第04讲 电化学原理的综合运用（复习讲义）（四川专用）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 01 2 02 体系构建·思维可视 3 03 核心突破·靶向攻坚 4 考点一 多池串联原理分析 4 知识点1 无外接电源电池类型的判断方法 4 知识点2 有外接电源电池类型的判断方法 5 考向1 原电池与电解池的串联 5 考向2 外接电源与电解池的串联 8 【思维建模】解答电池串联问题的思维流程 考点二 离子交换膜电化学装置 10 知识点1 常见的离子交换膜 10 知识点2 离子迁移方向的判断 11 考向1 单膜电化学装置 12 考向2 双膜电化学装置 14 考向3 双极膜电化学装置 16 考向4 各种膜综合运用电化学装置 18 【思维建模】多室膜装置的分析方法 考点三 电化学原理的相关计算 21 知识点1 电化学计算的三种方法 21 知识点2 以跨学科信息为载体的电化学计算 22 考向1 电化学原理的相关计算 22 【思维建模】膜两边溶液相关计算的常考题型及解题思路 考向2 跨学科的电化学计算 25 0427 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 离子交换膜电化学装置 选择题 非选择题 湖北卷T14，3分 广东卷T16，4分 黑吉辽卷T12，3分 湖北卷T10，3分 全国甲卷T12，6分 重庆卷T10，3分 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题主要以选择题为主，以环境保护、新工艺为背景，以陌生的新型电池为载体，离子交换膜（单膜、双膜、双极膜、多种膜的综合运用）的电化学装置是考查的重点。 2．从命题思路上看， (1)了解各种离子交换膜的功能和应用，体会离子交换膜对电化学的重要作用； (2)能正确书写电极反应式，应用守恒思想解决电化学的计算； (3)识别电化学装置的类别，快速判断原电池的正负极、电解池的阴阳极，提升模型认知的科学素养； (4)以新情境为载体进行命题，增强题目的情境性和创新性。 预计今后继续以新型陌生的电池作为命题热点，考查考生的信息获取能力和模型分析能力。 复习过程中熟记常见原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断方法，理解守恒思想在电化学计算中的应用，常见的离子交换膜的辨别，多关注化学与环境、化学与电池知识。 复习目标： 1. 掌握多池连接的分析应用。 2.了解离子交换膜的分类及特点。 3. 理解离子交换膜在装置中的作用。 4. 熟悉电化学综合计算中的常用方法。 电化学原理的综合运用 多室串联的原理分析 离子交换膜的电化学装置 电化学原理的相关计算 原电池和电解池的串联 外接电源和电解池的串联 典型原电池装置（如燃料电池、铅酸蓄电池） 看电极材料 看是否能进行自发的氧化还原反应 看电极反应或反应现象 有外接电源的均为电解池 概念：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 分类 作用 单膜 双膜 双极膜：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。 多种膜的综合运用 阳离子交换膜 阴离子交换膜 质子交换膜 隔离某些物质，防止发生反应 用于物质的制备 物质的分离，提纯 电化学计算的三种方法 跨学科的电化学计算 根据电极反应式或总反应计算 得失电子守恒 关系式法 法拉第常数 电流效率 考点一 多池串联原理分析 知识点1 无外接电源电池类型的判断方法 (1)直接判断 非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。 上图中通入O2的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，b电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 (2) 根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极一个碳棒电极；而电解池一般两个都是惰性电极，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。如图所示，B为原电池，A为电解池。 (3) 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示，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。 知识点2 有外接电源电池类型的判断方法 (1)A、B为两个串联电解池，相同时间内，通过各个电极的电子数相等。 (2)电极名称：Zn、Cu2电极是阳极，Fe、Cu1电极是阴极。 (3)电极反应：Zn电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。 得分速记 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如图所示，甲为电镀池，乙、丙均为电解池。 考向1 原电池与电解池的串联 例1 　(2024·山东泰安模拟)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，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A.交换膜b为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310NH＋5SO C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(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 【详解】NO-空气质子交换膜燃料电池中通入O2的一极为原电池(甲池)的正极，通入NO的一极为原电池(甲池)的负极。乙池和丙池均为电解池，乙池的左侧电极与电源正极相连，为阳极；丙池的右侧电极与电源负极相连，为阴极。丙池左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过交换膜a，与通过交换膜b移向浓缩室的Cl－形成HCl，所以交换膜b为阴离子交换膜，A正确；乙池中SO2被氧化为SO，NO被还原为NH，反应还有NH3参与，由得失电子守恒和原子守恒可得总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310NH＋5SO，B正确；丙池左侧电极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室转移至浓缩室的H＋的物质的量为4 L×(0.6－0.1)mol·L－1＝2 mol，所以M室生成2 mol H＋，相当于减少1 mol H2O，则M室溶液的质量变化为18 g，C正确；没有给出气体所处状态，无法计算气体体积，D错误。