第04讲 电化学原理的综合应用（复习讲义）（浙江专用）2026年高考化学一轮复习讲练测

第04讲 电化学原理的综合应用 目录 01 考情解码·命题预警 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 多池串联类电化学装置 知识点1常见串联装置图 知识点2多池串联装置中所属类型的判断 考向1多池串联装置综合分析 【思维建模】“串联”类电化学装置的解题流程 考向2多池串联装置混合体系的计算 考点二 离子交换膜的类型及其应用 知识点1离子交换膜的种类及特点 知识点2含膜电解池装置分析 知识点3含离子交换膜的应用 考向1隔膜“在新型电池中的应用 考向2“隔膜“在”双室“电解池中的应用 【思维建模】“隔膜”电解池的解题步骤 考向3“隔膜“在”多室“电解池中的应用 考点三 电化学综合计算 知识点1计算依据——三个相等 知识点2电化学计算的常用方法 知识点3分阶段电解计算技巧 考向1考查守恒法在电化学计算中的应用 【思维建模】电子守恒法的应用 考向2考查电化学计算中复杂动态过程分析 【思维建模】复杂动态过程分析 04 真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 电化学原理的综合应用 选择题 非选择题 浙江1月卷T12，3分 —— 浙江1月卷T11，3分 离子交换膜的类型及其应用 选择题 非选择题 —— —— 浙江6月卷T13，3分 电化学综合计算 选择题 非选择题 —— —— —— 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，浙江选考题在选择题中重现率100%，近年来在化学反应原理综合题中会选择某一角度有效嵌入，考查内容主要有以下三个方面：原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，溶液pH的变化，离子交换膜作用，有关计算。 2．从命题思路上看，电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息解答问题及计算能力。试题常以“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。 复习目标： 1．能以变化观念认识电化学反应的本质是氧化还原反应，能多角度、动态分析电化学反应，并运用电化学原理解决实际问题。 2．能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象，揭示“放电”“充电”时现象的本质与规律。培养证据推理意识 3．能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，能根据实验现象总结规律，培养科学探究与创新意识。 4．通过原电池和电解池等电化学问题在环境污染与防治应用，以培养学生科学态度与社会责任。 ( ) 考点一 多池”串联”类电化学装置 知识点1 常见串联装置图 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。 模型一：外接电源与电解池的串联(如图) 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) 显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。 知识点2 多池串联装置中所属类型的判断 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。 得分速记 考向1 多池串联装置综合分析 例1(2025·浙江省金华市高三二模)已知：将工业废气(主要成分CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，如下装置可实现污染治理和CO2、SO2的综合利用。下列说法不正确的是( ) A．装置①实现了化学能转化为电能 B．电极2发生的反应为：O2＋4H＋＋4e-=2H2O C．反应一段时间后，装置②的阳极区溶液pH降低 D．治理过程中参与反应的SO2、CO2物质的量之比为1：1 【答案】D 【解析】将工业废气(主要成分CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，溶液A为Na2SO3，分析装置如下：装置①为原电池装置，电极1为负极，发生氧化反应：SO2＋2H2O-2e-=SO42-+4H+，电极2为正极，发生还原反应：O2＋4H＋＋4e-=2H2O，装置②为电解池，电极3为阳极，发生氧化反应：SO32-＋H2O-2e-=SO42-+2H+，电极4为阴极，发生还原反应：CO2＋2H++2e-=HCOOH。A项，根据分析可知，装置①为原电池装置，实现了化学能转化为电能，A正确；B项，根据分析可知，电极2为正极，发生还原反应：O2＋4H＋＋4e-=2H2O，B正确；C项，装置②为电解池，电极3为阳极，发生氧化反应：SO32-＋H2O-2e-=SO42-+2H+，反应一段时间，溶液pH降低，C正确；D项，将工业废气(主要成分CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，二氧化碳的量增多，治理过程中参与反应的SO2、CO2物质的量之比小于1：1，D错误；故选D。 思维建模 “串联”类电化学装置的解题流程 【变式训练1·变载体】(2025·浙江省衢州、丽水、湖州三地市高三二模)某小组研究设计了如下装置示意图，联合制备硫酸、氯气和氢氧化钠。该设计改变了传统氯碱工业能耗大的缺点，可大幅度降低能耗。 下列说法不正确的是( ) A．甲池中，质子经内电路移向极 B．理论上，甲池中消耗的SO2和乙池中生成的Cl2的物质的量之比为1：1 C．乙池应选用阳离子交换膜 D．乙池的总反应方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 【答案】D 【解析】如图所示，甲池为原电池，乙池为电解池，电极A上Cl-放电生成Cl2，则电极A为阳极，电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑；电极B为阴极，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-；甲池中Pt1为负极，电极反应为SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-，Pt2为正极，电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，甲池可以制备硫酸，乙池阳极制备氯气，阴极制备NaOH。A项，甲池为原电池，阳离子向正极移动，则质子向Pt2电极移动，A正确；B项，当转移2mol电子时，甲池消耗1molSO2，乙池生成1molCl2，故甲池中消耗的SO2和乙池中生成的Cl2的物质的量之比为1∶1，B正确；C项，乙池中左侧加入的饱和NaCl溶液中，钠离子向阴极B移动，用于制备NaOH，故乙池应选用阳离子交换膜，C正确；D项，将阳极的反应×2加上阴极的反应得到总反应为4NaCl＋2H2O+O22Cl2↑＋4NaOH，D错误；故选D。 【变式训练2·变载体】 (2025·浙江省县域教研联盟高三模拟考试)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( ) A．电极Y为负极，可以在X、Z电极上收集到H2 B．与传统氯碱工业相比，该双联装置的优点是可避免使用离子交换膜 C．装置Ⅱ中的电极质量每变化mg，装置I中可制得LiCl D．随着装置的运行，电极Z附近溶液的pH增大，电极W附近有白色沉淀出现 【答案】C 【解析】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+，生成的银离子再发生Ag++Cl-=AgCl↓，Z电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-。A项，电极Y为负极，可以在X、Z电极上收集到H2，故A正确；B项，反应中，氯离子生成氯化银，可以不使用离子交换膜，故与传统氯碱工业相比，该双联装置可避免使用离子交换膜，故B正确；C项，W电极反应为Ag-e-=Ag+，装置Ⅱ中的W电极质量每变化mg，该电极减少mg银，转移电子的物质的量为，结合得失电子守恒，故装置I中X电极生成 LiCl，则装置I中可制得LiCl，故C错误；D项，Z电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，随着装置的运行，电极Z附近溶液的pH增大，电极W反应为Ag-e-=Ag+，生成的银离子再发生Ag++Cl-=AgCl↓，故附近有白色沉淀出现，故D正确；故选C。 【变式训练3·变载体】 (2025·浙江省稽阳联谊学校高三联考)以钴酸锂电池为电源用丙烯腈电合成己二腈[NC(CH2)4CN]，电解质溶液为LiPF6的碳酸酯溶液，两电极均为石墨，装置如下图所示。该钴酸锂电池的总反应是LixCy+ Li1- xCoO2-= LiCoO2+Cy。下列说法不正确的是( ) A．B为正极，电极反应式为：Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2 B．阴极区的电极反应为2CH2=CHCN+2H＋＋2e-=NC(CH2)4CN，一段时间后，阴极室的pH增大 C．锂离子电池快速充放电的本质就是锂离子能够快速在正负极材料间嵌入和脱嵌 D．A极质量减轻14g，理论上可制备1mol己二腈 【答案】B 【解析】由钴酸锂电池的总反应LixCy+ Li1- xCoO2-= LiCoO2+Cy可知，A极上LixCy转化为Cy，失去Li+和电子，作负极，则B作正极，C作阳极，D作阴极。A项，由分析可知，B为正极，其电极反应式为：Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2，A正确；B项，阴极区的电极反应为2CH2=CHCN+2H＋＋2e-=NC(CH2)4CN，过程中阳极区的H+通过质子交换膜移动到阴极区，根据电荷守恒可知，一段时间后，H+浓度不变，则pH不变，B错误；C项，锂离子电池快速充放电的本质就是锂离子能够快速在正负极材料间嵌入和脱嵌，C正确；D项，A极质量减轻14g，则电路中转移2 mol e-，根据2CH2=CHCN+2H＋＋2e-=NC(CH2)4CN 生成1mol己二腈，D正确； 故选B。 考向2 多池串联装置混合体系的计算 例2在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。 (1)电源中X为直流电源的________极。 (2)pH变化：A__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。 (3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。 【答案】(1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol·L－1 (4)13 【解析】(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知X是电源负极。 (2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋在阴极不断析出，AgNO3溶液浓度基本不变，pH不变。 (3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子；B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x mol，电解H2O时生成O2的物质的量为y mol，则4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。 (4)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝13。 【变式训练1·变题型】工业上采用如图装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业KCl制取KOH溶液。 下列有关说法错误的是( ) A．a为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求 B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO32-＋6H2O C．从e出来的气体为氧气，从f出来的气体为氢气 D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液 【答案】C 【解析】a为精铜，作电解池的阳极，失电子，b为铁制品，作阴极，铜离子得电子可实现镀铜要求，A正确；c为负极，甲醇失电子与溶液中的氢氧根离子反应生成碳酸根离子，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO32-＋6H2O，B正确；电解KCl，e处为阳极，氯离子失电子出来的气体为氯气，从f出来的气体为氢气，C错误；电解槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液，D正确。 【变式训练2·变载体】如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜，丙中滴有少量的酚酞溶液。 请按要求回答相关问题： (1)甲烷燃料电池负极电极反应式是 。 (2)石墨电极(C)的电极反应式为 。 (3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为 L。 (4)铜丝a处在开始一段时间的现象为 ；原因是 。 【答案】(1)CH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O (2)2Cl－－2e－===Cl2↑ (3)4.48 (4)溶液变红 由于2H＋＋2e－===H2↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红 【解析】(1)碱性条件下，甲烷燃料电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO32-＋3H2O，正极反应式为2O2＋8e－＋4H2O===8OH－，所以负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O。 (2)石墨电极(C)为电解池阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。 (3)乙装置中铁电极为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，转移电子0.4 mol，则乙装置中铁电极上生成0.2 mol H2，体积为4.48 L。 (4)铜丝a为电解池阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，开始一段时间后，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红。 【变式训练3·变载体】如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题： (1)a为电源的 (填“正”或“负”)极，C池是 池。A池阳极的电极反应为 ，C池阴极的电极反应为 。 (2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为 。 (3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为 。 【答案】(1)负 电解 2Cl－－2e－===Cl2↑ Ag＋＋e－===Ag (2)0.025 mol·L－1 (3)13 【解析】根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，说明电极5作阴极，银离子放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，转移电子的物质的量为0.02 mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。同时可得a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。由此可得(1)中答案。 (2)B池中电解总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 mol电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02，1/2x＋3、2y＝0.01，解得x＝y＝0.005，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。(3)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝0.02mol/0.2L＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝13。 考点二 离子交换膜的类型及其应用 知识点1 离子交换膜的种类及特点 1．交换膜类型 交换膜类型 阳膜 阴膜 双极膜 特定的交换膜 允许通过的离子及移动方向 阳离子移向原电池的正极(电解池的阴极) 阴离子移向原电池的负极(电解池的阳极) 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) 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 通性 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 2．离子交换膜的功能：选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路。 3．离子交换膜的作用及意义 (1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。 (2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。 (3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的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－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。 知识点2 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NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室； 阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通过阴离子交换膜进入中间室。 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H2PO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。 知识点3 含离子交换膜的应用 1．离子交换膜的应用分析 (1)阳离子交换膜：仅允许阳离子(如Na+、H+)及水分子通过，拦截阴离子及气体(如Cl-、O2)。 应用场景：氯碱工业中隔离阳极室(Cl2)与阴极室(NaOH、H2)，防止副反应(Cl2+ 2NaOH=NaCl + NaClO + H2O)及爆炸风险(H2/Cl2混合)。 (2)阴离子交换膜：仅允许阴离子(如Cl-、OH-)通过，拦截阳离子及气体。 典型应用：淀粉-KI 溶液电解中平衡OH-迁移，辅助I2生成。 (3)质子交换膜：仅允许 H+(质子)及水分子通过. 用途：燃料电池、电解制 H2O2/HCOOH 中定向传导H+维持电荷平衡。 (4)双极膜：特殊复合膜(阳膜+阴膜)，通直流电时膜内水解离为 H+和 OH_，分别移向阴极和阳极‌。 作用：调控反应体系 pH，如电解法合成甘氨酸时提供酸碱性环境。 2．离子交换膜类型的判断方法 (1)首先写出阴、阳两极上的电极反应。 (2)依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余。 (3)根据电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向。 (4)根据离子移动的方向，确定离子交换膜的类型。 3．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 得分速记 考向1“隔膜“在新型电池中的应用 例1(2025·浙江省北斗星盟三模)用惰性电极电解碳酸钠溶液时，阳极无气体产生，但在阳极区检测到新增一种摩尔质量为的含碳元素的带2个单位负电荷的阴离子(碳元素的化合价为+4)。下列叙述正确的是( ) A．新增的这种阴离子只含有极性键 B．若用铅酸蓄电池作电源，Pb电极与a相接 C．电极B发生的电极反应为2H＋＋2e-=H2↑ D．其他条件不变，增加电解的电压，阳极区可能产生气体 【答案】D 【解析】摩尔质量为120g·molˉ1的含碳元素的带2个单位负电荷的阴离子(碳元素的化合价为+4)，可知生成的阴离子为C2O62-，阳极无气体产生，故A为阳极，电极反应为2CO32-－2e-= C2O62-，B为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2↑＋2OH-。A项，阴离子为过二碳酸根离子C2O62-，存在氧氧非极性键，A错误；B项，Pb电极为负极，失电子，要与阴极b相连，B错误；C项，碱性条件下不出现氢离子，电极B发生的电极反应为：2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，C错误；D项，其他条件不变，增加电解的电压，失电子能力强，可能会产生氧气，阳极区可能产生气体，D正确；故选D。 【变式训练1·变载体】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法不正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为Cu2＋＋2e—＝Cu D．