专题三 知识区间一 (选择题)五 电化学中的多室、多池装置（课件PPT）-【正禾一本通】2025年高考化学高三二轮专题复习高效讲义（新教材，双选版）

高三二轮专题复习高效讲义 化 学 高三二轮专题复习高效讲义 化 学 1 专题三 PPT下载 http:///xiazai/ 化学反应原理 2 知识区间一 PPT下载 http:///xiazai/ 化学反应与能量变化 3 一、常以选择题形式考查的学习任务群 (五)　电化学中的多室、多池装置 课下巩固检测练（二十） 电化学中的多室、多池装置 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 谢谢观看 高考真题导向 1.(2024·广东高考)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：2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高 C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g [装置分析]根据湿法冶铁可知，左室发生还原反应，连接电源负极，右室发生氧化反应，连接电源正极。右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为：Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。 解析：选C。由分析可知，阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；阴极反应为：Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。 2．(2022·全国卷甲)一种水性电解液Zn­MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以[Zn(OH)4]2-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　) A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO2-4通过隔膜向Ⅱ区迁移 C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2-＋Mn2+＋2H2O 解析：选A。Zn电极为负极，MnO2电极为正极，故Ⅱ区的K＋向Ⅰ区移动，Ⅰ区的SO2-4向Ⅱ区移动，A错误，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2-＋Mn2+＋2H2O，D正确。 解题必备知能 交换膜隔离两种电解质溶液，避免电极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。这类试题均以“文字叙述＋离子交换膜＋电化学装置图”的方式呈现，考查的并不是离子交换膜的具体结构，而是以离子交换膜在化学电源、电解制备物质或电渗析等方面的实际应用为载体，考查电化学基础知识及基本的化学思想与方法。 (1)交换膜类型及特点 交换膜类型 允许通过的离子及移动方向 通性 阳膜 阳离子移向原电池的正极(电解池的阴极) 无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极 阴膜 阴离子移向原电池的负极(电解池的阳极) 双极膜 中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极(电解池的阴极)，OH－移向原电池的负极(电解池的阳极) 特定的 交换膜 只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H＋通过，氯离子交换膜只允许Cl－通过 (2)隔膜电池的解题思路 第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步：写出电极反应式，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。 题组跟进演练 1.(2024·湖北三模)盐酸羟胺(NH2OH·HCl)是一种常见的还原剂和显像剂，工业可采用如下电化学方法制备。装置和正极反应机理如下图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．X为H＋，Y为NH3OH＋ B．含Fe电极起到导电和催化的作用 C．Pt电极上的反应：H2＋2e－===2H＋ D．消耗1 mol NO，有3 mol H＋通过交换膜 解析：选C。由图可知，含铁的电极为原电池的正极，盐酸作用下一氧化氮在正极得到电子发生还原反应，电极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，铂电极为负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，电极反应式为H2－2e－===2H＋，原电池工作时氢离子通过氢离子交换膜由负极区进入正极区。