故选D。 【变式训练1】（2025•四川遂宁射洪学校•一模）我国科学家设计了一种利用废水中的将苯酚氧化为和的原电池—电解池组合装置(如图所示)。已知：水分子不能透过离子交换膜。羟基自由基()的氧化性仅次于氟气。下列说法错误的是 A．电流方向为a电极→d电极→c电极→b电极→a电极 B．b电极的电极反应为 C．电解池中流出的溶液X呈碱性 D．电路中每转移28mole-，消耗2mol苯酚 【答案】C 【分析】该装置是利用废水中的将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置，左侧为原电池，右侧为电解池，a电极发生还原反应，为正极，b电极发生氧化反应，为负极，则c电极为阴极，d电极为阳极； 【详解】A．a电极为原电池的正极，b电极为原电池的负极，c电极为电解池的阴极，d电极为电解池的阳极，因此电流方向为a电极→d电极→c电极→b电极→a电极，A项正确； B．由图中转化关系可知，b电极的电极反应为，B项正确； C．c电极上的反应为，同时有通过质子交换膜进入该区域，因此溶液的组成不变，C项错误； D．b电极的电极反应为 ，d电极为电解池的阳极，电极反应为，进一步氧化苯酚，方程式为，电路中每转移，消耗苯酚2mol，D项正确； 故选C。 【变式训练2】（2025•四川宜宾第三中学•二模）浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置从含的浆液中分离得到含的溶液并制备NaOH．下列说法错误的是 A. 起始加入的溶液浓度： B. 膜a和膜b均适合选用阴离子交换膜 C. 工作时，溶液质量减小、NaOH稀溶液质量增加 D. 导线中通过1 mol，理论上电解池中两极共生成0.75 mol气体 【答案】C 【解析】 【分析】从图中可知，左侧为浓差电池，右边为电解池，NaOH稀溶液中水得电子生成氢气和氢氧根离子，钠离子向NaOH区移动，从而生成NaOH使NaOH溶液浓度增大，因此惰性电极Ⅱ为阴极，则惰性电极Ⅰ为阳极，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，向阳极区移动与氢离子反应生成，则左侧Cu(Ⅱ)为正极，Cu(Ⅰ)为负极，浓度大的CuSO4溶液中的Cu电极为正极，故c2>c1。 【详解】A．根据分析可知，起始时CuSO4溶液浓度c2>c1，A正确； B．浓差电池中硫酸根离子通过膜a从右向左移动，电解池中通过膜b从右向左移动，故膜a和膜b均选用阴离子交换膜，B正确； C．Na2SO4溶液中逸出1mol氧气的同时移入2mol，Na2SO4溶液质量增加，C错误； D．电解池阴、阳极反应分别为2H2O+2e-=H2↑+2OH-、2H2O-4e-=4H++O2↑，转移1mol电子，阴极上生成0.5mol氢气，阳极上生成0.25mol氧气，共生成0.75mol气体，D正确； 故答案选C。 【变式训练3】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 【详解】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。 考向2 外接电源与电解池的串联 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)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)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变为Ag，所以质量增加的Cu电极是阴极，Y为电源正极，X为电源负极。 （2）电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大； 电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小； 在铜上镀银，Ag失电子变成Ag+，而溶液中的Ag+又变成Ag，Ag+浓度保持不变，溶液pH不变。 （3）通电5min，C中析出0.02molAg，电路中通过0.02 mole-，A中放出0.01molH2，溶液中生成0.02molOH- ，c(OH-)=0.02mol/0.2L=0.1mol/L，pH=13 思维建模 解答电池串联问题的思维流程 【变式训练1】如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　 　) A．x是负极，y是正极 B．a极产生氢气，b极生成I2 C．a极和Pt电极都有气泡产生 D．U形管中溶液的碱性减弱 【答案】　D 【详解】淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－===I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H＋放电，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增强，故D错误，A、B正确；铂为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确。 【变式训练2】某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和铜的精炼的工作原理是离子交换膜 ，下列说法正确的是( ) A.甲装置中 电极和C电极位置可以互换 B. 可以是阳离子交换膜，也可以是阴离子交换膜 C.电解前后乙装置中硫酸铜浓度保持不变 D.电解一段时间后去掉并将C电极换成电极继续通电，则 电 极的电极反应式为 【答案】D 【分析】乙为精炼铜的装置，则粗铜作阳极，精铜作阴极，电源的右侧与粗铜相连，为电源的正极， 左侧为负极，所以甲装置中的电极为阴极，C电极为阳极。若将 电极和C电极位置互换，则 电极作阳极，通电后，阳极上失电子生成进入溶液，溶液中的 就不可能在阳极上失 电子生成，另外，阴极区可能会生成 沉淀，不属于氯碱工业，A错误。甲装置工作时， C电极上失电子生成，电极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，则阳极区的 透过离子 交换膜迁移至左侧 电极附近，所以此离子交换膜可以是阳离子交换膜，若为阴离子交换膜，则 电极处产生的 会进入C电极区和氯气反应，B错误。 故选D。 考点二 离子交换膜电化学装置 知识点1 常见的离子交换膜 (1)概念：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。 (2)分类 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。 (3)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。 得分速记 分清离子交换膜的方法： ①写出电极反应式，根据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余； ②根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向； ③看电解质溶液的酸碱性； ④题目中的信息分析。 知识点2 离子迁移方向的判断 (1)离子从“生成区”移向“消耗区”(以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示) (2)离子从“原料区”移向“产品区”(以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示) (3)离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区(以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极) 【易错警示】 (1)判断离子迁移方向，重点要厘清题目通过原电池或电解池的要实现怎样的目的； (2)离子迁移方向口诀：原电池：正正负负，电解池：阴阳相吸。 考向1 单膜电化学装置 例1 【电化学和能量图像相结合】（2025•成都石室中学•二模）华南师范大学兰亚乾教授课题组从催化剂结构与性能间关系的角度，设计了一种催化剂同时作用在阳极和阴极，用于CH3OH氧化和CO2还原反应耦合的混合电解，工作原理如图甲所示。不同催化剂条件下CO2→CO电极反应历程如图乙所示。下列说法不正确的是 A. 电解总反应为2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2O B. 理论上若有44gCO2被转化，则有2molH+从左侧向右侧迁移 C. 与Ni8-TET催化剂相比，使用Ni-TPP时催化效果更好 D. 若以铅蓄电池为电源，则B极应与PbO2极相连接 【答案】B 【解析】 【分析】根据图示，A电极二氧化碳得电子发生还原反应生成CO、B电极甲醇失电子发生氧化反应生成甲酸，A是阴极、B是阳极。 【详解】A．A电极二氧化碳得电子生成CO、B电极甲醇失电子生成甲酸，电解总反应为2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2O，故A正确； B．A是阴极、B是阳极，理论上若有44gCO2被转化，则电路中转移2mol电子，根据电荷守恒，则有2molH+从右侧向左侧迁移，故B错误； C．使用Ni-TPP时反应活化能小，所以与Ni8-TET催化剂相比，使用Ni-TPP时催化效果更好，故C正确； D．A是阴极、B是阳极，铅蓄电池中PbO2为正极、Pb为负极，若以铅蓄电池为电源，B极应与PbO2极相连接，故D正确； 选B。 【变式训练1】利用CO2和HCl废气作为原料,通过电化学原理制备光气(COCl2)原料气的装置如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.a为直流电源的负极 B.有机电解液有利于增大CO2的溶解度 C.若用盐酸代替有机电解液,则电极产物可能改变 D.若产生1 mol Cl2,则理论上左室液体增重16 g 【答案】D 【解析】CO2发生还原反应生成CO,该电极是阴极,故a为直流电源的负极,A项正确;CO2为非极性分子,在有机溶剂中的溶解度较大,有利于CO2在阴极放电,B项正确;左室中的电极反应为CO2+2H++2e-CO+H2O,若用盐酸代替有机电解液,溶液中的H+易在阴极放电产生H2,C项正确;若产生1 mol Cl2,则电路中转移2 mol电子,阴极产生1 mol CO,同时有2 mol H+通过质子交换膜进入左室,因此,理论上左室液体增重16 g+2 g=18 g,D项错误。 故答案为：D。 【变式训练2】CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径,下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法(不考虑CO2的溶解)。下列说法正确的是 (　　) A.a电极与电源的正极相连 B.每消耗22.4 L(标准状况下)CO2,有2NA个S透过阴离子交换膜进入b极区(NA表示阿伏加德罗常数的值) C.a极区中c(C)逐渐增大,b极区中c(CH3COO-)逐渐增大 D.外电路转移1 mol电子,阳极区溶液质量增加48 g 【答案】D 【解析】根据题图可知,a电极上CO2→CO,碳元素的化合价降低,得电子,发生还原反应,因此a电极为阴极,b电极为阳极。根据分析可知,a电极应与电源的负极相连,A项错误;根据题图可知,a电极上CO2和HC均放电,电极反应为CO2+2HC+2e-CO+H2O+2C和2HC+2e-2C+H2↑,消耗CO2的同时有H2生成,故无法确定有多少S透过阴离子膜进入b极区,B项错误;由a电极的电极反应可知,电解过程中,a极区c(C)逐渐增大,b电极为阳极,电极反应为C6H5CH2OH-2e-+2CH3COO-C6H5CHO+2CH3COOH,b极区c(CH3COO-)逐渐减小,C项错误;由电荷守恒可知,外电路转移1 mol电子,有0.5 mol S由左侧向右侧迁移,阳极区溶液质量增加0.5 mol×96 g·mol-1=48 g,D项正确。 考向2 双膜电化学装置 例2（2025•四川八市联考•一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是 A．电极a是负极，发生还原反应 B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜 C．电极b的电极反应为： D．电解质中发生的反应为： 【答案】D 【分析】该装置为原电池，利用原电池原理制取，电极a通入H2，电极b通入O2，最终得到，H2在a电极发生氧化反应，则a极是负极，b极是正极，据此分析解答。 【详解】A．电极a是负极，发生氧化反应，A错误； B．该装置用于制取，电极a生成H+，阳离子向正极移动，透过A膜，电极b生成和OH-，阴离子向负极移动，透过B膜，二者结合生成，所以A膜、B膜分别为阳离子、阴离子交换膜，B错误； C．电极b通入O2，发生还原反应，电极反应为：，C错误； D．由题图可知，电池工作时，、OH-和H+作用生成，发生反应为：，D正确； 故选D。 【变式训练1】城市污水循环用作城市稳定的第二水源,对缓解城市用水危机有重要意义。高铁酸盐[Fe(Ⅵ)]作为一种绿色环保水处理剂,兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果,电解制备K2FeO4(紫色固体,能溶于水,微溶于KOH浓溶液)的装置示意图如图所示。下列说法正确的是 (　　　) A.KOH可以循环使用,制备过程中无须添加 B.