K与b连接时，导线中通过2 mol电子，约有1 mol离子通过交换膜 【答案】A 【解析】由题干信息可知，将开关K先与a连接后则电极B为阳极，电极反应为Cu－2e—＝Cu2＋，电极A为阴极，电极反应为：Cu2＋＋2e—＝Cu，一段时间后右侧溶液中Cu2＋浓度增大，而左侧溶液中Cu2＋浓度减小，为了保持Cu2＋的浓度差必须保证Cu2＋不能通过半透膜，故交换膜是阴离子交换膜，一段时间后与b连接，电极A为负极，电极反应为：Cu－2e—＝Cu2＋，电极B为正极，电极反应为：Cu2＋＋2e—＝Cu。A项，由分析可知，交换膜应当选择阴离子交换膜，阻止阳极Cu2＋通过以保证两侧溶液中有Cu2＋浓度差，错误；B项，由分析可知，K与a连接是电极B为阳极，电极反应为Cu－2e—＝Cu2＋，电极A为阴极，电极反应为：Cu2＋＋2e—＝Cu，其目的是形成两电极区溶液的浓度差，正确；C项，由分析可知，K与b连接时，电极B为正极，其上发生的反应为Cu2＋＋2e—＝Cu，正确；D项，由分析可知，离子交换膜为阴离子交换膜，故K与b连接时，导线中通过2 mol电子，约有1 mol离子即SO42－通过交换膜，正确。 【新技术与学科知识结合】【变式训练2】我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2，相应的产物为[Zn(OH)4]2-和Mn2+。下列说法错误的是( ) A．M电极的电势低于N电极 B．N电极的反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O C．电池工作一段时间后，NaOH溶液的pH变小 D．若电路中通过2mol，则稀硫酸溶液质量增加87g 【答案】D 【解析】由题干信息可知，Zn生成[Zn(OH)4]2-，MnO2生成Mn2+，则M极为Zn电极，为负极，负极反应式为：Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-，N电极材料为MnO2，为正极，正极反应式为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，中间层H2O电离出的H+通过b膜移向正极N极区，OH-通过a膜移向负极M极区。A项，由题干信息可知，Zn生成[Zn(OH)4]2-，MnO2生成Mn2+，则M极为Zn电极，为负极，N电极材料为MnO2，为正极，所以M极的电势低于N极， A正确；B项，N电极为MnO2，MnO2在正极得到电子生成Mn2+，电极方程式为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，B正确；C项，极反应式为Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-，每转移2mole-，有2molOH-移向NaOH溶液，而消耗4molOH-，NaOH溶液的pH变小， C正确；D项，若电路中通过2 mole-，双极膜中有2 mol H+移向硫酸溶液，同时溶解1molMnO2，稀硫酸溶液质量增加2mol×1g/mol+1mol×87g/mol=89g，D错误；故选D。 【变式训练3·变题型】一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH) 42-存在]。电池放电时，Ⅱ区的K2SO4溶液浓度变大，下列叙述错误的是( ) A．电池放电时，转移2 mol e－正极质量减少32 g B．Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜 C．Zn电极反应：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) 42- D．Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移 【答案】A 【解析】Zn电极为负极，Zn失电子产物与电解质反应，生成Zn(OH) 42-，同时K＋透过离子交换膜向Ⅱ区移动；正极为MnO2，MnO2得电子产物与电解质反应，生成Mn2＋等，同时SO42-透过离子交换膜向Ⅱ区移动。A．电池放电时，正极反应为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，转移2 mol e－，正极质量减轻87 g，A错误；B．由分析可知，电极反应发生时，Ⅰ区SO42-透过离子交换膜向Ⅱ区移动，则Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；C．Zn电极，Zn失电子产物与电解质反应，生成Zn(OH) 42-，则电极反应式为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)42-，C正确；D．由分析可知，电极反应发生时，Ⅲ区的K＋透过离子交换膜向Ⅱ区迁移，D正确。 考向2“隔膜“在”双室“电解池中的应用 例2(2025·浙江省杭州市高三一模)利用丙烯腈(CH2=CHCN)制备己二腈[NC(CH2)4CN]的电有机合成装置如图所示。下列说法不正确的是( ) A．电极a为阴极 B．四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]可增加溶液导电性 C．交换膜为质子交换膜 D．电解过程中，右侧溶液的pH不变 【答案】D 【解析】由图可知，丙烯腈转化为己二腈，C元素化合价降低，故a为阴极，电极反应为：2CH2=CHCN+2e-+2H+= NC(CH2)4CN；b为阳极，电极式为：2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，交换膜为质子交换膜，H+通过质子交换膜移向阴极。A项，电极a为阴极，A正确；B项，四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]可增加溶液中的离子浓度，可增加溶液的导电性，B正确；C项，交换膜为质子交换膜，C正确；D项，电解过程中，右侧消耗水，氢离子迁移至阴极室，硫酸浓度增大，pH减小，D错误；故选D。 思维建模 “隔膜”电解池的解题步骤 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。 【合成氨新途径】【变式训练1】 (2025·浙江省金丽衢十二校高三第一次联考)电化学合成氨进一步提高了人类合成氨的产量。现采用双极膜(H2O解离出、分别移至两级室溶液)，通过电解KNO3溶液制取氨，该装置的工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．电极b接电源的负极 B．电解一段时间后I室的pH值增大 C．双极膜中H2O解离出的H+向电极b极移动 D．理论上电极a与电极b上产生的气体的物质的量之比为2：1 【答案】B 【解析】该装置为电解池装置，I室中a电极发生电极反应：NO3-+8e-+9H+=NH3↑＋3H2O，为电解池阴极，则II室中b电极为电解池阳极，发生电极反应：2H2O-4e-=O2↑＋4H＋。A项，根据分析可知，电极b为阳极，应与电源正极相连，A错误；B项，I室中a电极发生电极反应：NO3-+8e-+9H+=NH3↑＋3H2O，溶液中氢离子浓度减少，则电解一段时间后I室的pH值增大，B正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，即双极膜中H2O解离出的H+向电极a极移动，C错误；D项，结合a电极发生电极反应：NO3-+8e-+9H+=NH3↑＋3H2O，b电极发生电极反应：2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，根据得失电子守恒可知，电极a与电极b上产生的气体的物质的量之比为1：2，D错误；故选B。 【新技术与学科知识结合】【变式训练2】某大学实验室研究出一种微生物电解池产甲烷技术(原理如图所示)，它以微生物为催化剂，以外界输入的较小电能为能量来源，将乙酸、地沟油等有机物转化为甲烷，电解池工作时，下列叙述正确的是 A．该生物电解池在高温环境下能够加快反应速率 B．若有机物为乙酸，则a电极为阴极 C．a电极产生16mol电子时，b电极产生的甲烷气体少于32g D．在电场驱动下由b电极通过中间隔膜迁移至a电极 【答案】C 【解析】A项，高温环境下生物催化剂活性细菌失去活性，不具有催化作用，反应速率会降低，A错误；B项，乙酸生成CO2发生氧化反应，a电极为阳极，B错误；C项，b极上发生CO2+8H++8e-=CH4+2H2O和8H++8e-=4H2两个反应，若只有CO2+8H++8e-=CH4+2H2O反应发生，16mol电子生成2molCH4，质量为32g，还有8H++8e-=4H2发生，故生成的甲烷的质量少于32g，C正确；D项，电解过程中阳离子向阴极移动，H+通过交换膜向b电极迁移，D错误；故选C。 【物质制备与学科知识结合】【变式训练3】 (2025·浙江省宁波市镇海中学高三选考模拟)乙醛酸(OHC-COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示，通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。下列说法错误的是( ) A．a极电势高于b极 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．当有0.5mol离子通过离子交换膜时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为18.5g D．乙二醛被氧化的化学方程式：+H2O+Cl2→+2HCl 【答案】B 【解析】由题中信息：通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸，结合题中装置图，可知阳极生成的Cl2通入盛放盐酸和乙二醛混合液一侧，Cl2与乙二醛发生氧化还原反应，生成Cl-移向与a电极相连的电极，与b电极相连的电极发生还原反应，生成H2，a为电源正极，b为电源负极。根据电解原理，可知阳极发生的电极反应式为2Cl-―2e-=Cl2↑，阴极发生还原反应，电极反应方程式为2H＋＋2e-=H2↑。A项，a电极为正极，b电极为负极，因此a极电势高于b极，故A正确；B项，根据题意氢离子由左侧经离子交换膜进入右侧，则离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；C项，根据得失电子守恒有1molOHC—COOH~1molCl2~2mole-，则当有0.5mol离子通过离子交换膜时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为，故C正确；D项，氯气将乙二醛氧化为乙醛酸，自身被还原为氯离子，化学方程式为：+H2O+Cl2→+2HCl，故D正确；故选B。 考向3“隔膜“在”多室“电解池中的应用 例3(2025·浙江省名校协作体三开学测试)某研究团队通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，其装置如图所示。其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层水发生解离产生H+和OH-。下列说法正确的是( ) A．膜a为阴离子交换膜 B．制得7.5g甘氨酸，盐室1增重2.2g C．