【能力版】微专题35 电化学“多池和多室”串联问题及计算 -备战2025年高考化学一轮复习考点微专题

第35讲 电化学“多池和多室”串联问题及计算 01考情分析 02真题精研 03规律·方法·技巧 04经典变式练 05核心知识精炼 06基础测评 07能力提升 考情分析 原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。 原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等 真题精研 1．（2024·湖北·高考真题）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．电解一段时间后阳极区减小 B．理论上生成双极膜中有解离 C．阳极总反应式为 D．阴极区存在反应 规律·方法·技巧 “串联”类电池的解题流程 经典变式练 1．（2024·广东·高考真题）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是 A．阳极反应： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 核心知识精炼 一、有关电化学的计算 电化学的反应本质是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 1．解题关键 (1)电极名称要区分清楚； (2)电极产物要判断准确； (3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。 2．三种计算方法 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 二、多池串联装置中电池类型的判断 将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考中电化学部分的重要题型。解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时得失电子守恒是数据处理的法宝。 1．直接判断 非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。 如图：A为原电池，B为电解池。 2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。 如图：A为电解池，B为原电池。 3．根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。 如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。 4．原电池和电解池的组合装置的思维模型 三、综合装置中的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是得失电子守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等； ②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。 图中装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解 6.5g，Cu极上析出H2 2.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu6.4g。甲池中H＋被还原生成H2，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。 基础测评 1．（2024高三·全国·专题练习）氯碱工业是高能耗产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺的装置如图所示。已知：空气（除去CO2）中氧气的体积分数约为21%。下列叙述错误的是 A．X为Cl2，Y为H2 B．c>a>b C．燃料电池中阳离子从右侧移向左侧 D．标准状况下，若生成22.4LX，则理论上消耗53.3L空气 2．（2024高三·全国·专题练习）一种微生物电化学方法生产甲烷的装置如图所示。下列说法正确的是 A．端为直流电源的负极 B．温度越高，甲烷的生成速率越大 C．阳极的电极反应式为 D．每生成1.12L甲烷，电路中转移0.4mol电子 3．（2024·河北·模拟预测）汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解室中可使用铜棒做阳极 B．电解室中汞阴极的反应为 C．解汞室中的反应为吸热反应 D．两室联合生产的总反应为 4．（23-24高三上·四川攀枝花·阶段练习）工业上，利用膜技术电解此溶液可以得到所需的工业产品磷酸（H3PO4）和氢氧化钠（NaOH）等，电解装置如下图所示：下列说法错误的是 A．电解装置中c膜为阴离子膜，d膜为阳离子膜 B．电极a极的电极方程式： C．装置中b极室补充NaOH的稀溶液，其目的是为了增强溶液的导电能力 D．若用该装置电解饱和氯化钠溶液，c膜不能取消 5．（2024·辽宁·模拟预测）一种双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。 已知：①M、N均为多孔石墨烯电极； ②起始时Ⅰ室(含储液罐)中只含； ③盐的水解忽略不计。 下列说法正确的是 A．充电时，Ⅱ室中向Ⅰ室迁移 B．充电时，N极电极反应式为 C．X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜 D．放电时，Ⅲ室中电路上转移电子，此时Ⅰ室中，则起始时Ⅰ室中含有 6．（2024·广东江门·三模）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵为原料，采用电渗析法合成四甲基氢氧化铵，工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．光伏并网发电装置中电极的电势高于电极 B．a电极反应式为 C．若、均为阳离子交换膜，为阴离子交换膜，则为 D．每生成，理论上两极共产生气体(标准状况下) 7．（24-25高三上·云南昆明·阶段练习）氨是一种无碳燃料，同时它是工业界的重要化学品，科学家研发了一种水溶液体系电池，该电池能有效地捕获，将其转化为，再将产生的电解制氨，装置如图所示。