第04讲 电化学原理的综合应用（复习讲义）（山东专用）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 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 多池电化学装置 知识点1 常见多池串联装置 知识点2 二次电池的充放电 知识点3 电子转移的计算 考向1 串联装置分析及计算 【思维建模】多池串联中，装置类型的判断方法 考向2 新型二次电池充放电 【思维建模】二次电池的解题流程成 考点二 离子交换膜在电化学中的应用 知识点1 离子交换膜的种类 知识点2 离子交换膜的应用与分析方法 考向1 单一离子交换膜电化学装置 考向2 双极膜电化学装置 考向3 多膜多室电化学装置 04 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 2022年 2021年 多池串联装置分析与计算 选择题 非选择题 13T,(4分) 可充电电池的充放电 选择题 非选择题 12T,(4分) 15T,(4分) 离子交换膜的应用 选择题 非选择题 12T,(4分) 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题不多，试题多以不定项选择题为主，题目一般难度较大，题目多以新型电池为背景，主要从以下几方面考查：多池电化学装置、新型可充电电池、离子交换膜的使用等，考查综合利用原电池和电解池原理对电化学装置进行分析判断电极、电极反应式书写、电子转移、离子的移动、溶液PH变化、离子交换膜的作用以及相关计算等综合能力。 2．从命题思路上看，电化学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。 复习目标： 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。 考点一 多池电化学装置 知识点1 常见多池串联装置图 1.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。 2.原电池与电解池的串联(如图) 甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。 知识点2 二次电池的充放电 1.可充电电池原理示意图 充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作“正接正，负接负”。 2.可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。 3.放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。 例：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。 知识点3 电子转移的计算 电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。 由得失电子守恒建立各量间的关系。 ①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。 ②根据电解方程式或电极反应式计算。 ③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系： O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH- 涉及气体体积计算，使用22.4 L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。 考向1 串联装置的分析及计算 例1(2024·泰安模拟)NO⁃空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是(　　) A.b膜为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸时，M室溶液的质量变化为18g(溶液体积变化忽略不计) D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L 思维建模 多池串联中,装置类型的判断方法 (1)装置类型的判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极;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。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。 (2)常用规律 ①多池串联的装置中,先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池,其余装置一般为电解池。 ②与原电池正极相连的电极为电解池阳极,与原电池负极相连的电极为电解池阴极,据此判断各池中发生的反应。 【变式训练1·变载体】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(　　) 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3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体 【环境保护与电化学结合】【变式训练2】我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是(　　) A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2R B.电池工作时，负极区要保持呈酸性 C.工作一段时间后，正极区的pH变大 D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为2 考向2 新型二次电池充放电 例2 （2025·山东济宁·二模）金属Bi对全钒液流电池负极有催化作用，放电时负极反应分两步进行，其中一步为，电池工作原理如图所示, 下列有关说法正确的是 A．放电时另一步负极电极反应式： B．充电时a极的电极电势大于b极 C．放电过程中转移1mole⁻，正极区H⁺减少1mol D．充电时，b极区H2O的物质的量增大 思维建模 可充电电池解题流程 第一步：审题 逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。 第一步：确定装置类型 放电为原电池，充电为电解池。 第二步：判断电极名称 放电时的正极为充电时间阳极，放电时的负极为充电时的阴极。 第三步：写出电极反应 放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应；放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应。 第四步：分析离子移动 由生成一极向消耗一极移动；区域pH变化：OH-生成区，H+消耗区，pH增大；OH-消耗区，H+生成区，pH减小。 【变式训练1·变载体】（2025·山东名校大联考·4月联合检测）一种基于多离子策略的钾型双离子电池，其示意图如下，充电过程中到达锡电极，与电极形成合金化反应，同时到达石墨电极，插层进入石墨层间。下列说法错误的是 A．放电时，为负极 B．充电时，石墨电极反应式为 C．放电时，当有电子转移时锡电极质量减少 D．锂、钾与锡可形成合金，有利于电子的传输，极大的提升电池倍率性能及可逆容量 【变式训练2·变载体】钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图： 下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动 B．