碱室2反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大 【答案】B 【解析】由题干装置图可知，要通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，则盐室2中产生甘氨酸，即双极膜c中的H+向左移动，则电极A为阴极，电极反应为：2HCO3-+2e-=H2↑+2CO32-，电极B为阳极，电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，盐室2中Na+经过膜a极阳离子交换膜进入盐室1，碱室2中Na+经膜b进入碱室1。A项，膜a为阳离子交换膜，A错误；B项，由H2NCH2COO-+H+=H2NCH2COOH可知，制得7.5g甘氨酸即=0.1mol，则电路上通过0.1mole-，即由0.1molNa+由盐室2进入盐室1，同时盐室1中产生0.05molH2，即盐室1增重0.1mol×23g/mol-0.05mol×2g/mol=2.2g，B正确；C项，碱室2反应式：4OH--4e-=O2↑+2H2O，C错误；D项，一段时间后，碱室1浓度变大，碱室2浓度变小，D错误；故选B。 【变式训练1·变考法】工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解NHNO3制备HNO3和NH3·H2O，下列说法正确的是( ) A．导线X接外电源的负极 B．N电极的电极反应方程式为2NH4+2e-=2NH 3↑＋H2↑ C．每当产生标准状况下22.4L气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少4g D．离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 【答案】D 【解析】电极M区进入的稀硝酸，出来的是浓硝酸，则M为阳极，水被氧化得到氧气和氢离 子，A为氧气，硝酸根向左移动，左侧可制得硝酸，N为阴极，水放电产生氢气和氢氧根，B为氢气，铵根向右移动，二者反应得到浓氨水。A项，Ⅰ室中电极产生H+，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，发生氧化反应，电极M为阳极，接外电源的正极，A错误；B项，电极N为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，B错误；C项，每当产生标准状况下22.4LO2，根据电子守恒，Ⅲ室溶液中就要生成2molH2，质量减少4g，同时依据电荷守恒，4molNH4+通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，溶液质量增加72g，所以Ⅲ室溶液的质量理论上共增加68g，C错误；D项，根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质，可知Ⅱ室中的NO3-要进入Ⅰ室，所以离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜。NH4+要进入Ⅲ室，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，D正确；故选D。 【变式训练2·变题型】现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A．NaB(OH)4中B的化合价为+3价 B．N室发生的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影响H3BO3的纯度 D．a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜 【答案】C 【解析】A项，设B化合价为x，根据化合价为o计算+1+x+(-2+1)×4=0，得x=+3，A正确；B项，N与电源的负极相连为电解池的阴极，该极为H+发生还原反应：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正确；C项，若撤去a膜，B(OH)4-经b膜进入稀硫酸中而形成H3BO3，得到H3BO3混有H2SO4，C错误；D项，装置中得到H3BO3，需要B(OH)4-经b膜进入产品室而H+经a膜进入产品室，所以a、b分别为阳离子和阴离子交换膜。原料室中的Na+需要经c膜进入N室形成NaOH，所以c膜为阳极膜，D正确；故选C。 【环境保护与学科知识结合】【变式训练3】利用H2O2在碱性条件下实现废水中(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于，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 B．废水室中反应的离子方程式为 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气体，则双极膜内减少54gH2O 【答案】B 【解析】根据图示中氢离子的移动方向可知，N为阴极，则M为阳极，在阳极水失去电子生成氧气电极反应为：2H2O−4e−=4H++O2↑，氢离子结合硫酸根离子生成硫酸，缓冲室中的硫酸根离子通过膜a向左移动，缓冲室中的钠离子通过膜b向右移动，则膜a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，CrO42-通过膜c进入产品室，膜c是阴离子交换膜。A项，由分析可知，膜a为阴离子交换膜，膜b均为阳离子交换膜，A错误；B项，依据图中物质，废水室中Cr3+在碱性条件下被H2O2氧化生成CrO42-，反应的离子方程式为，B正确；C项，N为阴极，在阴极氢离子得到电子生成氢气，但是同时双极膜中的氢离子向阴极移动，则反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变，C错误；D项，没有给出气体所处的条件，无法计算氢气的物质的量，则无法计算减少H2O的质量，D错误；故选B。 考点三 电化学综合计算 知识点1 计算依据——三个相等 1．同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 2．同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 3．串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。 知识点2 电化学计算的常用方法 1．根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 2．根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 3．根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式： 4e-~ (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，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。 知识点3 分阶段电解计算技巧 1．离子放电顺序优先级别 (1)阴极：Ag+> Fe3+> Cu2+> H+ > …… (2)阳极：S2-> I-> Br-> Cl->OH-> 含氧酸根。 注意：实际放电受离子浓度影响，如高浓度 Fe2+可能优先于H+放电。 2．溶液恢复原状的策略：加入CuO或Cu(OH)2：补充电解消耗的铜和氧元素，使溶液复原。 3．高效解题步骤 步骤 操作要点 ①‌审题定向 区分原电池/电解池，明确电极材料与电解质组成 ②‌写电极反应 结合放电顺序和介质条件，书写半反应式 ③‌选计算模型 根据问题类型(产物质量、pH 变化等)选择总反应式、电子守恒或关系式法 ④‌守恒列式 优先用电子守恒构建等式，避免分步计算误差 考向1 守恒法在电化学计算中的应用 例1 (2025·河北·模拟预测)二氧化氯()气体是一种对环境无二次污染的高效水处理剂。催化电解制备的装置示意图如图所示。下列说法不正确的是 A．电极a为阳极，发生氧化反应 B．阴极区溶液中浓度逐渐增大 C．理论上电路中每转移1mol，阳极室溶液质量减少67.5g D．理论上阴极室和阳极室生成气体的物质的量之比为1：2 【答案】C 【解析】装置图为电解池，则左侧失电子为阳极，电极反应：，右侧电极为阴极，得电子，电极反应：，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极移向阴极。A项，电极a为阳极，失电子，发生氧化反应，A正确；B项，阴极区电极反应：，溶液中浓度逐渐增大，B正确；C项，理论上电路中每转移1mol，阳极室溶液质量减少1mol和1molNa+，质量为90.5g，C错误；D项，根据分析中电极反应可知，理论上阴极室和阳极室生成气体的物质的量之比为1：2，D正确；故选C。 思维建模 电子守恒法的应用 串联电化学装置中阴、阳两极产物，正负两极产物间的计算，常依据电子守恒计算，即每个电极上转移的电子数相同。 【变式训练2变考法】用惰性电极电解2 L 0.5 mol/L的硝酸银溶液，当在电路中通过0.1 mol电子后，调换正、负极，电路中又通过了0.2 mol电子，此时溶液pH为(假设溶液体积不变)( ) A．1 B．2 C．3 D．无法确定 【答案】A 【解析】2 L 0.5 mol/L的硝酸银溶液含n(Ag＋)＝1 mol，调换正、负极前，电极反应式为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，则电路中通过0.1 mol e－时生成0.1 mol Ag，同时反应0.1 mol OH－，得到0.1 mol H＋；调换正、负极后，电极反应式为阳极：4Ag－4e－===4Ag＋(先)，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(后)；阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，故总共得到0.2 mol H＋，c(H＋)＝0.1 mol/L，pH＝－lg c(H＋)＝1。 【变式训练2变载体】(2025·浙江省NBchem联盟高三联考)以纯Zn作为阴极，以石墨作为阳极，电解某浓度的ZnSO4溶液，阴极产物均附在电极上，通电一段时间后，关闭电源，迅速撤去电极(设产物无损耗)。若在电解后的溶液加入4.95g Zn(OH)2，则恰好可以使得溶液恢复到原浓度。已知1mol·L的NaHSO4的下列说法正确的是( ) A．反应过程中，Zn极板只发生：Zn－2e-=Zn2＋ B．反应过程中，氧气在两极均生成 C．整个电解过程中，产生标况下气体共2.24L D．ZnSO4水溶液为酸性，这只和Zn2+水解有关 【答案】C 【解析】Zn作为阴极，石墨作为阳极，电解某浓度的ZnSO4溶液，加入4.95gZn(OH)2时恰好能使溶液恢复到原浓度，所以电解过程中：阴极上Zn2+和H2发生还原反应析出锌和氢气，阳极上OH-发生氧化反应析出氧气。4.95g Zn(OH)2固体的物质的量=。A项，反应过程中，Zn极板作为阴极，Zn2+和H+都会发生还原反应，A错误；B项，反应过程中，只有阳极上OH-发生氧化反应析出氧气，B错误；C项，根据原子守恒知，阳极上析出n(O2)=n[Zn(OH)2]=0.05mol，阴极上析出n(H2)=n[Zn(OH)2]=0.05mol，生成气体体积V=(0.05+0.05)mol×22.4L/mol=2.24L，C 正确；D项，溶液的酸碱性是溶液中所有离子相互作用的结果，ZnSO4水溶液为酸性和Zn2+水解有关，但并不是只和Zn2+有关，D错误；故选C 。 