Y为反应机理最终产物，故Y为NH3OH＋，分析正极反应机理，结合元素守恒可以判断X为氢离子，A正确；含Fe电极为正极，导电，同时根据反应机理可知，铁起着催化剂的作用，故含Fe电极起到导电和催化的作用，B正确；铂电极为负极，氢分子失去电子生成氢离子，正确的电极反应式为H2－2e－===2H＋，C错误；根据正极电极反应式，消耗1 mol NO，外电路有3 mol电子转移，同时有3 mol H＋通过交换膜，D正确。 2．(2024·北京海淀三模)一种新型Zn­CO2水介质电池，为解决环境和能源问题提供了一种新途径，其工作示意图如下，下列说法不正确的是(　　) A．放电时，金属锌为负极 B．放电时，CO2被转化为储氢物质HCOOH C．充电时，电池总反应为：22Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O D．充电时，双极隔膜产生的H＋向右室移动 解析：选D。由图可知，放电时，锌电极为原电池的负极，碱性条件下锌在负极失去电子发生氧化反应，右侧电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，双极膜中氢离子向右室移动、氢氧根离子向左室移动；充电时，锌电极为电解池的阴极，右侧电极为阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子和氧气，双极膜中氢离子向左室移动、氢氧根离子向右室移动。 3．(双选)(2024·湖南长沙模拟)KIO3是碘盐的添加剂，常采用电解KI制备KIO3，装置如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．铜电极为阴极，产生还原性气体 B．原料室中OH－向石墨电极迁移，K＋向铜电极迁移 C．石墨电极反应式为I－＋6OH－＋6e－===IO－3＋3H2O D．若电路上转移0.6 mol电子，理论上原料室溶液减少10.2 g 解析：选CD。电解KI制备KIO3，则I的化合价从－1价升高到＋5价，发生氧化反应，则石墨电极为阳极，铜电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，A项正确；原料室中OH－向阳极(石墨电极)迁移，K＋向阴极(铜电极)迁移，B项正确；石墨电极发生氧化反应，电极反应式为：I－＋6OH－－6e－===IO－3＋3H2O，C项错误；若电路上转移0.6 mol电子，理论上原料室溶液减少的质量＝0.6 mol×39 g·mol-1＋0.6 mol×17 g·mol-1＝33.6 g，D项错误。 1．(2024·广西南宁二模)一种利用金属磷化物作为催化剂，将CH3OH转化成甲酸钠的电化学示意图如下，阴极生成和一种气体。下列说法错误的是(　　) A．b为电源正极 B．Na＋由右侧室向左侧室移动 C．阴极的电极反应式为2CO2＋2H2O＋2e－===2＋H2 D．理论上，当电路中转移2 mol e－时，阴极室质量增加134 g 解析：选D。由CH3OH制取HCOONa，C元素由－2价升高到＋2价，则右侧电极为阳极，b电极为正极，左侧电极为阴极，a为负极，A正确；阴极的电极反应式为2CO2＋2H2O＋2e－===2＋H2，阳极的电极反应式为CH3OH－4e－＋5OH－===HCOO－＋4H2O，根据电极反应式的离子消耗与生成情况可知，Na＋由阳极向阴极移动，即由右侧室向左侧室移动，B正确、C正确；当电路中转移2 mol e－时，根据2CO2＋2H2O＋2e－===H2＋2，吸收n(CO2)＝n(e－)＝2 mol，生成n(H2)＝1 mol，定向移动到阴极的n(Na＋)＝n(e－)＝2 mol，则阴极室增加的质量m＝m(CO2)＋m(Na＋)－m(H2)＝2 mol×44 g·mol-1＋2 mol×23 g·mol-1－1 mol×2 g·mol-1＝132 g，D错误。 2．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是(　　) A．离子交换膜b为阳离子交换膜 B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水 C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显 D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值 解析：选B。A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。 3．某化学兴趣小组，根据电化学原理，设计出利用KCl、NaNO3为原料制取KNO3和NaCl的装置如图。A、C代表不同类别的选择性离子通过膜。下列有关说法正确的是(　　) A．C为阳离子交换膜 B．M和N均可采用纯铜作为电极材料 C．M和N电极产生气体的体积比为2∶1 D．电解总反应：KCl＋NaNO3KNO3＋NaCl 解析：选C。