工作时,左室和右室溶液的pH均减小 C.生成1 mol高铁酸钾,左室溶液质量会增加234 g D.a交换膜为阳离子交换膜,b交换膜为阴离子交换膜 【答案】D 【解析】由图可知,右室铁转化为高铁酸根离子,铁元素化合价升高,则铁为阳极,Pt为阴极,阳极反应为Fe+8OH--6e-Fe+4H2O,阴极反应为6H2O+6e-3H2↑+6OH-,由阴、阳两极电极反应可知,转移电子的物质的量相同时,阳极消耗的OH-比阴极生成的OH-多,所以制备过程中要添加KOH,A项错误;阴极反应为6H2O+6e-3H2↑+6OH-,OH-浓度增大,溶液的pH增大,B项错误;生成1 mol高铁酸钾,转移6 mol电子,由阴极反应可知,为了维持左室电荷守恒,有6 mol钾离子通过阳离子交换膜进入左室,溶液质量会增加(6×39-6)g=228 g,C项错误。 【变式训练2】三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图，下列说法正确的是(　　) A.酸碱的浓度：进等于出 B.右侧电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C.装置工作一段时间后，n(a)∶n(b)＝2∶1 D.右侧离子交换膜为阴离子交换膜 【答案】B 【解析】三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱，由题图可知，中间室离子向两侧迁移，右侧得到氢氧化锂、左侧得到硫酸，则右侧电极为阴极，水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子；左侧电极为阳极，水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子；左室有生成的氢离子和迁移过来的硫酸根离子，硫酸浓度变大；右室有生成的氢氧根离子和迁移过来的锂离子，氢氧化锂浓度变大，A错误；右侧电极水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；a为生成的氧气，b为生成的氢气，根据电子守恒可知，生成气体n(a)∶n(b)＝1∶2，C错误；右侧离子交换膜可以让锂离子通过，为阳离子交换膜，D错误。 考向3 双极膜电化学装置 例3【新型材料和电化学结合】（2025•四川泸州•一模）中国科学院福建研究所制备了一种新型铋基ZMOF(Bi－ZMOF)材料，将其用做Zn－CO2电池的电极，可提高电池放电效率，电池结构如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极移动。下列有关说法正确的是 A．锌电极的电势高于Bi－ZMOF电极的电势 B．放电时，每消耗0.2mol Zn，双极膜内解离3.6g H2O C． Bi－ZMOF电极的反应式为：CO2＋2H＋－2e－=HCOOH D． Bi－ZMOF电极具有吸附CO2，并催化CO2转化为HCOOH的作用 【答案】D 【分析】由图可知，锌片为原电池的负极，碱性条件下Zn失去电子发生氧化反应生成[Zn(OH)4]2-；Bi—ZMOF电极为正极，酸性条件下CO2在正极得到电子发生还原反应，生成HCOOH。双极膜中的H＋移向Bi—ZMOF电极、OH－离子移向锌片。 【详解】A．由分析可知，Zn为电池的负极，Bi－ZMOF为电池的正极，正极的电势高于负极的电势，因此锌电极的电势低于Bi－ZMOF电极的电势，A错误； B．由分析可知，双极膜中的H＋移向Bi—ZMOF电极、OH－离子移向锌片。电池工作时，每消耗0.2mol Zn时，外电路转移电子的物质的量为0.2mol×2=0.4mol。在串联电路中，任何一个截面经过的电量都是相同的，因此有0.4molH＋移向Bi—ZMOF电极，双极膜内将解离0.4mol水，即0.4mol×18g·mol-1=7.2g水，B错误； C．由分析可知，Bi—ZMOF电极为正极，酸性条件下CO2在正极得到电子发生还原反应生成HCOOH，电极反应式为CO2＋2H＋－2e－=HCOOH，C错误； D．根据题意，新型铋基ZMOF(Bi－ZMOF)材料用做Zn－CO2电池的电极，可提高电池放电效率，因此Bi－ZMOF电极主要起吸附CO2，并催化CO2转化为HCOOH的作用，D正确； 答案选D。 【变式训练1】【电化学和坐标图像相结合】（2025•四川德阳•一模）NiCo-LDHs电催化HMF()，NiCo-LDHs电极的物质转化过程为OHMF→HMFCA→FFCA→FDCA()，其工作原理如图1所示，各物质含量的动态变化如图2所示。下列说法正确的是 A．NiCo-LDHs电极电势低于石墨烯电极电势 B．HMFCA转化为FFCA是整个转化过程的决速步 C．石墨烯电极产物为 D．一段时间后，两电极室pH均减小 【答案】B 【分析】NiCo-LDHs电极材料上HMF()最终转化为FDCA()，其中醛基、羟基转化为羧基，发生氧化反应，则该电极为阳极，与电源正极相连，以此分析； 【详解】A．根据分析，NiCo-LDHs电极为阳极电极电势高于石墨烯电极电势，A错误； B．由图2可知FFCA的物质的量始终接近0，可知该过程中FFCA能迅速转化为FDCA，则FFCA转化为FDCA的活化能最小，反应一段时间后HMFCA高于HMF和FFCA，可知HMFCA转化为FFCA的反应速率较其他反应慢，而慢反应决定总反应速率，即HMFCA转化为FFCA是整个转化过程的决速步，B正确； C．石墨烯电极为阴极，吸引溶液中的阳离子，氢离子发生还原反应生成氢气，即石墨烯电极产物为氢气，C错误； D．转化过程中NiCo-LDHs电极上HMF最终转化为FDCA，该过程中生成羧酸，溶液酸性增强，pH减小，阴极电极室中氢离子发生还原反应，酸性减小，pH增大，D错误； 故答案为：B。 【变式训练2】我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合,实现协同转化。①单独制备H2O2:2H2O+O22H2O2。反应不能自发进行。②单独脱除SO2:4OH-+2SO2+O22S+2H2O。反应能自发进行。协同转化装置如图所示(在电场作用下,双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+,并向两极迁移)。下列分析错误的是 (　　) A.左侧电极电势比右侧电极电势低 B.产生H2O2的电极反应:O2+2e-+2H+H2O2 C.反应过程中无须补加稀硫酸 D.协同转化总反应:SO2+O2+2H2OH2O2+H2SO4 【答案】D 【解析】左侧电极为电池的负极,右侧电极为电池的正极,正极的电势比负极的电势高,故左侧电极电势比右侧电极电势低,A项正确;由题图可知,产生H2O2的电极反应为O2+2e-+2H+H2O2,B项正确;H+与电子所带的电荷数相等,当反应进行时,右侧消耗H+的量等于迁移的H+的量,所以不需要补加稀硫酸,C项正确;根据题图可得,负极反应为SO2-2e-+4OH-S+2H2O,正极反应为O2+2e-+2H+H2O2,故协同转化的总反应为SO2+O2+2NaOHH2O2+Na2SO4,D项错误。 