【变式训练3·变题型】(2025·陕西·模拟预测)可充电水系锌-二氧化碳(Zn-CO2)电池，当闭合时，其原理如图所示。已知复合膜(由a、b膜复合而成，a膜只允许H+通过，b膜只允许OH-通过)层间的H2O解离成H+和OH-，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。下列有关说法错误的是 A．闭合K1，锌电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－ B．闭合K1，一段时间后，阴极区的不变 C．闭合K2，OH-从电极流向复合膜 D．闭合K2，若理论上阳极生成CO2的体积换算为标况标准下，其数值为11.2L，则外电路转移0.5mol电子 【答案】D 【解析】闭合K1，该装置为化学电源，电极表面变化可知，Zn为负极，负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－，Pd材料为正极，电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH，闭合K2，该装置为电解装置，锌电极为阴极，Pd为阳极。A项，由图可知，闭合K1时，左侧电极反应为Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－，右侧电极反应为CO2+2H++2e-=HCOOH，故A正确；B项，电化学上规定：发生氧化反应的一极为阳极，发生还原反应的一极为阴极，即左池为阳极区、右池为阴极区，闭合K1时，复合膜层间的H2O解离成H+和OH-，移动向两极的H+和OH-的物质的量相等，两电极转移电子数相等，阳极区消耗的氢氧根离子大于阴极区消耗的氢离子，即阳极区溶液的pH降低，阴极区溶液的pH不变，故B正确；C项，闭合K2时，左池为电解池阴极区，右侧为电解池阳极区，OH-从Zn电极流向复合膜，故C正确；D项，闭合K2，电解池阳极电极反应式为HCOOH-2e-= CO2↑+2H+，若理论上阳极生成CO2的体积换算为标况下，其数值为11.2L，则阳极转移电子为1mol，外电路转移1mol电子，故D错误；故选D。 考向2 电化学计算中复杂动态过程分析 例2用石墨作电极电解500 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 A．阳极析出0.1molCu B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．往电解后得到的溶液加入0.1molCuO可恢复原来的浓度 D．电解后溶液中c(H＋)为0.4mol·L-1 【答案】D 【解析】石墨做电极，阳极的电极反应为：，阴极的电极反应先后为：，，根据两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)即生成了0.1molH2和0.1molO2，可知电解过程中转移0.4 mol电子，同时阴极析出0.1molCu。A项，据分析阴极析出0.1molCu，故A错误；B项，据分析上述电解过程中共转移0.4 mol电子，故B错误；C项，电据分析解过程中既析出了0.1molCu又生成了0.1molH2和0.1molO2，需要往电解后得到的溶液加入0.1mol可恢复原来的浓度，故C错误；D项，电解过程中转移0.4 mol电子，根据阳极反应可知生成0.4 mol H＋，阴极消耗0.2 mol H＋，电解后溶液体积仍为500 mL，则电解后溶液中c(H＋)为0.4mol·L-1，故D正确；故选D。 思维建模 复杂动态过程分析 (1)分阶段电解计算——依据离子放电顺序分步计算电子转移： ①阴极：Ag+> Cu2+> H+> …… ②阳极：活性电极>S2+>I-> Br->Cl->OH- ③示例：电解含 Cu2+和 Fe2+的混合液，阴极先析出Cu后析出Fe，需分段计算电量 (2)溶液复原计算——恢复电解后溶液成分的策略 ①电解uSO4溶液：加CuO或Cu(OH)2补充消耗的Cu和O元素。 ②电解NaCl溶液：通HCl气体恢复Cl-浓度。 【变式训练1·变载体】在100 mL HNO3和AgNO3的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合溶液中Ag＋的物质的量浓度为( ) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 【答案】B 【解析】电解HNO3和AgNO3的混合溶液，开始只有Ag和O2生成，当AgNO3完全电解后，开始电解HNO3溶液，由电解过程可知，实为电解水，生成H2和O2，在生成这两种气体时，H2和O2的体积比应为2∶1；由电极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，Ag＋＋e－===Ag，2H＋＋2e－===H2↑，知Ag＋得电子数和H＋得电子数总和与OH－失电子数相等，即应有如下关系：(x代表生成的Ag或消耗Ag＋的物质的量)，解得x＝0.2 mol，因此，原混合溶液中，c(Ag＋)＝0.2mol/0.1L＝2 mol·L－1。 【变式训练2·变考法】用惰性电极电解一定浓度CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是( ) A．电解过程中阴极没有气体生成 B．电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 mol C．原CuSO4溶液的浓度为0.1 mol·L－1 D．电解过程中阳极收集气体体积为1.12 L(标准状况下) 【答案】B 【解析】加入0.1 mol Cu(OH)2相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故CuSO4电解完后还电解了部分水，阴极析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2，A错误；析出0.1 mol Cu转移电子0.2 mol，析出0.1 mol H2转移电子0.2 mol，故转移的电子的总物质的量为0.4 mol，B正确；原CuSO4溶液的物质的量为0.1 mol，不知溶液体积，无法求浓度，C错误；电解过程中阳极始终产生O2，根据转移的电子的总物质的量为0.4 mol，产生O2体积为2.24 L(标准状况下)，D错误。 【变式训练3·变题型】以惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，两电极上产生的气体(标准状况下测定)体积如下图所示，下列有关说法正确的是( ) A．a表示阴极上产生的气体，t1前产生的为H2 B．常温下若t2时溶液的体积为1L，此时溶液的pH为13 C．原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为1∶1 D．若原溶液体积为1L，则原溶液中的物质的量浓度为0.2mol/L 【答案】C 【解析】以惰性电极电解CuSO4和NaCl 的混合溶液，阳极依次发生2Cl--2e-=Cl2↑ 、4OH--4e-=O2↑＋2H2O；阴极依次发生Cu2++2e-=Cu 、2H＋＋2e-=H2↑ 。根据图象可知，生成的氯气是112ml，物质的量是0.005mol，转移电子是0.01mol。则氯化钠是0.01mol；t2时铜离子恰好放电完毕，此时生成氧气是168ml－112ml＝56ml，物质的量是0.0025mol，则转移电子是0.01mol，所以根据电子得失守恒可知，析出铜是0.01mol，因此硫酸铜是0.01mol。A项，由分析可知，a表示阳极上产生的气体，t1前产生的为Cl2，A错误；B项，由t2时4OH--4e-=O2↑+2H2O～4H+，n(H+)=0.0025mol×4=0.01mol，则溶液的c(H+)=0.01mol/L，pH=2，B错误；C项，原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为0.01mol： 0.01mol=1：1，C正确；D项，若原溶液体积为1L，则原溶液中SO42-的物质的量浓度为0.01mol=0.01mol/L，D错误。故选C。 1．(2025·浙江1月卷，12，3分)一种可充放电Li－O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2，随温度升高Q(消耗1molO2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是( ) A．熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li＋优先于K+通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区O2-转化为O22- D．充电时，锂电极接电源负极 【答案】C 【解析】Li－O2电池放电时，锂电极为负极，发生反应：Li－e-=Li＋，多孔功能电极为正极，低温时发生反应：O2+2e-=O22-，随温度升高Q增大，正极区O22-转化为O2-；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，O22-或O2-失去电子。电池总反应方程式为：或，充放电时有Li＋参与或生成，因此熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率，A正确；B项，Li＋比K＋的半径小，因此Li＋优先于K+通过固态电解质膜，B正确；C项，放电时，正极得到电子，O22-中氧原子为-1价，O2-中氧原子为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区O22-转化为O2-，C错误；D项，充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确；故选C。 2．(2023•浙江1月卷，11，3分)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( ) A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl-参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动 【答案】C 【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-。A项，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；B项，电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-，B错误；C项，根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl-参与反应，C正确；D项，电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误；故选C。 3．(2023•浙江6月卷，13，3分)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( ) A．