根据出口的溶液，电极M为电解池的阴极，水在阴极放电生成氢气和氢氧根离子，电极附近阴离子电荷数大于阳离子，氯离子通过阴离子交换膜C进入左侧产品室(C和A之间)，导致流入硝酸钠溶液的原料室中的钠离子通过阳离子交换膜A进入左侧产品室，硝酸根离子通过阴离子交换膜C进入中间产品室(C和A之间)，N电极为电解池阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极附近阳离子电荷数大于阴离子，钠离子通过阳离子交换膜A进入右侧产品室(C和A之间)，导致流入氯 化钾溶液的原料室中的氯离子通过阴离子交换膜C进入右侧产品室，钾离子通过阳离子交换膜A进入中间产品室，电解的总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，M电极生成氢气，N电极生成氧气，产生气体的体积比为2∶1，C正确。 4．(双选)为适应不同发电形式产生的波动性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电时，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。下列说法错误的是(　　) A．蓄电时，碳锰电极的电极反应式为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋ B．蓄电时，右侧电解池发生的总反应为2ZnO2Zn＋O2↑ C．放电时，每消耗1 mol MnO2，理论上有4 mol H＋由双极膜向碳锰电极迁移 D．理论上，该电化学装置运行过程中需要补充H2SO4和KOH 解析：选CD。A项，蓄电时，左侧为电解池，碳锰电极为电解池的阳极，电极反应式为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，A正确；B项，右侧装置也是电解池，电解池发生的总反应为2ZnO2Zn＋O2↑，B正确；C项，放电时，装置组合成原电池，碳锰电极为原电池的正极，电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，每有1 mol MnO2消耗，理论上有2 mol H＋由双极膜向碳锰电极迁移，C错误；D项，该电化学装置运行过程中SO2-4、K＋均没有参与反应，只需要补充H2O，不需要补充H2SO4和KOH，D错误。 5．(2024·湖南模拟预测)用电解法处理废水中的NH＋4模拟装置如图所示。a、b为离子选择性透过膜，下列说法正确的是(　　) A．阳极室溶液由无色变成蓝色 B．阴极的电极反应式为4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑ C．a膜为阴离子选择性透过膜 D．每转移2 mol电子，阴极室质量增加36 g 解析：选A。根据题图知，Cu为阳极，阳极上Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，溶液由无色变为蓝色，A正确；C为阴极，阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B错误；a膜为阳离子选择性透过膜，通过a膜进入阴极室，C错误；每转移2 mol电子，有2 mol的进入阴极室，由阴极电极反应式可知有氢气产生，会释放出去，故阴极室质量增加34 g，D错误。 6．(2024·山东青岛模拟)利用如下装置模拟工业上电渗析法实现海水淡化。下列说法错误的是(　　) A．乙室的Ag电极电势高于甲室 B．Cl电极的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．膜1为阳离子交换膜、膜2为阴离子交换膜 D．当乙室Ag电极的质量变化21.6 g时，理论上NaCl溶液减少11.7 g NaCl 解析：选C。该装置左侧为浓差原电池，右侧为电解池，实现海水淡化装置，甲室Ag电极发生Ag－e－===Ag＋，该电极为负极，乙室的Ag电极发生Ag＋＋e－===Ag，该电极为正极，故C1电极为阳极，C2电极为阴极，NaCl溶液中阳离子Na＋移向阴极室，膜2为阳离子交换膜，阴离子Cl－移向阳极室，膜1为阴离子交换膜，从而模拟实现海水淡化。乙室的Ag电极为正极，故电势高于甲室，A正确；C1电极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；乙室的Ag电极发生Ag＋＋e－===Ag，21.6 g为生成的Ag的质量，物质的量为＝0.2 mol，转移电子0.2 mol，理论上NaCl溶液移向阳极室的Cl－为0.2 mol，移向阴极室的Na＋为0.2 mol，故质量减少0.2 mol×35.5 g·mol-1＋0.2 mol×23 g·mol-1＝11.7 g，D正确。 7．(2024·广东江门三模)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，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n电极的电势高于m电极 B．a电极反应式为2(CH3)4N＋＋2H2O＋2e－===2(CH3)4NOH＋H2↑ C．c、e均为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，X为NaCl D．每生成18.2 g(CH3)4NOH，理论上两极共产生气体4.48 L(标准状况下) 解析：选D。