅，無氣體生成，A錯誤；甲池溶液呈堿性，電極反應式不出現H+，B錯誤；根據甲池的總反應式可知有水生成，電解液被稀釋，故堿性減弱，pH減小，乙池的總反應式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，電解液酸性增強，pH減小，C正確；3.2

g

N2H4的物質的量為0.1

mol，轉移電子的物質的量為0.4

mol，產生0.2

mol

Cu，質量為12.8

g，D錯誤。10.(2025·浙江一模)研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區間用只允許K+通過的半透膜隔開。下列說法不正確的是1234567891011121314答案

√

1234567891011121314答案11.(2024·黑吉遼，12)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為1234567891011121314答案。下列說法錯誤的是A.相同電量下H2理論產量是傳統電解水

的1.5倍B.陰極反應：2H2O+2e-===2OH-+H2↑C.電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方

向移動D.陽極反應：2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑√1234567891011121314答案

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

H2↑+2OH-發生B.若交換膜換為陰離子交換膜，則一段時間后陽

極區由無色變成橙色C.當電路中轉移1mole-時，陽極室溶液質量減少9gD.電解質季銨鹽(R4NBr)中R越大，電解效率越高√

結合題意可知，a為陰極，丙烯腈發生還原反應生成己二腈，電極反應式為2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN；b為陽極，發生氧化反應，電極反應式為2H2O-4e-===4H++O2↑，據此作答。依據題意可知，季銨鹽的陽離子(R4N+)在陰極表面會形成一個疏水的界面層，則R4NBr可以阻止水中的氫離子得電子發生副反應，提高電解效率，A正確；若交換膜換為陰離子交換膜，R4NBr電離出來的溴離子可能會移動至陽極并放電，產生溴單質，使陽極區溶液由無色變成橙色，B正確；1234567891011121314答案

陽極電極反應式為2H2O-4e-===4H++O2↑，當電路中轉移1

mol電子時，陽極室產生0.25

mol氧氣，同時有1

mol氫離子進入陰極區，則陽極溶液減少質量為0.25

mol×32

g·mol-1+1

mol×1

g·mol-1=9

g，C正確；電解質季銨鹽(R4NBr)中R越大，可能增強了疏水性，抑制了副反應；但R越大也可能導致離子體積增大，離子的遷移率降低，增加電解過程中的能耗，D不正確。1234567891011121314答案13.電解法合成氨反應裝置如圖所示：1234567891011121314答案(1)b極為

(填“陰”或“陽”)極，a極的電極反應式為_____________

。陽N2+6e-+6H+===2NH3

根據圖示可知，在b極上H2O中O元素失去電子發生氧化反應生成O2，因此b極為陽極；a極上N2得到電子發生還原反應生成NH3，因此a極為陰極，其電極反應式為N2+6e-+6H+===2NH3。1234567891011121314答案(2)電解裝置中質子交換膜的作用為________________________________

。(3)若b極產生的O2在一定條件下的體積為336L，a極中通入相同條件下N2的總體積為672L，則N2的轉化率為

%(結果保留兩位有效數字)。1234567891011121314答案為質子的遷移和輸送提供通道，并阻隔陰、陽兩極產物接觸33

1234567891011121314答案

1234567891011121314答案(1)右述裝置中，發生還原反應的電極有

(填字母)。A.X(Fe) B.Y(C)C.Co D.ZnBC