考向4 多种膜综合运用电化学装置 例4双极膜是阴阳复合膜,在直流电的作用下,阴阳复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。双极膜电渗析法固碳技术可将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　　) A.双极膜层间的OH-均向右侧迁移 B.电极室中NaNO3的作用是作电解质,增强导电性 C.该技术实践中应向碱室中快速通入足量CO2以加速CO2的矿化封存 D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+ 【答案】C 【解析】左侧双极膜中的H+向左移动,进入左侧硝酸钠溶液中,发生反应2H++2e-H2↑,OH-向右移动进入碱室与二氧化碳反应生成C,C通过阴离子交换膜进入CaCl2溶液生成CaCO3;CaCl2溶液中的Cl-通过阴离子交换膜进入酸室,右侧双极膜中的H+向左移动进入酸室,OH-向右移动,进入右侧硝酸钠溶液中,发生反应4OH--4e-O2↑+2H2O。根据分析,双极膜中的OH-均向右移动,A项正确;由分析可知,硝酸钠没有参与反应,但硝酸钠是强电解质,能够增强溶液的导电性,B项正确;向碱室中快速通入足量二氧化碳,会导致增大,不利于CO2的矿化封存,C项错误;根据以上分析,该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+,D项正确。 思维建模 多室膜装置的分析方法 （1） 分清交换膜的类型，判断哪一种离子可以通过交换膜； （2） 写出电极反应式，判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据溶液电中性判断离子迁移的方向； （3） 分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应。 【变式训练1】（2025•四川南充•二模）某研究团队利用东海海水和长江江水来制作渗析电池装置如图(不考虑溶解氧的影响)，其中电极均为Ag/AgCl金属难溶盐电极，下列说法正确的是 A. 工作一段时间后，ad两区NaCl溶液的浓度差减小 B. 内电路中，由c区向b区迁移 C. d区发生的电极反应式为 D. 电路中转移时，理论上d区东海海水的质量减少23g 【答案】A 【解析】 【分析】由图可知，电子从右侧电极流出，则右侧电极为负极，发生电极反应：；左侧电极为正极，发生电极反应：。钠离子透过阳离子交换膜进入河水中（a、c室），b室的过阴离子交换膜，由b区向c区迁移，据此解答。 【详解】A．由分析可知，右侧电极为负极，Ag放电产生的Ag+结合溶液中的Cl-生成AgC1，同时Na+由d区向c区迁移；左侧电极为正极，AgCl放电生成Cl-，同时Na+由b区向a区迁移，所以工作一段时间后，d区NaCl浓度减小，而a区NaCl浓度增大，ad两区NaCl溶液的浓度差减小，A正确； B．由分析可知，右侧电极为负极，为阴离子，将向负极迁移，则内电路中，透过阴膜，由b区向c区迁移，B错误； C．由分析可知，右侧电极为负极，d区发生的电极反应式为：，C错误； D．d区发生电极反应：，即Ag放电产生的Ag+结合溶液中的Cl-生成AgC1，同时Na+由d区向c区迁移，当电路中转移时，理论上d区东海海水减少1mol、1mol，即质量减少58.5g，D错误； 故选A。 【变式训练2】用惰性电极电解Na[B(OH)4]溶液制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列说法正确的是 (　　　) A.a极电势高于b极电势 B.X膜、Y膜应为阴离子交换膜,Z膜为阳离子交换膜 C.电解过程中阳极区H+浓度始终保持不变 D.产品室每生成1 mol H3BO3,原料室溶液质量减少102 g 【答案】D 【解析】a极是阴极,b极是阳极,电解过程中阳极室水失电子生成氧气和氢离子,氢离子向产品室移动,与[B(OH)4]-反应,阴极室水得到电子生成氢气和OH-,原料室中Na+进入阴极室生成氢氧化钠。Y膜为阴离子交换膜,Z膜为阳离子交换膜,B项错误;电解过程中阳极区水失电子生成氧气和氢离子,氢离子移入产品室,但阳极区水减少,所以H+浓度增大,C项错误;产品室每生成1 mol H3BO3,原料室减少1 mol Na[B(OH)4],所以溶液质量减少102 g,D项正确。 考点三 电化学原理的相关计算 知识点1 电化学计算的三种方法 (1)根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列出比例式计算。 (2)根据得失电子守恒计算：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4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)。 【易错警示】 （1）判断电极区质量增大或减小时，不光要考虑反应生成的物质（消耗的物质），还要考虑溶液中移入（移出）电极区的微粒。 （2）计算原电池或电解池中膜两侧溶液质量变化时，要注意气体的排放或吸收、沉淀的析出或固体的溶解，尤其不能忽略离子通过膜的转移对溶液质量的影响。 知识点2 以跨学科信息为载体的电化学计算 电化学与物理上的电学息息相关，跨学科命题更能考查考生的综合能力，是高考命题的重要趋势，解题时要注意公式中各物理量的含义和单位。例如，(1)结合法拉第常数命题，用到的计算公式为Q＝It＝nF；(2)引入电流效率的概念。 考向1 电化学原理的相关计算 例1 电化学降解硝酸盐中NO的原理如图所示。 电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应式为____________________　____________________________________________________。若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差|Δm左|－|Δm右|为________g。 【答案】A　2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O　14.4 【详解】与B相连的电极上，NO转化为N2，发生了还原反应，因此B是电源的负极，A是电源的正极。根据得失电子守恒和电荷守恒、原子守恒可写出阴极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。电解过程中，若转移2 mol电子，阳极2 mol H＋通过质子交换膜移向阴极，则阳极电解液质量减少2 mol×1 g·mol－1＋0.5 mol×32 g·mol－1＝18 g；阴极电解液质量减少0.2 mol×28 g·mol－1－2 g＝3.6 g。