充电时，光照可促进电子的转移 C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I D．放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移2 mol电子 考点二 离子交换膜在电化学中的应用 知识点1 离子交换膜的种类 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。 知识点2 离子交换膜的作用及分析方法 1.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。 2.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。 考向1 单一离子交换膜电化学装置 例1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(　　) 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-===HCOOH C.每转移0.4 mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10 g D.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 【变式训练1】(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： 。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↑ 【变式训练2】某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电Zn⁃NH3电池，能实现NH3到H2的高效转化。已知Mo2C/NiCu@C电极上充放电循环的总反应为2NH3===3H2+N2，工作原理如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.放电时的Mo2C/NiCu@C电极电势高于锌箔电极 B.放电时，Mo2C/NiCu@C电极反应式：2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O C.交换膜可用阴离子交换膜 D.充电时，锌箔接直流电源的负极 考向2 双极膜电化学装置 例2(2024·济南模拟)利用如图所示装置可合成己二腈[NCCN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H+和OH-向两极移动。下列说法错误的是(　　) A.放电时，N极的电势低于M极的电势 B.放电时，双极膜中OH-向M极移动 C.充电时，N极的电极反应式为2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN D.若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态 【变式训练1】(2024·青岛模拟)有学者研制出可持久放电的Cu⁃PbO2双极膜二次电池，其工作原理示意图如图。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。 已知：Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。 下列说法正确的是(　　) A.膜p适合选用阴离子交换膜 B.放电时，理论上硫酸和NaOH溶液的浓度均不变 C.放电时，两极上均有气体生成 D.导线中通过1 mol e-，理论上两极质量变化之差为15 g 【变式训练2】一种具有双极膜的酸⁃碱液流电池如图所示，工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，下列说法不正确的是(　　) A.充电时电极b是阳极 B.充电时KOH溶液中KOH的物质的量增大 C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小 D.每消耗1 mol DSAQ，双极膜处有2 mol H2O解离 考向3 多膜多室电化学装置 例3(2022·全国甲卷，10)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S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+Mn2++2H2O 【变式训练1】(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(　　) 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0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下) 【变式训练2】(2024·聊城模拟)利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH，捕集烟气中CO2，制备NaHCO3。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H2O解离，提供H+和OH-。 下列说法正确的是(　　) A.阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜 C.电路中转移2 mol电子时共产生2 mol NaOH D.该装置总反应的化学方程式为4H2O2H2↑+O2↑+2H++2OH- 1.（2025年·山东12）全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是 A.隔膜为阳离子交换膜 B.放电时，a极为负极 C.充电时，隔膜两侧溶液浓度均减小 D.理论上，每减少总量相应增加 2.（2022年·山东13）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。下列说法正确的是 A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 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，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 3.（2022年·山东15）是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是 A.每个晶胞中个数为x B.每个晶胞完全转化为晶胞，转移电子数为8 C.每个晶胞中0价Cu原子个数为 D.当转化为时，每转移电子，产生原子 4. （2025·安徽卷13）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许通过。下列说法正确的是 A.放电时电解质溶液质量减小 B.放电时电池总反应为 C.充电时移向惰性电极 D.充电时每转移电子，降低 5.（2025·北京卷14）用电解溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极I 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是 A.，说明实验i中形成原电池，反应为 B.，是因为ii中电极Ⅱ上缺少作为还原剂 C.，说明iii中电极I上有发生反应 D.