下列说法正确的是 A．电极b为正极，发生氧化反应 B．为增强丙中水的导电性，可加入适量盐酸 C．每捕获，理论上丙室质量减少 D．c电极反应式为 8．（2024·四川成都·模拟预测）钙钛矿太阳能电池被称为第三代太阳能电池，图一是钙钛矿太阳能电池的工作示意图，图二是该电池作电源电解酸性硫酸铬溶液获取铬单质和硫酸的工作示意图。下列说法错误的是 A．C电极接钙钛矿太阳能电池的B极 B．D电极发生的电极反应式为 C．图二中的离子交换膜I为质子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜 D．当太阳能电池有9mol电子转移时，Cr棒上增重的质量为156g 9．（2024·北京·三模）利用双极膜电解制备，捕集烟气中，制备。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，将膜间的解离，提供和。 下列说法正确的是 A．阴极反应式： B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ阳离子交换膜 C．电路中转移电子时共产生 D．该装置总反应的方程式为 10．（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）为实现的资源化利用与电能储存，设计如图所示的三室隔膜电解装置(阴极室中注入溶有大量且含有少量水的有机复合电解液)，该装置将还原为CO，同时得到副产物和碳酸氢盐。下列说法错误的是 A．离子交换膜a为阴离子交换膜 B．阳极反应式： C．浓度：食盐水1>食盐水2 D．每通过2mol，消耗22.4L 能力提升 1．（2024·吉林·高考真题）“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高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是 A．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 B．阴极反应： C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．阳极反应： 2．（2023·河北·高考真题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③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，b电极上发生还原反应 B．充电时，外电源的正极连接b电极 C．放电时，①区溶液中的向②区迁移 D．放电时，a电极的电极反应式为 3．（2023·广东·高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是 A．电解总反应： B．每生成，双极膜处有的解离 C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变 D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率 4．（2023·北京·高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。    下列说法不正确的是 A．废气中排放到大气中会形成酸雨 B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度 C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和 D．装置中的总反应为 5．（2023·湖北·高考真题）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是    A．b电极反应式为 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为 6．（23-24高三上·广西）某研究机构使用Li-SO2Cl2电池电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为。下列说法正确的是 A．e接口连接g B．膜a、膜c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜 C．产品室增加1mol Ni(H2PO2)2，钛钢网电极上收集到气体22.4 L D．石墨(C)电极上反应式为 7．（23-24高三下·湖南·阶段练习）采用惰性电极，设计双阴极三室微生物燃料电池（MFC）进行同步硝化和反硝化脱氮产电的装置如图所示。下列说法不正确的是 A．电极N为燃料电池的负极 B．若乙室中消耗1 mol葡萄糖，则理论上外电路可转移24 mol电子 C．工作过程中由乙室分别向甲室和丙室迁移 D．丙室的好氧电极上得电子的微粒有和 8．（2024·北京·三模）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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。下列说法不正确的是 A．装置工作时，离子通过阳膜进入甲室 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 D．若甲室减少200mg，乙室增加300mg，则此时已进行过溶液转移 9．（2024·四川雅安·模拟预测）一种新型铁—铬液流电池的工作原理如下图所示，已知的还原性比强，下列说法正确的是 A．放电时，电极a为正极 B．放电时，当电路中通过电子时，II区质量净增 C．充电时，阳极反应式为 D．隔膜应选用阴离子交换膜 10．（2024高三·全国·专题练习）某兴趣小组的同学用如下装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题。 (1)甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应为 。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应为 。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积(标准状况下)为 mL，丙池中 (填“C”或“D”)极析出 g铜。 (4)电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)；若丙池中电极不变，将电解质溶液换成NaCl溶液，溶液的pH将 。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第35讲 电化学“多池和多室”串联问题及计算 01考情分析 02真题精研 03规律·方法·技巧 04经典变式练 05核心知识精炼 06基础测评 07能力提升 考情分析 原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。 原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等 真题精研 1．（2024·湖北·高考真题）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．电解一段时间后阳极区减小 B．理论上生成双极膜中有解离 C．阳极总反应式为 D．阴极区存在反应 【答案】B 【分析】在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H∙，H∙结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。 【解析】A．根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确； B．根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B项错误； C．根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C项正确； D．根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D项正确； 答案选B。 规律·方法·技巧 “串联”类电池的解题流程 经典变式练 1．（2024·广东·高考真题）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是 A．阳极反应： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 【答案】C 【分析】右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，放电产生氯气，电极反应为：；左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，电极反应为：；中间为阳离子交换膜，由阳极向阴极移动。 【解析】A．由分析可知，阳极反应为：，A正确； B．由分析可知，阴极反应为：，消耗水产生，阴极区溶液中浓度逐渐升高，B正确； C．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，产生3mol，同时有6mol由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少，C错误； D．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，有6mol由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加，D正确； 故选C。 核心知识精炼 一、有关电化学的计算 电化学的反应本质是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 1．解题关键 (1)电极名称要区分清楚； (2)电极产物要判断准确； (3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。 2．三种计算方法 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 二、多池串联装置中电池类型的判断 将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考中电化学部分的重要题型。解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时得失电子守恒是数据处理的法宝。 1．直接判断 非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。 如图：A为原电池，B为电解池。 2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。 如图：A为电解池，B为原电池。 3．根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。 如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。 4．原电池和电解池的组合装置的思维模型 三、综合装置中的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是得失电子守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等； ②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。 图中装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解 6.5g，Cu极上析出H2 2.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu6.4g。甲池中H＋被还原生成H2，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。 基础测评 1．（2024高三·全国·专题练习）氯碱工业是高能耗产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺的装置如图所示。已知：空气（除去CO2）中氧气的体积分数约为21%。下列叙述错误的是 A．X为Cl2，Y为H2 B．c>a>b C．燃料电池中阳离子从右侧移向左侧 D．标准状况下，若生成22.4LX，则理论上消耗53.3L空气 【答案】C 【分析】由题图可知，池为燃料电池、池为电解池，通入空气(除去)的一极是燃料电池的正极，电极反应式为。