即当通过2 mol电子时，两极质量变化差|Δm左|－|Δm右|＝18 g－3.6 g＝14.4 g。 思维建模 膜两边溶液相关计算的常考题型及解题思路 （1）离子迁移量：n（转移电子）=n（迁移离子）◊ （2）溶液质量变化：考虑脱离溶液体系的物质（如生成的气体，产生的沉淀），特别注意不要忽略离子迁移带来溶液质量变化的影响。 （3）pH变化量：考虑溶液的酸碱性，计算溶液中c(H+)或c(OH-)，从而得到pH的数值 【变式训练1】如图装置中，b电极用金属M制成，a、c、d为石墨电极，接通电源，金属M沉积于b极，同时a、d电极上产生气泡。试回答： (1)a为___极，c极的电极反应式为___________________。 (2)电解开始时，在B烧杯的中央，滴几滴淀粉溶液，能观察到的现象是________________________，电解进行一段时间后，罩在c极上的试管中也收集到了气体，此时c极上的电极反应为________________。 (3)当d极上收集到44.8 mL(标准状况)气体时停止电解，a极上放出了________mol气体，若b电极上沉积金属M的质量为0.432 g，则此金属的摩尔质量为_______ g·mol－1。 (4)向(3)中电解停止后的A烧杯中加蒸馏水使溶液体积仍为200 mL，取这种溶液加入到25.0 mL 0.100 mol·L－1 HCl溶液中，当加入31.25 mL溶液时刚好沉淀完全。试计算：电解前A烧杯中MNO3溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 【答案】 （1）阳 2I－－2e－===I2 （2）c极附近的溶液首先变成蓝色 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ （3）0.001 108 （4）0.1 【详解】由电解原理可得：金属M沉积于b极，说明b是阴极，则a是阳极，c是阳极，d是阴极。(1)因c是阳极，溶液中的阴离子放电，根据离子的放电顺序可知是I－放电：2I－－2e－===I2。(2)在B烧杯中，c是阳极，溶液中的阴离子放电，即2I－－2e－===I2，I2遇到淀粉变蓝，I－放电完毕后，OH－放电：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，c极上的试管中收集到的气体为氧气。(3)d极上氢离子放电：产生的H2的物质的量为＝0.002 mol 2H＋　 ＋　 2e－　===　H2↑ 0．004 mol　0.004 mol　0.002 mol a极上氢氧根离子放电： 4OH－　－　4e－　===2H2O＋O2↑ 0．004 mol　0.004 mol　0.001 mol 即氧气的物质的量为0.001 mol。 b极上M＋放电： M＋＋　e－　===　　M 0．004 mol　　　　0.004 mol 则金属M的摩尔质量为＝108 g·mol－1。 (4)设稀释后MNO3溶液的浓度为x，根据反应： Cl－　　＋　　　　M＋　=== MCl↓ 0．100 mol·L－1×0.025 L　x×0.03125 L 解得x＝0.08 mol·L－1，所以电解停止后溶液中M＋的物质的量为0.08 mol·L－1×0.2 L＝0.016 mol。则电解前A烧杯中MNO3溶液中M＋的物质的量＝0.004 mol＋0.016 mol＝0.02 mol。则电解前MNO3溶液的物质的量浓度＝＝0.1 mol·L－1。 【变式训练2】某理工大学科研团队利用廉价的金属磷化物作为催化剂,阴极吸收CO2产生氢气的同时生成碳酸的酸式盐,阳极甲醇氧化生成甲酸钾(HCOOK),产氢降碳,一举两得,是清洁能源转化的有效途径,其电解原理如图所示。下列说法错误的是 (　　　) A.阳极反应:CH3OH+5OH--4e-HCOO-+4H2O B.阴极反应:2CO2+2H2O+2e-2HC+H2↑ C.外电路转移0.2 mol电子时,阴极一侧增加的质量为16.4 g D.16 g CH3OH参与反应时,通过阳离子交换膜的K+为0.25 mol 　 【答案】D 【详解】外电路转移0.2 mol电子时,阴极吸收0.2 mol CO2,生成0.1 mol H2,同时通过离子交换膜迁移过来的K+为0.2 mol,阴极增加的质量为0.2 mol×44 g·mol-1+0.2 mol×39 g·mol-1-0.1 mol×2 g·mol-1=16.4 g,C项正确;16 g CH3OH为0.5 mol,阳极电极反应转移2 mol电子,则通过阳离子交换膜的K+为2 mol,D项错误。 【变式训练3】用电解法可将CO2转化为工业原料C2H4、CO，原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A.离子交换膜为质子交换膜 B.若乙室产物只有1 mol CO生成，则乙室质量增加18 g C.若乙室生成CO、C2H4物质的量比为1∶1，则两电极产生气体的物质的量相同 D.电解过程中甲室稀硫酸浓度不断增大 【答案】D 【解析】二氧化碳在铜电极表面转化为乙烯，碳元素从＋4价降为－2价，被还原，该电极是电解池的阴极，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，因此装置中的离子交换膜为质子交换膜，阳极区的氢离子通过交换膜进入阴极区，故A不符合题意；CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，生成1 mol CO的同时生成1 mol H2O，因此乙室增加的质量为18 g，故B不符合题意；若阴极生成CO与C2H4的物质的量之比为1∶1，设两种产物都是1 mol，则转移电子的总物质的量为14 mol，阳极产生氧气的物质的量为3.5 mol，两电极产生气体的物质的量不相同，故C符合题意；电解过程中，甲室中硫酸的物质的量不变，但水的量减少，导致硫酸浓度增大，故D不符合题意。 考向2 跨学科的电化学计算 例2 (1)如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。当甲池中消耗0.1 mol N2H4时，乙池中某电极上产生12 g固体，则该装置的电流效率η＝________。 (2)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S[LiPF6·SO(CH3)2为电解质]。用该电池为电源，石墨为电极进行如图的电解实验。 ①当电极X减少2.8 g时，电子转移________mol。(电解质均足量) ②当电流为I A(1 A＝1 C·s－1)，通过时间t s时，甲池增重m g(每个电子的电量为q C)，请写出阿伏加德罗常数的表达式________。 