电极A接电源正极，发生氧化反应 B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH- C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 【答案】B 【解析】A项，电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B项，电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B错误；C项，右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D项，改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。故选B。 4．(2022•浙江6月卷，21，2分)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( ) A．电极A为阴极，发生还原反应 B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+ C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变 D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3 【答案】C 【解析】A项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；C项，电极A为阴极， LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；D项，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；故选C。 5．(2020•浙江7月卷，21，2分)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO−放电可得到R−R(烷烃)。下列说法不正确的是 A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR−R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH B．RCOO−在阳极放电，发生氧化反应 C．阴极的电极反应：2H2O＋2e−2OH−＋H2↑ D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 【答案】A 【解析】A项，因为阳极RCOO-放电可得到R-R(烷烃)和产生CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH-反应生成CO32-和H2O，故阳极的电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHR-R+2Na2CO3+H2↑，故A说法不正确；B项，RCOO-在阳极放电，电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O， -COO-中碳元素的化合价由+3价升高为+4价，发生氧化反应，烃基-R中元素的化合价没有发生变化，故B说法正确；C项，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故C说法正确；D项，根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生：2CH3COONa+2NaOHCH3-CH3+2Na2CO3+H2↑，2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。因此，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH 的混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D说法正确。故选A。 7 / 32 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第04讲 电化学原理的综合应用 目录 01 考情解码·命题预警 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 多池串联类电化学装置 知识点1常见串联装置图 知识点2多池串联装置中所属类型的判断 考向1多池串联装置综合分析 【思维建模】“串联”类电化学装置的解题流程 考向2多池串联装置混合体系的计算 考点二 离子交换膜的类型及其应用 知识点1离子交换膜的种类及特点 知识点2含膜电解池装置分析 知识点3含离子交换膜的应用 考向1隔膜“在新型电池中的应用 考向2“隔膜“在”双室“电解池中的应用 【思维建模】“隔膜”电解池的解题步骤 考向3“隔膜“在”多室“电解池中的应用 考点三 电化学综合计算 知识点1计算依据——三个相等 知识点2电化学计算的常用方法 知识点3分阶段电解计算技巧 考向1考查守恒法在电化学计算中的应用 【思维建模】电子守恒法的应用 考向2考查电化学计算中复杂动态过程分析 【思维建模】复杂动态过程分析 04 真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年 电化学原理的综合应用 选择题 非选择题 浙江1月卷T12，3分 —— 浙江1月卷T11，3分 离子交换膜的类型及其应用 选择题 非选择题 —— —— 浙江6月卷T13，3分 电化学综合计算 选择题 非选择题 —— —— —— 考情分析： 1．从考查题型和内容上看，浙江选考题在选择题中重现率100%，近年来在化学反应原理综合题中会选择某一角度有效嵌入，考查内容主要有以下三个方面：原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，溶液pH的变化，离子交换膜作用，有关计算。 2．从命题思路上看，电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息解答问题及计算能力。试题常以“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。 复习目标： 1．能以变化观念认识电化学反应的本质是氧化还原反应，能多角度、动态分析电化学反应，并运用电化学原理解决实际问题。 2．能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象，揭示“放电”“充电”时现象的本质与规律。培养证据推理意识 3．能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，能根据实验现象总结规律，培养科学探究与创新意识。 4．通过原电池和电解池等电化学问题在环境污染与防治应用，以培养学生科学态度与社会责任。 ( ) 考点一 多池”串联”类电化学装置 知识点1 常见串联装置图 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。 模型一：外接电源与电解池的串联(如图) A、B为两个串联__________池，相同时间内，各电极得失电子数__________。 模型二：原电池与电解池的串联(如图) 显然两图中，A均为__________池，B均为__________池。 知识点2 多池串联装置中所属类型的判断 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__________池，B为__________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__________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__________池，B为__________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__________池，D是正极，C是负极，甲是__________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。 得分速记 考向1 多池串联装置综合分析 例1(2025·浙江省金华市高三二模)已知：将工业废气(主要成分CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，如下装置可实现污染治理和CO2、SO2的综合利用。下列说法不正确的是( ) A．装置①实现了化学能转化为电能 B．电极2发生的反应为：O2＋4H＋＋4e-=2H2O C．反应一段时间后，装置②的阳极区溶液pH降低 D．治理过程中参与反应的SO2、CO2物质的量之比为1：1 思维建模 “串联”类电化学装置的解题流程 【变式训练1·变载体】(2025·浙江省衢州、丽水、湖州三地市高三二模)某小组研究设计了如下装置示意图，联合制备硫酸、氯气和氢氧化钠。该设计改变了传统氯碱工业能耗大的缺点，可大幅度降低能耗。 下列说法不正确的是( ) A．甲池中，质子经内电路移向极 B．理论上，甲池中消耗的SO2和乙池中生成的Cl2的物质的量之比为1：1 C．乙池应选用阳离子交换膜 D．乙池的总反应方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 【变式训练2·变载体】 (2025·浙江省县域教研联盟高三模拟考试)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( ) A．电极Y为负极，可以在X、Z电极上收集到H2 B．与传统氯碱工业相比，该双联装置的优点是可避免使用离子交换膜 C．装置Ⅱ中的电极质量每变化mg，装置I中可制得LiCl D．随着装置的运行，电极Z附近溶液的pH增大，电极W附近有白色沉淀出现 【变式训练3·变载体】 (2025·浙江省稽阳联谊学校高三联考)以钴酸锂电池为电源用丙烯腈电合成己二腈[NC(CH2)4CN]，电解质溶液为LiPF6的碳酸酯溶液，两电极均为石墨，装置如下图所示。该钴酸锂电池的总反应是LixCy+ Li1- xCoO2-= LiCoO2+Cy。下列说法不正确的是( ) A．B为正极，电极反应式为：Li1- xCoO2+ xLi+xe-= LiCoO2 B．阴极区的电极反应为2CH2=CHCN+2H＋＋2e-=NC(CH2)4CN，一段时间后，阴极室的pH增大 C．锂离子电池快速充放电的本质就是锂离子能够快速在正负极材料间嵌入和脱嵌 D．A极质量减轻14g，理论上可制备1mol己二腈 考向2 多池串联装置混合体系的计算 例2在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。 (1)电源中X为直流电源的________极。 (2)pH变化：A__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。 (3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。 【变式训练1·变题型】工业上采用如图装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业KCl制取KOH溶液。 下列有关说法错误的是( ) A．a为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求 B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO32-＋6H2O C．