池中的浓度降低，阳极 放电生成，则为，阴极 放电生成 和，则为。 【解析】A．根据分析，为，为，正确； B．池中 经过阳离子交换膜向右侧移动，结合阴极生成的，得到，浓度增大，则；为，在燃料电池的负极放电，消耗，且 池左侧 通过阳离子交换膜移向右侧，燃料电池的正极反应消耗水，故 池右侧 浓度增大，则，即，正确； C．B为燃料电池，通入空气的一极是正极，则燃料电池中阳离子从左侧移向右侧，错误； D．由得失电子守恒可知，标准状况下，若生成 氯气，则消耗空气的体积为，正确。 答案选C。 2．（2024高三·全国·专题练习）一种微生物电化学方法生产甲烷的装置如图所示。下列说法正确的是 A．端为直流电源的负极 B．温度越高，甲烷的生成速率越大 C．阳极的电极反应式为 D．每生成1.12L甲烷，电路中转移0.4mol电子 【答案】C 【分析】由题图可知，左池中 失电子被氧化为，故左池为电解池的阳极室，右池为电解池的阴极室，直流电源 端为正极，端为负极；阳极的电极反应式为；阴极的电极反应式为。 【解析】A．根据分析可知，端为正极，错误。 B．温度过高，微生物活性降低，甚至失去活性，甲烷的生成速率会下降，错误。 C．由分析可知，阳极的电极反应式为，正确。 D．左池生成，右池生成，根据 可知，每生成 转移 电子，但 所处的状况未知，无法计算转移电子的物质的量，错误。 答案选C。 3．（2024·河北·模拟预测）汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解室中可使用铜棒做阳极 B．电解室中汞阴极的反应为 C．解汞室中的反应为吸热反应 D．两室联合生产的总反应为 【答案】B 【分析】由原理图可知，电解室内阳极反应为：，阴极反应为：；解汞室内发生的反应为：。 【解析】A．电解室中若使用铜棒做阳极，则发生反应，因此不可使用铜棒做阳极，A错误； B．根据分析，电解室中汞阴极的反应为：，B正确； C．解汞室中的钠与水的反应为放热反应，C错误； D．根据分析，电解室内总反应为：，D错误； 故选B。 4．（23-24高三上·四川攀枝花·阶段练习）工业上，利用膜技术电解此溶液可以得到所需的工业产品磷酸（H3PO4）和氢氧化钠（NaOH）等，电解装置如下图所示：下列说法错误的是 A．电解装置中c膜为阴离子膜，d膜为阳离子膜 B．电极a极的电极方程式： C．装置中b极室补充NaOH的稀溶液，其目的是为了增强溶液的导电能力 D．若用该装置电解饱和氯化钠溶液，c膜不能取消 【答案】D 【分析】由图知，a极磷酸稀溶液流入，磷酸浓溶液流出，故a极的电解反应式为，电极a为阳极，磷酸根由右往左经过c膜流向a极与磷酸根生成磷酸，故膜c为阴离子交换膜，则b极为阴极，电极反应式为，钠离子经d膜向b极移动，与氢氧根生成氢氧化钠，故d膜为阴离子交换膜，据此回答。 【解析】A．由分析知，电解装置中c膜为阴离子膜，d膜为阳离子膜，A正确； B．由分析知，电极a极的电极方程式：，B正确； C．NaOH是强电解质，故装置中b极室补充NaOH的稀溶液，其目的是为了增强溶液的导电能力，C正确； D．若用该装置电解饱和氯化钠溶液，取消c膜，则氯离子在阳极反应，钠离子移向阴极与中生成的氢氧根得到氢氧化钠，故c膜可用取消，D错误； 故选D。 5．（2024·辽宁·模拟预测）一种双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。 已知：①M、N均为多孔石墨烯电极； ②起始时Ⅰ室(含储液罐)中只含； ③盐的水解忽略不计。 下列说法正确的是 A．充电时，Ⅱ室中向Ⅰ室迁移 B．充电时，N极电极反应式为 C．X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜 D．放电时，Ⅲ室中电路上转移电子，此时Ⅰ室中，则起始时Ⅰ室中含有 【答案】D 【分析】由图可知，放电时在M极失去电子生成，即转化为极是负极；为了维持电荷守恒，溶液中的溴离子要通过X膜进入Ⅰ室，X膜为阴离子交换膜；Ⅲ室中在N极得到电子生成溴离子并转移到Ⅱ室，则N极为正极，Y膜为阴离子交换膜。 【解析】A．充电时，N极为阳极，M极为阴极，阴离子向阳极迁移，A项错误； B．充电时，N极电极反应式为，B项错误； C．X膜、Y膜均为阴离子交换膜，C项错误； D．设起始时Ⅰ室，D项正确； 故选D。 6．（2024·广东江门·三模）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵为原料，采用电渗析法合成四甲基氢氧化铵，工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A．光伏并网发电装置中电极的电势高于电极 B．a电极反应式为 C．若、均为阳离子交换膜，为阴离子交换膜，则为 D．每生成，理论上两极共产生气体(标准状况下) 【答案】D 【分析】由装置可知左侧电解池中由稀溶液生成浓溶液，则应通过c膜进入左侧，并在a电极上发生反应，则a电极为阴极，b电极为阳极，n为正极，m为负极，据此分析解答。 【解析】A．由以上分析可知n为正极，m为负极，正极电势高于负极电势，则电极的电势高于电极，A正确； B．a为阴极，得电子发生还原反应，生成，电极反应为：，B正确； C．由图中信息可知，Na+通过e膜，Cl-通过d膜，通过c膜，则c、e为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，为，C正确； D．物质的量为：，a电极发生反应为：，0.2mol，生成0.1molH2，转移0.2mol电子，b电极发生反应：，根据得失电子，转移0.2mol电子，产生0.5molO2，所以生成的气体总体积为：0.15×22.4=3.36L，D错误； 故选：D。 7．（24-25高三上·云南昆明·阶段练习）氨是一种无碳燃料，同时它是工业界的重要化学品，科学家研发了一种水溶液体系电池，该电池能有效地捕获，将其转化为，再将产生的电解制氨，装置如图所示。下列说法正确的是 A．电极b为正极，发生氧化反应 B．为增强丙中水的导电性，可加入适量盐酸 C．每捕获，理论上丙室质量减少 D．c电极反应式为 【答案】D 【分析】由图可知，锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极、b为正极，则c为阴极、d为阳极。 【解析】A．