【答案】(1)93.75%　(2)①0.4　②NA＝　 【详解】(1)由总反应式可知，通入N2H4的一极为负极，负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，消耗0.1 mol N2H4时，转移0.4 mol电子；乙池中Ag极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，产生12 g Cu时需要电子的物质的量为×2＝0.375 mol，则该装置的电流效率η＝×100%＝93.75%。 (2)①金属锂在负极发生氧化反应，电极反应式为Li－e－===Li＋，当电极X减少2.8 g时，锂的摩尔质量为7 g·mol－1，所以消耗的n(Li)＝0.4 mol，转移电子为0.4 mol。②甲池为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑；阳极发生氧化反应，电极反应式：2I－－2e－===I2，为了维持乙池溶液中电荷守恒，乙池中的钾离子通过阳离子交换膜进入甲池中，所以甲池增重的质量为钾离子与氢离子的质量差，1 mol钾离子与1 mol氢离子的质量差值为39 g－1 g＝38 g，即阴极溶液质量每增加38 g，转移电子为1 mol，根据已知，当转移电子 mol时，溶液质量增加m g，即＝m，所以NA＝。 【变式训练1】氨气含氢量高，是一种安全、易储运的优良小分子储氢载体。利用电解原理，可将氨气转化为高纯氢气，其装置如图所示： 已知：起始时两极电解质溶液质量相等，法拉第常数F(F＝96 500 C·mol－1)为阿伏加德罗常数与元电荷的乘积。下列说法正确的是(　　) A.a为电源正极，阳极上的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ B.反应一段时间后，右室KOH溶液中溶质的物质的量减小 C.当电源输出8 Ah电量时，产生的氢气在标准状况下的体积约为3.34 L D.忽略气体溶解产生的质量变化，当电路中有0.1 mol电子通过时，两室电解质溶液的质量差为1.8 g 【答案】C 【详解】电解池中，左侧电极上NH3发生失电子的氧化反应生成N2，则左侧电极为阳极、与电源正极相接，右侧电极为阴极、与电源负极相接，阳极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，阴极上H2O得电子生成H2，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解池工作时，OH－从右侧区向左侧区移动，据此分析解答。a电极为正极，碱性环境不可能生成H＋，阳极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，A错误；根据电荷守恒可知，右室有多少OH－生成就有多少OH－通过交换膜移向左室，KOH溶液中溶质的物质的量不变，B错误；根据电子守恒可知，当电源输出8 Ah电量时，产生的氢气在标准状况下的体积约为 mol×22.4 L·mol－1≈3.34 L，C正确；当电路中有0.1 mol电子通过时，两室电解质溶液的质量差为3.6 g，D错误。 【变式训练2·变载体】我国科学家开发了一种基于双功能Au正极上可充电的可逆水系Zn-CO2电池,其原理如图所示,放电时负极生成[Zn(OH)4]2-(已知:生成物电流效率=×100%,双极离子膜中水电离为H+和OH-)。下列说法错误的是 (　　　) A.放电时,正极反应为CO2+2H++2e-CO+H2O、2H++2e-H2↑ B.多孔金多枝晶有利于增大CO2的吸收速率 C.放电时,若生成H2和CO的物质的量之比为1∶9,则生成CO的电流效率为80% D.充电时,KOH溶液中OH-浓度增大 【答案】C 【详解】C项,令生成的H2和CO的物质的量分别为1 mol和9 mol,则转移电子总数为2 mol+18 mol=20 mol,生成CO的电流效率为×100%=90%,错误;D项,充电时,阴极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,反应生成了OH-,OH-浓度增大,正确。 1. （2025·河南卷）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A. Ⅱ为阳离子交换膜 B. 电极a附近溶液的减小 C. 电极b上发生的电极反应式为 D. 若海水用溶液模拟，则每脱除，理论上可回收 【答案】D 【解析】 【分析】由图可知，左侧为阴极，电极反应为，右侧为阳极，电极反应为，在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水，钠离子透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠，氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，在此处得到LiCl，则膜Ⅰ为阳膜，膜Ⅱ为阴膜，膜Ⅲ为阳膜，据此解答。 【详解】A．由分析可知，膜Ⅱ为阴膜， A错误 B．a电极的反应为，pH变大，B错误； C．由分析可知，电极b的反应为，C错误； D．每脱除58.5gNaCl，转移电子数为1mol，有1molLi+和1molCl-分别透过离子交换膜Ⅲ、膜Ⅱ，可得到1molLiCl，D正确； 故选D。 2. （2025·湖南卷）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A. 电解过程中，向左室迁移 B. 电解过程中，左室中的浓度持续下降 C. 用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D. 完全转化为的电解总反应： 【答案】B 【解析】 【分析】由图可知，左侧发生，N元素化合价下降，则左侧是阴极区，右侧发生，Cl元素化合价上升，则右侧是阳极区，据此解答； 【详解】A．电解池中，阳离子向阴极移动，则，向左室迁移，A正确； B．电解过程中，先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降结论，B错误； C．b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确； D．左侧阴极总反应是，右侧阳极总反应是，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确； 故选B。 3. （2024·湖北卷）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 D. 阴极区存在反应 【答案】B 【详解】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。 4．