，是因为电极I上吸附的量：iv>iii 1 / 2 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 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 多池电化学装置 知识点1 常见多池串联装置 知识点2 二次电池的充放电 知识点3 电子转移的计算 考向1 串联装置分析及计算 【思维建模】多池串联中，装置类型的判断方法 考向2 新型二次电池充放电 【思维建模】二次电池的解题流程成 考点二 离子交换膜在电化学中的应用 知识点1 离子交换膜的种类 知识点2 离子交换膜的应用与分析方法 考向1 单一离子交换膜电化学装置 考向2 双极膜电化学装置 考向3 多膜多室电化学装置 04 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 2022年 2021年 多池串联装置分析与计算 选择题 非选择题 13T,(4分) 可充电电池的充放电 选择题 非选择题 12T,(4分) 15T,(4分) 离子交换膜的应用 选择题 非选择题 12T,(4分) 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题不多，试题多以不定项选择题为主，题目一般难度较大，题目多以新型电池为背景，主要从以下几方面考查：多池电化学装置、新型可充电电池、离子交换膜的使用等，考查综合利用原电池和电解池原理对电化学装置进行分析判断电极、电极反应式书写、电子转移、离子的移动、溶液PH变化、离子交换膜的作用以及相关计算等综合能力。 2．从命题思路上看，电化学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。 复习目标： 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。 考点一 多池电化学装置 知识点1 常见多池串联装置图 1.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。 2.原电池与电解池的串联(如图) 甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。 知识点2 二次电池的充放电 1.可充电电池原理示意图 充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作“正接正，负接负”。 2.可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。 3.放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。 例：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。 知识点3 电子转移的计算 电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。 由得失电子守恒建立各量间的关系。 ①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。 ②根据电解方程式或电极反应式计算。 ③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系： O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH- 涉及气体体积计算，使用22.4 L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。 考向1 串联装置的分析及计算 例1(2024·泰安模拟)NO⁃空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是(　　) A.b膜为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸时，M室溶液的质量变化为18g(溶液体积变化忽略不计) D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L 【答案】D 【解析】NO⁃空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池的正极，通入NO的一极为负极。乙和丙池均为电解池。M室反应2H2O-4e-===O2↑+4H+产生的H+通过a膜和N室的Cl-通过b膜在浓缩室形成HCl，所以b膜为阴离子交换膜，A项正确；乙池中SO2被氧化为，NO被还原为N，总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S，B项正确；浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸即增加H+物质的量为4 L×(0.6-0.1) mol·L-1=2 mol，所以M室发生反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，转移2 mol H+时减少水的物质的量为1 mol，质量为1 mol×18 g·mol-1=18 g，C项正确；没有给出气体所处的压强与温度，无法计算，D项错误。 思维建模 多池串联中,装置类型的判断方法 (1)装置类型的判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极;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。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。 (2)常用规律 ①多池串联的装置中,先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池,其余装置一般为电解池。 ②与原电池正极相连的电极为电解池阳极,与原电池负极相连的电极为电解池阴极,据此判断各池中发生的反应。 【变式训练1·变载体】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(　　) 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3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体 【答案】C 【解析】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。 【环境保护与电化学结合】【变式训练2】我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是(　　) A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2R B.电池工作时，负极区要保持呈酸性 C.工作一段时间后，正极区的pH变大 D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为2 【答案】AB 【解析】a电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+，a电极为负极，左侧还发生反应：2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+，b电极为正极，电极反应式为R+2H++2e-===H2R，右侧还发生反应：O2+H2R===R+H2O2，实现废气处理和能源利用。