电极b为正极，发生还原反应，A错误； B．氯离子的还原性大于氢氧根，若加入HCl，氯离子会在阳极放电产生氯气，B错误； C．b电极，N元素化合价从+4价降为+3价，捕获，转移电子4mol，d极反应为，产生1mol氧气，同时氢离子会迁移到乙室，故理论上丙室质量减少大于，C错误； D．c为阴极，得到电子发生还原反应，电极反应式：，D正确； 故选D。 8．（2024·四川成都·模拟预测）钙钛矿太阳能电池被称为第三代太阳能电池，图一是钙钛矿太阳能电池的工作示意图，图二是该电池作电源电解酸性硫酸铬溶液获取铬单质和硫酸的工作示意图。下列说法错误的是 A．C电极接钙钛矿太阳能电池的B极 B．D电极发生的电极反应式为 C．图二中的离子交换膜I为质子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜 D．当太阳能电池有9mol电子转移时，Cr棒上增重的质量为156g 【答案】C 【分析】据钙钛矿太阳能电池的工作原理图可知，电子从B极流出，说明B极为负极，A极为正极，图二为电解池，由该装置可电解酸性硫酸铬溶液获取铬单质和硫酸可知，C极为阴极，电极反应式为，D极为阳极，电极反应式为。 【解析】A．电解池的阴极接电源的负极，由钙钛矿太阳能电池的工作原理图可知，B极为负极，故C电极接钙钛矿太阳能电池的B极，A正确； B．由分析可知，D极为阳极，电极反应式为，B正确； C．电解池中，阴离子移向阳极，则离子交换膜I为阴离子交换膜，D电极为阳极，产生，阳离子移向阴极，故离子交换膜Ⅱ为质子交换膜，C错误； D．当太阳能电池有9mol电子转移时，根据得失电子守恒可知，Cr棒上有3molCr单质生成，则增重的质量为52g/mol×3mol=156g，D正确； 故选C。 9．（2024·北京·三模）利用双极膜电解制备，捕集烟气中，制备。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，将膜间的解离，提供和。 下列说法正确的是 A．阴极反应式： B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ阳离子交换膜 C．电路中转移电子时共产生 D．该装置总反应的方程式为 【答案】A 【分析】由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为，与电源正极相连的阳极的电极反应式为，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根享有移动，钠离子通过氧离子交换膜向左移动，硫酸根通过阴离子交换膜向右移动，据此回答. 【解析】A．由分析知，阴极反应式：，A正确； B．由分析知，Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误； C．由分析知，电解过程中有两处生成，由电子守恒，电路中转移电子时共产生，C错误； D．由阴极和阳极电解反应式得，该装置总反应的方程式为，D错误； 故选A。 10．（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）为实现的资源化利用与电能储存，设计如图所示的三室隔膜电解装置(阴极室中注入溶有大量且含有少量水的有机复合电解液)，该装置将还原为CO，同时得到副产物和碳酸氢盐。下列说法错误的是 A．离子交换膜a为阴离子交换膜 B．阳极反应式： C．浓度：食盐水1>食盐水2 D．每通过2mol，消耗22.4L 【答案】D 【分析】阴极CO2得电子转化为CO，电极反应式为，阳极失电子转化为Cl2，电极反应式为，装置要得到副产物Cl2和碳酸氢盐，故阴极产生的碳酸氢根离子和阳极电解液中的钠离子进入中间室，则a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜。 【解析】A．根据分析可知，阴极产生的碳酸氢根离子进入中间室，则a为阴离子交换膜，A正确； B．根据分析可知，阳极反应式：，B正确； C．由于阳极区产生氯气消耗氯离子且钠离子向中间室迁移，故氯化钠浓度减小，浓度：食盐水1>食盐水2，C正确； D．根据电极反应：，每通过2mol，消耗标准状况下67.2L，D错误； 答案选D。 能力提升 1．（2024·吉林·高考真题）“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高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是 A．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 B．阴极反应： C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．阳极反应： 【答案】A 【分析】 据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。 【解析】A．由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，故A错误； B．阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B正确； C．由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，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； D．由以上分析可知，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：，故D正确； 答案选A。 2．（2023·河北·高考真题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③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，b电极上发生还原反应 B．充电时，外电源的正极连接b电极 C．放电时，①区溶液中的向②区迁移 D．放电时，a电极的电极反应式为 【答案】B 【分析】 放电时，电极材料转化为，电极反应  -2ne-= +2nK+，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是电极，①为酸性溶液是二氧化锰电极。 