从e出来的气体为氧气，从f出来的气体为氢气 D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液 【变式训练2·变载体】如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜，丙中滴有少量的酚酞溶液。 请按要求回答相关问题： (1)甲烷燃料电池负极电极反应式是 。 (2)石墨电极(C)的电极反应式为 。 (3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为 L。 (4)铜丝a处在开始一段时间的现象为 ；原因是 。 【变式训练3·变载体】如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题： (1)a为电源的 (填“正”或“负”)极，C池是 池。A池阳极的电极反应为 ，C池阴极的电极反应为 。 (2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为 。 (3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为 。 考点二 离子交换膜的类型及其应用 知识点1 离子交换膜的种类及特点 1．交换膜类型 交换膜类型 阳膜 阴膜 双极膜 特定的交换膜 允许通过的离子及移动方向 阳离子移向原电池的______极(电解池的阴极) 阴离子移向原电池的______极(电解池的阳极) 中间层中的H2O解离出______和______，H＋移向原电池的______极(电解池的______极)，OH－移向原电池的______极(电解池的______极) 只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许______通过，氯离子交换膜只允许______通过 通性 无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得__________的一极，阴离子均移向失__________的一极 2．离子交换膜的功能：选择性透过离子，平衡电荷，形成__________。 3．离子交换膜的作用及意义 (1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。 (2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。 (3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的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－并分别通过阳膜和阴膜，作为______和______的离子源。 知识点2 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：______________________________； 阴极室中的电极反应：______________________________； 阴极区______放电，破坏了水的电离平衡，使______浓度增大，阳极区______放电，使溶液中的______减小，为保持电荷守恒，阳极室中的______通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的____________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NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过__________交换膜进入中间室； 阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通过__________交换膜进入中间室。 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：______________________________，产生的H＋通过____________________膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质__________； 电解NaOH稀溶液的阴极反应：______________________________，原料室中的Na＋通过__________膜进入阴极室，可得副产品__________。 知识点3 含离子交换膜的应用 1．离子交换膜的应用分析 (1)阳离子交换膜：仅允许阳离子(如Na+、H+)及水分子通过，拦截阴离子及气体(如Cl-、O2)。 应用场景：氯碱工业中隔离阳极室(Cl2)与阴极室(NaOH、H2)，防止副反应(Cl2+ 2NaOH=NaCl + NaClO + H2O)及爆炸风险(H2/Cl2混合)。 (2)阴离子交换膜：仅允许阴离子(如Cl-、OH-)通过，拦截阳离子及气体。 典型应用：淀粉-KI 溶液电解中平衡OH-迁移，辅助I2生成。 (3)质子交换膜：仅允许 H+(质子)及水分子通过. 用途：燃料电池、电解制 H2O2/HCOOH 中定向传导H+维持电荷平衡。 (4)双极膜：特殊复合膜(阳膜+阴膜)，通直流电时膜内水解离为 H+和 OH_，分别移向阴极和阳极‌。 作用：调控反应体系 pH，如电解法合成甘氨酸时提供酸碱性环境。 2．离子交换膜类型的判断方法 (1)首先写出阴、阳两极上的电极反应。 (2)依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余。 (3)根据电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向。 (4)根据离子移动的方向，确定离子交换膜的类型。 3．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 得分速记 考向1“隔膜“在新型电池中的应用 例1(2025·浙江省北斗星盟三模)用惰性电极电解碳酸钠溶液时，阳极无气体产生，但在阳极区检测到新增一种摩尔质量为的含碳元素的带2个单位负电荷的阴离子(碳元素的化合价为+4)。下列叙述正确的是( ) A．新增的这种阴离子只含有极性键 B．若用铅酸蓄电池作电源，Pb电极与a相接 C．电极B发生的电极反应为2H＋＋2e-=H2↑ D．其他条件不变，增加电解的电压，阳极区可能产生气体 【变式训练1·变载体】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法不正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为Cu2＋＋2e—＝Cu D．K与b连接时，导线中通过2 mol电子，约有1 mol离子通过交换膜 【新技术与学科知识结合】【变式训练2】我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2，相应的产物为[Zn(OH)4]2-和Mn2+。下列说法错误的是( ) A．M电极的电势低于N电极 B．N电极的反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O C．电池工作一段时间后，NaOH溶液的pH变小 D．若电路中通过2mol，则稀硫酸溶液质量增加87g 【变式训练3·变题型】一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH) 42-存在]。电池放电时，Ⅱ区的K2SO4溶液浓度变大，下列叙述错误的是( ) A．电池放电时，转移2 mol e－正极质量减少32 g B．Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜 C．Zn电极反应：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) 42- D．Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移 考向2“隔膜“在”双室“电解池中的应用 例2(2025·浙江省杭州市高三一模)利用丙烯腈(CH2=CHCN)制备己二腈[NC(CH2)4CN]的电有机合成装置如图所示。下列说法不正确的是( ) A．电极a为阴极 B．四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]可增加溶液导电性 C．交换膜为质子交换膜 D．电解过程中，右侧溶液的pH不变 思维建模 “隔膜”电解池的解题步骤 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。 【合成氨新途径】【变式训练1】 (2025·浙江省金丽衢十二校高三第一次联考)电化学合成氨进一步提高了人类合成氨的产量。现采用双极膜(H2O解离出、分别移至两级室溶液)，通过电解KNO3溶液制取氨，该装置的工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．电极b接电源的负极 B．电解一段时间后I室的pH值增大 C．双极膜中H2O解离出的H+向电极b极移动 D．理论上电极a与电极b上产生的气体的物质的量之比为2：1 【新技术与学科知识结合】【变式训练2】某大学实验室研究出一种微生物电解池产甲烷技术(原理如图所示)，它以微生物为催化剂，以外界输入的较小电能为能量来源，将乙酸、地沟油等有机物转化为甲烷，电解池工作时，下列叙述正确的是 A．该生物电解池在高温环境下能够加快反应速率 B．若有机物为乙酸，则a电极为阴极 C．a电极产生16mol电子时，b电极产生的甲烷气体少于32g D．在电场驱动下由b电极通过中间隔膜迁移至a电极 【物质制备与学科知识结合】【变式训练3】 (2025·浙江省宁波市镇海中学高三选考模拟)乙醛酸(OHC-COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示，通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。下列说法错误的是( ) A．a极电势高于b极 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．当有0.5mol离子通过离子交换膜时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为18.5g D．乙二醛被氧化的化学方程式：+H2O+Cl2→+2HCl 考向3“隔膜“在”多室“电解池中的应用 例3(2025·浙江省名校协作体三开学测试)某研究团队通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，其装置如图所示。其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层水发生解离产生H+和OH-。下列说法正确的是( ) A．膜a为阴离子交换膜 B．制得7.5g甘氨酸，盐室1增重2.2g C．碱室2反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大 【变式训练1·变考法】工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解NHNO3制备HNO3和NH3·H2O，下列说法正确的是( ) A．