负极区生成Fe3+，为防止Fe3+水解生成Fe(OH)3，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，B项正确；氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，C项错误；根据原电池正极区的反应，每转移2 mol电子消耗1 mol氧气，现消耗氧气的物质的量为=0.005 mol，则转移电子0.01 mol，由电解总反应式：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+知，生成0.01 mol氢离子，c(H+)==0.1 mol·L-1，则电解后的CuSO4溶液的pH约为1，D项错误。 考向2 新型二次电池充放电 例2 （2025·山东济宁·二模）金属Bi对全钒液流电池负极有催化作用，放电时负极反应分两步进行，其中一步为，电池工作原理如图所示, 下列有关说法正确的是 A．放电时另一步负极电极反应式： B．充电时a极的电极电势大于b极 C．放电过程中转移1mole⁻，正极区H⁺减少1mol D．充电时，b极区H2O的物质的量增大 【答案】AC 【解析】金属Bi对全钒液流电池负极有催化作用，负极反应第一步反应，消耗，生成，第二步反应，消耗失电子，生成，故第二步反应，负极电极反应式为，故a极为负极，b极为正极，发生反应。充电时a极为阴极，发生还原反应；b极为阳极，发生氧化反应。 A．金属Bi对全钒液流电池负极有催化作用，负极反应第一步反应，消耗，生成，第二步反应，消耗失电子，生成，故第二步反应，A正确； B．放电时a极为负极，b极为正极；充电时a极为阴极，b极为阳极；电势：阳极>阴极，即b极的电极电势大于a极，B错误； C．放电过程中外电路转移1mole⁻，有1mol H⁺从负极区经质子交换膜进入正极区，同时正极发生反应，消耗2mol H⁺，正极区H⁺共减少2mol-1mol=1mol，C正确； D．充电时，b极阳极，发生氧化反应，消耗水，阳极区H2O的物质的量减少，D错误。 思维建模 可充电电池解题流程 第一步：审题 逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。 第一步：确定装置类型 放电为原电池，充电为电解池。 第二步：判断电极名称 放电时的正极为充电时间阳极，放电时的负极为充电时的阴极。 第三步：写出电极反应 放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应；放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应。 第四步：分析离子移动 由生成一极向消耗一极移动；区域pH变化：OH-生成区，H+消耗区，pH增大；OH-消耗区，H+生成区，pH减小。 【变式训练1·变载体】（2025·山东名校大联考·4月联合检测）一种基于多离子策略的钾型双离子电池，其示意图如下，充电过程中到达锡电极，与电极形成合金化反应，同时到达石墨电极，插层进入石墨层间。下列说法错误的是 A．放电时，为负极 B．充电时，石墨电极反应式为 C．放电时，当有电子转移时锡电极质量减少 D．锂、钾与锡可形成合金，有利于电子的传输，极大的提升电池倍率性能及可逆容量 【答案】BC 【解析】充电时阳离子移向阴极，由题干可知，锡电极为阴极，钾离子、锂离子与锡离子得电子合金化形成合金，石墨为阳极，到达石墨电极，插层进入石墨层间；则放电时，锡电极为负极，氧化生成锡离子，石墨电极为正极，从石墨层间脱出来。 A．由分析可知，放电时，锡电极为负极，A正确； B．充电时，石墨电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：，B错误； C．放电时，当有电子转移时，钾、锂在电极上失电子形成离子脱离电极，锡电极质量减少量无法计算，C错误； D．锂、钾与锡可形成合金，增强导电性和电容量，有利于电子的传输，极大的提升电池倍率性能及可逆容量，D正确。 【变式训练2·变载体】钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图： 下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动 B．充电时，光照可促进电子的转移 C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I D．放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移2 mol电子 【答案】D 【解析】由题图中信息知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，Na＋由M极移向N极，A正确；根据题图：TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，光可以促进I－在TiO2光电极上转移电子，B正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，根据题图，阳极电极反应式为3I－－2e－===I，C正确；充电时Na2S4被还原为Na2S，电极反应式为S＋6e－===4S2－，则放电时负极反应式为4S2－－6e－===S，由此可知若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移3 mol电子，D错误。 考点二 离子交换膜在电化学中的应用 知识点1 离子交换膜的种类 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。 知识点2 离子交换膜的作用及分析方法 1.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。 2.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。 考向1 单一离子交换膜电化学装置 例1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(　　) 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-===HCOOH C.每转移0.4 mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10 g D.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 【答案】C 【解析】N极失去电子，为负极，发生氧化反应，故A正确；M极为正极，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。 【变式训练1】(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： 。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↑ 【答案】A 【解析】据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，HCHO发生氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，阳极反应：①HCHO+OH--e-===HCOOH+H2↑，②HCOOH+OH-===HCOO-+H2O，阴极反应：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2；而传统电解水：2H2O2H2↑+O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，OH-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；由分析可知阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确。 