【解析】A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确； B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为，B错误； C．放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确； D．放电时，a电极的电极反应式为，D正确； 故选：B。 3．（2023·广东·高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是 A．电解总反应： B．每生成，双极膜处有的解离 C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变 D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率 【答案】B 【分析】由信息大电流催化电解溶液制氨可知，在电极a处放电生成，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。 【解析】A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确； B．每生成，阴极得8mole－，同时双极膜处有8mol进入阴极室，即有8mol的解离，故B错误； C．电解过程中，阳极室每消耗4mol，同时有4mol通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确； D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于被催化解离成和，可提高氨生成速率，故D正确； 故选B。 4．（2023·北京·高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。    下列说法不正确的是 A．废气中排放到大气中会形成酸雨 B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度 C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和 D．装置中的总反应为 【答案】C 【解析】A．是酸性氧化物，废气中排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确； B．装置a中溶液的溶质为，溶液显碱性，说明的水解程度大于电离程度，故B正确； C．装置a中溶液的作用是吸收气体，与溶液不反应，不能吸收，故C错误； D．由图可知一个电极亚硫酸根失电子生成硫酸根，另一个极二氧化碳和水转化为甲酸，装置b中总反应为，故D正确； 选C。 5．（2023·湖北·高考真题）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是    A．b电极反应式为 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为 【答案】D 【分析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑，据此解答。 【解析】A．b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确； B．该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确； C．电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确； D．由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为，则补水的速率也应是，故D错误； 答案选D。 6．（23-24高三上·广西）某研究机构使用Li-SO2Cl2电池电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为。下列说法正确的是 A．e接口连接g B．膜a、膜c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜 C．产品室增加1mol Ni(H2PO2)2，钛钢网电极上收集到气体22.4 L D．石墨(C)电极上反应式为 【答案】D 【分析】根据电池反应为可知，放电时Li元素化合价由0价变为+1价，失去电子，所以Li电极是负极，则碳棒是正极，正极是SO2Cl2中+6价的硫得电子、发生还原反应，结合方程式书写电极反应；电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室Ⅱ室，所以g电极为阳极、与锂-磺酰氯（Li-SO2Cl2）电池的正极C棒相接，由原料室III室通过膜b进入产品室II室，与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，h电极为阴极，与原电池的e电极相接，H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，据此作答。 【解析】A．原电池中Li电极为负极，C电极为正极，电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，即g电极为阳极，则h电极为阴极，接原电池的e极，故A错误； B．电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室II室，由原料室III室通过膜b进入产品室II室，在产品室II室中与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c都是阳离子交换膜，b是阴离子交换膜，故B错误； C．本题没有说明是标准状况，所有无法求钛钢网电极上收集到气体的体积，故C错误； D．由图示可知，Li电极为负极，发生氧化反应，则C电极为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为，故D正确； 答案选D。 7．（23-24高三下·湖南·阶段练习）采用惰性电极，设计双阴极三室微生物燃料电池（MFC）进行同步硝化和反硝化脱氮产电的装置如图所示。下列说法不正确的是 A．电极N为燃料电池的负极 B．