导线X接外电源的负极 B．N电极的电极反应方程式为2NH4+2e-=2NH 3↑＋H2↑ C．每当产生标准状况下22.4L气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少4g D．离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 【变式训练2·变题型】现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A．NaB(OH)4中B的化合价为+3价 B．N室发生的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影响H3BO3的纯度 D．a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜 【环境保护与学科知识结合】【变式训练3】利用H2O2在碱性条件下实现废水中(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于，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 B．废水室中反应的离子方程式为 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气体，则双极膜内减少54gH2O 考点三 电化学综合计算 知识点1 计算依据——三个相等 1．同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 2．同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 3．串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。 知识点2 电化学计算的常用方法 1．根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据__________列出比例式计算。 2．根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数__________。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 3．根据关系式计算 根据__________守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式： 4e-~ (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，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。 知识点3 分阶段电解计算技巧 1．离子放电顺序优先级别 (1)阴极：____________________________________________； (2)阳极：____________________________________________。 注意：实际放电受离子浓度影响，如高浓度 Fe2+可能优先于H+放电。 2．溶液恢复原状的策略：加入CuO或Cu(OH)2：补充电解消耗的铜和氧元素，使溶液复原。 3．高效解题步骤 步骤 操作要点 ①‌审题定向 区分原电池/电解池，明确电极材料与电解质组成 ②‌写电极反应 结合放电顺序和介质条件，书写半反应式 ③‌选计算模型 根据问题类型(产物质量、pH 变化等)选择总反应式、电子守恒或关系式法 ④‌守恒列式 优先用电子守恒构建等式，避免分步计算误差 考向1 守恒法在电化学计算中的应用 例1 (2025·河北·模拟预测)二氧化氯()气体是一种对环境无二次污染的高效水处理剂。催化电解制备的装置示意图如图所示。下列说法不正确的是 A．电极a为阳极，发生氧化反应 B．阴极区溶液中浓度逐渐增大 C．理论上电路中每转移1mol，阳极室溶液质量减少67.5g D．理论上阴极室和阳极室生成气体的物质的量之比为1：2 思维建模 电子守恒法的应用 串联电化学装置中阴、阳两极产物，正负两极产物间的计算，常依据电子守恒计算，即每个电极上转移的电子数相同。 【变式训练2变考法】用惰性电极电解2 L 0.5 mol/L的硝酸银溶液，当在电路中通过0.1 mol电子后，调换正、负极，电路中又通过了0.2 mol电子，此时溶液pH为(假设溶液体积不变)( ) A．1 B．2 C．3 D．无法确定 【变式训练2变载体】(2025·浙江省NBchem联盟高三联考)以纯Zn作为阴极，以石墨作为阳极，电解某浓度的ZnSO4溶液，阴极产物均附在电极上，通电一段时间后，关闭电源，迅速撤去电极(设产物无损耗)。若在电解后的溶液加入4.95g Zn(OH)2，则恰好可以使得溶液恢复到原浓度。已知1mol·L的NaHSO4的下列说法正确的是( ) A．反应过程中，Zn极板只发生：Zn－2e-=Zn2＋ B．反应过程中，氧气在两极均生成 C．整个电解过程中，产生标况下气体共2.24L D．ZnSO4水溶液为酸性，这只和Zn2+水解有关 【变式训练3·变题型】(2025·陕西·模拟预测)可充电水系锌-二氧化碳(Zn-CO2)电池，当闭合时，其原理如图所示。已知复合膜(由a、b膜复合而成，a膜只允许H+通过，b膜只允许OH-通过)层间的H2O解离成H+和OH-，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。下列有关说法错误的是 A．闭合K1，锌电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－ B．闭合K1，一段时间后，阴极区的不变 C．闭合K2，OH-从电极流向复合膜 D．闭合K2，若理论上阳极生成CO2的体积换算为标况标准下，其数值为11.2L，则外电路转移0.5mol电子 考向2 电化学计算中复杂动态过程分析 例2用石墨作电极电解500 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 A．阳极析出0.1molCu B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．往电解后得到的溶液加入0.1molCuO可恢复原来的浓度 D．电解后溶液中c(H＋)为0.4mol·L-1 思维建模 复杂动态过程分析 (1)分阶段电解计算——依据离子放电顺序分步计算电子转移： ①阴极：Ag+> Cu2+> H+> …… ②阳极：活性电极>S2+>I-> Br->Cl->OH- ③示例：电解含 Cu2+和 Fe2+的混合液，阴极先析出Cu后析出Fe，需分段计算电量 (2)溶液复原计算——恢复电解后溶液成分的策略 ①电解uSO4溶液：加CuO或Cu(OH)2补充消耗的Cu和O元素。 ②电解NaCl溶液：通HCl气体恢复Cl-浓度。 【变式训练1·变载体】在100 mL HNO3和AgNO3的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合溶液中Ag＋的物质的量浓度为( ) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 【变式训练2·变考法】用惰性电极电解一定浓度CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是( ) A．电解过程中阴极没有气体生成 B．电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 mol C．原CuSO4溶液的浓度为0.1 mol·L－1 D．电解过程中阳极收集气体体积为1.12 L(标准状况下) 【变式训练3·变题型】以惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，两电极上产生的气体(标准状况下测定)体积如下图所示，下列有关说法正确的是( ) A．a表示阴极上产生的气体，t1前产生的为H2 B．常温下若t2时溶液的体积为1L，此时溶液的pH为13 C．原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为1∶1 D．若原溶液体积为1L，则原溶液中的物质的量浓度为0.2mol/L 1．(2025·浙江1月卷，12，3分)一种可充放电Li－O2电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为Li2O和Li2O2，随温度升高Q(消耗1molO2转移的电子数)增大。下列说法不正确的是( ) A．熔融盐中LiNO3的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，Li＋优先于K+通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区O2-转化为O22- D．充电时，锂电极接电源负极 2．(2023•浙江1月卷，11，3分)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( ) A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl-参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动 3．(2023•浙江6月卷，13，3分)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( ) A．电极A接电源正极，发生氧化反应 B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH- C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 4．(2022•浙江6月卷，21，2分)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( ) A．电极A为阴极，发生还原反应 B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+ C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变 D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3 5．(2020•浙江7月卷，21，2分)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO−放电可得到R−R(烷烃)。下列说法不正确的是 A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR−R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH B．RCOO−在阳极放电，发生氧化反应 C．阴极的电极反应：2H2O＋2e−2OH−＋H2↑ D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 24 / 24 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$