【变式训练2】某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电Zn⁃NH3电池，能实现NH3到H2的高效转化。已知Mo2C/NiCu@C电极上充放电循环的总反应为2NH3===3H2+N2，工作原理如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.放电时的Mo2C/NiCu@C电极电势高于锌箔电极 B.放电时，Mo2C/NiCu@C电极反应式：2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O C.交换膜可用阴离子交换膜 D.充电时，锌箔接直流电源的负极 【答案】B 【解析】放电时，锌箔电极为原电池的负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-===，Mo2C/NiCu@C电极为正极，电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，氢氧根离子通过阴离子交换膜由正极移向负极；充电时，与直流电源负极相连的锌箔电极为阴极，电极反应式为[Zn]2-+2e-===Zn+4OH-，Mo2C/NiCu@C电极为阳极，碱性条件下氨分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极移向阳极。 考向2 双极膜电化学装置 例2(2024·济南模拟)利用如图所示装置可合成己二腈[NCCN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H+和OH-向两极移动。下列说法错误的是(　　) A.放电时，N极的电势低于M极的电势 B.放电时，双极膜中OH-向M极移动 C.充电时，N极的电极反应式为2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN D.若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态 【答案】BD 【解析】放电时N极为负极，M极为正极，M极电势高，故A正确；放电时，双极膜解离出的OH-向负极N极移动，B错误；充电时阴极反应：2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN，C正确；充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，转移2 mol电子，有2 mol OH-移入左室，放电时负极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，放电时生成1 mol O2，转移4 mol电子，有4 mol H+移入左室，则不能使左室恢复至初始状态，D错误。 【变式训练1】(2024·青岛模拟)有学者研制出可持久放电的Cu⁃PbO2双极膜二次电池，其工作原理示意图如图。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。 已知：Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。 下列说法正确的是(　　) A.膜p适合选用阴离子交换膜 B.放电时，理论上硫酸和NaOH溶液的浓度均不变 C.放电时，两极上均有气体生成 D.导线中通过1 mol e-，理论上两极质量变化之差为15 g 【答案】D 【解析】因为Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2，是负极，PbO2是正极，电极反应为PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O，氢离子通过膜p向正极移动，氢氧根离子通过膜q向负极移动，膜p适合选用阳离子或质子交换膜，A错误；放电时，由正、负极的电极反应式结合双极膜的作用可知，硫酸的浓度减小，NaOH溶液的浓度不变，B错误；放电时，两极上均无气体生成，C错误；导线中通过1 mol e-，理论上负极质量增加17 g、正极质量增加32 g，两极质量变化之差为15 g，D正确。 【变式训练2】一种具有双极膜的酸⁃碱液流电池如图所示，工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，下列说法不正确的是(　　) A.充电时电极b是阳极 B.充电时KOH溶液中KOH的物质的量增大 C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小 D.每消耗1 mol DSAQ，双极膜处有2 mol H2O解离 【答案】C 【解析】充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，则电极a为阴极，电极b为阳极，阳极电极反应式为2Br--2e-===Br2；放电时电极a为负极，电极b为正极。根据分析，充电时，双极膜处产生的H+移向左边阴极区，OH-移向KOH溶液，K+从阳极区经过阳离子交换膜移向KOH溶液，所以KOH的物质的量增大，B正确；放电时，负极发生电极反应：H2DSAQ-2e-===DSAQ+2H+，负极区产生的H+与KOH溶液中等量的OH-透过双极膜移至双极膜中间结合生成水，故负极区溶液的pH基本不变，C错误。 考向3 多膜多室电化学装置 例3(2022·全国甲卷，10)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S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+Mn2++2H2O 【答案】A 【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O，K+从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误、C正确；Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O，D正确。 【变式训练1】(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(　　) 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0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下) 【答案】C 【解析】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。 【变式训练2】(2024·聊城模拟)利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH，捕集烟气中CO2，制备NaHCO3。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H2O解离，提供H+和OH-。 下列说法正确的是(　　) A.阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜 C.电路中转移2 mol电子时共产生2 mol NaOH D.该装置总反应的化学方程式为4H2O2H2↑+O2↑+2H++2OH- 【答案】A 【解析】由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，与电源正极相连的阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ为阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根离子向右移动，右侧Na2SO4中钠离子通过阳离子交换膜向左移动，硫酸根离子通过阴离子交换膜向右移动，据此回答。