若乙室中消耗1 mol葡萄糖，则理论上外电路可转移24 mol电子 C．工作过程中由乙室分别向甲室和丙室迁移 D．丙室的好氧电极上得电子的微粒有和 【答案】D 【解析】A．根据题意，该装置属于原电池装置，阴极发生还原反应即为原电池的正极，根据物质的转化关系可知：N为负极，M和P均为正极，故A正确； B．1 mol葡萄糖（）转化为6 mol 时转移24 mol电子，故B正确； C．原电池中H⁺从负极向正极迁移，即工作过程中H+由乙室分别向甲室和丙室迁移，故C正确； D．丙室中过程失去电子（被氧化）发生氧化反应，在电极上得到电子发生还原反应生成水，故D错误； 故选D。 8．（2024·北京·三模）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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。下列说法不正确的是 A．装置工作时，离子通过阳膜进入甲室 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 D．若甲室减少200mg，乙室增加300mg，则此时已进行过溶液转移 【答案】C 【分析】由题意可知，右侧装置为原电池，则左侧装置为电解池，原电池中细菌电极为电解池的负极，水分子作用下乙酸根离子在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为，钴酸锂电极为正极，酸性条件下钴酸锂在正极得到电子发生还原反应生成锂离子、钴离子和水，电极反应式为，电池的总反应为；电解池中，与原电池正极相连的细菌电极为阳极，水分子作用下乙酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为，右侧石墨电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为，电解的总反应为。 【解析】A．由分析可知，装置工作时，甲室为电解池，电解的总反应，反应中生成氢离子透过阳膜进入甲室，A正确； B．由分析可知，装置工作时，乙室为原电池，电池的总反应，反应中消耗氢离子，说明装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸，B正确； C．由分析可知，装置工作时，乙室为原电池，钴酸锂电极为正极，酸性条件下钴酸锂在正极得到电子发生还原反应生成锂离子、钴离子和水，电极反应式，C错误； D．若甲室钴离子减少200 mg，电解转移电子的物质的量，若乙室钴离子增加300 mg，电解转移电子的物质的量，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确； 答案选C。 9．（2024·四川雅安·模拟预测）一种新型铁—铬液流电池的工作原理如下图所示，已知的还原性比强，下列说法正确的是 A．放电时，电极a为正极 B．放电时，当电路中通过电子时，II区质量净增 C．充电时，阳极反应式为 D．隔膜应选用阴离子交换膜 【答案】A 【分析】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，充电时，电极b为阴极，Cr3+得电子生成Cr2+，电极a为阳极。 【解析】A．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，A正确； B．放电时，电极b为负极，电极a为正极，则氢离子向Ⅰ区移动，Ⅱ区质量减小而不是增加，B错误； C．充电时，电极a为阳极，阳极上Fe2+失电子生成Fe3+，电极反应为Fe2+-e-=Fe3+，C错误； D．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； 故答案选A。 10．（2024高三·全国·专题练习）某兴趣小组的同学用如下装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题。 (1)甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应为 。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应为 。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积(标准状况下)为 mL，丙池中 (填“C”或“D”)极析出 g铜。 (4)电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)；若丙池中电极不变，将电解质溶液换成NaCl溶液，溶液的pH将 。 【答案】(1) 原电池 CH3OH－6e－＋8OH－=CO＋6H2O (2) 阳极 4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 (3) 280 D 1.60 (4) 减小 增大 【分析】甲池为甲醇燃料电池，通入甲醇的电极为负极、通入氧气的电极为正极。乙池是电解池，A与电池正极相连，B与负极相连，A是阳极、B是阴极；丙池是电解池，C与电池正极相连，D与负极相连，C是阳极、D是阴极。 【解析】（1）甲池为原电池，通入CH3OH的电极发生氧化反应，为原电池负极，电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－=＋6H2O。 （2）乙池为电解池，电解AgNO3溶液，其中C为阳极，Ag为阴极，总反应为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。 （3）乙池中B电极发生反应Ag++e-=Ag，当乙池中B极质量增加5.40 g时，转移电子0.05mol，根据各电极上转移的电子数相同，甲池中理论上消耗O2的物质的量为，消耗氧气的体积(标准状况下)为0.0125mol×22400mL/mol=280mL；丙池是电解池，D是阴极，阴极析出铜单质，所以D极析出铜，转移0.05mol电子，生成0.025mol铜，析出铜的质量为1.6g。 （4）甲池中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将减小；若丙池中电极不变，将其电解质溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$