由装置可知左侧电解池中由(CH3)4NOH稀溶液生成(CH3)4NOH浓溶液，则(CH3)4N＋应通过c膜进入左侧，并在a电极上发生反应2(CH3)4N＋＋2H2O＋2e－===2(CH3)4NOH＋H2↑，则a电极为阴极，b电极为阳极，n为正极，m为负极，正极电势高于负极电势，则n电极的电势高于m电极，A正确、B正确；由图中信息可知，Na＋通过e膜，Cl－通过d膜，(CH3)4N＋通过c膜，则c、e为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，X为NaCl，C正确；18.2 g (CH3)4NOH物质的量为＝0.2 mol，a电极发生 反应为2(CH3)4N＋＋2H2O＋2e－===2(CH3)4NOH＋H2↑，生成0.2 mol (CH3)4NOH时生成0.1 mol H2，转移0.2 mol电子，b电极发生反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，根据得失电子守恒，转移0.2 mol电子，产生0.05 mol O2，所以生成的气体总体积为0.15×22.4＝3.36 L，D错误。 8．(2024·山东烟台三模)一种“氯介导电化学pH变化”系统可通过调节海水的pH去除海水中的CO2，工作原理：Bi＋3AgCl＋H2O BiOCl＋3Ag＋2H＋＋2Cl－。该装置由甲、乙两系统串联而成，可实现充放电的交替运行。甲系统放电时的原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A．甲系统充电时，a电极附近溶液pH变大 B．甲系统放电时，a电极的电极反应式为Bi＋H2O＋Cl－－3e－===BiOCl＋2H＋ C．乙系统放电时，海水中的Na＋从n电极移向m电极 D．乙系统充电时，若电路中通过3 mol电子，理论上可产生标准状况下44.8 L CO2 解析：选D。由图知，甲系统放电时，a为负极，电极反应式为Bi＋H2O＋Cl－－3e－===BiOCl＋2H＋，b极为正极，电极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，甲系统充电时，a极为阴极，电极反应式为BiOCl＋2H＋＋3e－===Bi＋H2O＋Cl－，a电极附近溶液pH变大，A正确、B正确；乙系统放电时，海水中的Na＋从负极向正极移动，故由从n电极移向m电极，C正确；乙系统充电时，若电路中通过3 mol电子，由a电极电极反应式Bi＋H2O＋Cl－－3e－===BiOCl＋2H＋及H＋＋===H2O＋CO2↑，2H＋＋===H2O＋CO2↑，理论上可产生标准状况下CO2小于44.8 L，D错误。 9．(2023·河北保定期末)双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置如图。下列说法正确的是(　　) A．a离子是H＋，b离子是OH－ B．此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH C．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率 D．X极的电极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O 解析：选B。由装置图知，X极区产生氧气，为阳极，在X电极，水失去电子生成氧气，同时生成氢离子，钠离子通过阳离子交换膜进入右侧区域与a离子即氢氧根离子构成NaOH，则b离子为氢离子，与C6H7结合为C6H8O6；Y极区产生氢气，为阴极，水得到电子生成氢气，同时生成氢氧根离子。a离子是OH－，b离子是H＋，A错误；由分析知，此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH，B正确；若将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6导电能力弱，另一方面维生素C易被生成的氧气氧化，不能提高维生素C的产率，C错误； X极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D错误。 10．(双选)(2024·辽宁沈阳三模)利用铝­CO2电池电解MnSO4溶液制备MnO2的装置如图所示。N极为铝电极，其余电极为石墨电极，下列说法错误的是(　　) A．双极膜产生的H＋移向M极 B．Q极端的电势高于P极端 C．装置工作时，消耗的气体与生成的气体的物质的量不相等 D．外电路中通过0.3 mol e－时，氢氧化钠溶液的质量增加2.7 g 解析：选CD。M电极二氧化碳得电子发生还原反应生成甲酸，N电极Al失电子发生氧化反应生成[Al(OH)4]－，可知M是正极、N是负极；N与电解池P相连，P为阴极，M与电解池Q相连，Q是阳极。原电池中阳离子移向正极，M是正极，双极膜产生的H＋移向M极，A正确；Q是阳极、P是阴极，Q极端的电势高于P极端，B正确；装置工作时，M电极1 mol CO2参加反应转移2 mol电子，P极氢离子得电子生成氢气，转移2 mol电子生成1 mol氢气，消耗的气体与生成的气体的物质的量相等，C错误；外电路中通过0.3 mol e－时，双极膜中有0.3 mol氢氧根离子进入氢氧化钠溶液，0.1 mol铝元素进入溶液，氢氧化钠溶液的质量增加7.8 g，D错误。 $$