由分析知，阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，A正确；Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；电路中转移2 mol e-时阴极区生成2 mol NaOH，双极膜与左侧阳离子交换膜之间生成2 mol NaOH，故共产生4 mol NaOH，C错误；由阴极和阳极电解反应式得，该装置总反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑，D错误。 1.（2025年·山东12）全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是 A.隔膜为阳离子交换膜 B.放电时，a极为负极 C.充电时，隔膜两侧溶液浓度均减小 D.理论上，每减少总量相应增加 【答案】BC 【解析】全铁流电池原理为2Fe3++Fe=3Fe2+，a极发生Fe-2e-=Fe2+，为负载铁的石墨电极做负极，b极发生Fe3++e-=Fe2+，发生还原反应，b为石墨电极，做正极。 A．两极通过阴离子平衡电荷，隔膜允许阴离子通过，为阴离子交换膜，A错误；B．根据分析，放电时，a极为负极，b极为正极，B正确；C．充电时，a接电源负极，为阴极，电极反应式为Fe2++2e-=Fe，b接电源正极，为阳极，发生的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+，两极的Fe2+均减少，C正确；D．根据总反应方程式2Fe3++Fe=3Fe2+可知，Fe3+减少1mol，Fe2+增加1.5mol，D错误。 2.（2022年·山东13）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。下列说法正确的是 A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 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，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 【答案】BD 【解析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A错误；B．对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；D．若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)= ；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，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。 3.（2022年·山东15）是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是 A.每个晶胞中个数为x B.每个晶胞完全转化为晶胞，转移电子数为8 C.每个晶胞中0价Cu原子个数为 D.当转化为时，每转移电子，产生原子 【答案】BD 【解析】A．由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，位于体内的铜离子和亚铜离子的个数之和为8，设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b，则a+b=8-4x，由化合价代数和为0可得2a+b=4×2，解得a=4x，故A错误；B．由题意可知，Na2Se转化为Cu2-xSe的电极反应式为Na2Se-2e-+(2-x)Cu=Cu2-xSe+2Na+，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，则每个晶胞中含有4个Na2Se，转移电子数为8，故B正确；C．由题意可知，Cu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为Cu2-xSe+ e-+Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4，则每个晶胞中含有4个NaCuSe，晶胞中0价铜而个数为(4-4x)，故C错误；D．由题意可知，NayCu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为NayCu2-xSe+(1-y) e-+(1-y) Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，所以每转移(1-y)电子，产生(1-x)mol铜，故D正确。 4. （2025·安徽卷13）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许通过。下列说法正确的是 A.放电时电解质溶液质量减小 B.放电时电池总反应为 C.充电时移向惰性电极 D.充电时每转移电子，降低 【答案】C 【解析】金属锂易失去电子，则放电时，惰性电极为负极，气体扩散电极为正极，电池在使用前需先充电，目的是将解离为和，则充电时，惰性电极为阴极，电极的反应为：，阳极为气体扩散电极，电极反应：，放电时，惰性电极为负极，电极反应为：，气体扩散电极为正极，电极反应为，据此解答。 A．放电时，会通过固体电解质进入电解质溶液，同时正极会生成进入储氢容器，当转移2mol电子时，电解质溶液质量增加，即电解质溶液质量会增大，A错误；B．放电时，由分析中的正、负电极反应可知，总反应为，B错误；C．充电时，向阴极移动，则向惰性电极移动，C正确；D．充电时每转移电子，会有与结合生成，但不知道电解液体积，无法计算降低了多少，D错误。 5.（2025·北京卷14）用电解溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极I 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是 A.，说明实验i中形成原电池，反应为 B.，是因为ii中电极Ⅱ上缺少作为还原剂 C.，说明iii中电极I上有发生反应 D.，是因为电极I上吸附的量：iv>iii 【答案】D 【解析】按照图1电解溶液，石墨1为阳极，发生反应，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应，石墨2中会吸附少量氢气；图2中电极Ⅰ为正极，氧气发生还原反应，电极Ⅱ为负极。 A．由分析可知，石墨1中会吸附少量氧气，石墨2中会吸附少量氢气，实验i会形成原电池，，反应为2H2+O2=2H2O，A正确；B．因为ii中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少作为还原剂，故导致，B正确；C．图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验iii中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明iii中电极I上有发生反应，C正确；D．，实验iii与实验iv中电极Ⅰ不同，，是因为电极I上吸附的量：iv>iii，D错误。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$