（2024·广东卷）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 【解析】 【分析】左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，从而实现冶铁，电极反应为：；右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，放电产生氯气，电极反应为：；中间为阳离子交换膜，由阳极向阴极移动。 【详解】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。 5．（2024·黑吉辽卷）“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 【详解】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。 6. （2023·湖北卷）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 【详解】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。 7. （2023·全国甲卷）用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是 A. 析氢反应发生在电极上 B. 从电极迁移到电极 C. 阴极发生反应有： D. 每转移电子，阳极生成气体(标准状况) 【答案】C 【详解】A．析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误； B．离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误； C．由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O，故C正确； D．水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e—=O2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误； 答案选C。 8. （2023·重庆卷）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是 A. 电极a为阴极 B. 从电极b移向电极a C. 电极b发生的反应为： D. 生成半胱氨酸的同时生成烟酸 【答案】D 【详解】A．a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确； B．电解池中阳离子移向阴极，则H+移向a电极，B正确； C．电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为： ，C正确； D．根据电子守恒可得关系式： ~6e-~6 ，因此生成6mol半胱氨酸的同时生成烟酸，D错误； 故选：D。 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 01 2 02 体系构建·思维可视 3 03 核心突破·靶向攻坚 4 考点一 多池串联原理分析 4 知识点1 无外接电源电池类型的判断方法 4 知识点2 有外接电源电池类型的判断方法 5 考向1 原电池与电解池的串联 5 考向2 外接电源与电解池的串联 8 【思维建模】解答电池串联问题的思维流程 考点二 离子交换膜电化学装置 10 知识点1 常见的离子交换膜 10 知识点2 离子迁移方向的判断 11 考向1 单膜电化学装置 12 考向2 双膜电化学装置 14 考向3 双极膜电化学装置 16 考向4 各种膜综合运用电化学装置 18 【思维建模】多室膜装置的分析方法 考点三 电化学原理的相关计算 21 知识点1 电化学计算的三种方法 21 知识点2 以跨学科信息为载体的电化学计算 22 考向1 电化学原理的相关计算 22 【思维建模】膜两边溶液相关计算的常考题型及解题思路 考向2 跨学科的电化学计算 25 0427 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 离子交换膜电化学装置 选择题 非选择题 湖北卷T14，3分 广东卷T16，4分 黑吉辽卷T12，3分 湖北卷T10，3分 全国甲卷T12，6分 重庆卷T10，3分 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，高考命题主要以选择题为主，以环境保护、新工艺为背景，以陌生的新型电池为载体，离子交换膜（单膜、双膜、双极膜、多种膜的综合运用）的电化学装置是考查的重点。 2．从命题思路上看， (1)了解各种离子交换膜的功能和应用，体会离子交换膜对电化学的重要作用； (2)能正确书写电极反应式，应用守恒思想解决电化学的计算； (3)识别电化学装置的类别，快速判断原电池的正负极、电解池的阴阳极，提升模型认知的科学素养； (4)以新情境为载体进行命题，增强题目的情境性和创新性。 预计今后继续以新型陌生的电池作为命题热点，考查考生的信息获取能力和模型分析能力。 复习过程中熟记常见原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断方法，理解守恒思想在电化学计算中的应用，常见的离子交换膜的辨别，多关注化学与环境、化学与电池知识。 复习目标： 1. 掌握多池连接的分析应用。 2.了解离子交换膜的分类及特点。 3. 理解离子交换膜在装置中的作用。 4. 熟悉电化学综合计算中的常用方法。 电化学原理的综合运用 多室串联的原理分析 离子交换膜的电化学装置 电化学原理的相关计算 原电池和电解池的串联 外接电源和电解池的串联 典型原电池装置（如燃料电池、铅酸蓄电池） 看电极材料 看是否能进行自发的 看电极反应或反应现象 有外接电源的均为 概念：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 分类 作用 单膜 双膜 双极膜：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。 多种膜的综合运用 交换膜 交换膜 交换膜 隔离某些物质，防止发生反应 用于物质的制备 物质的分离，提纯 电化学计算的三种方法 跨学科的电化学计算 根据电极反应式或总反应计算 守恒 关系式法 法拉第常数 电流效率 考点一 多池串联原理分析 知识点1 无外接电源电池类型的判断方法 (1)直接判断 非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。 上图中通入O2的电极反应为 ，b电极反应为 。 (2) 根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极一个碳棒电极；而电解池一般两个都是惰性电极，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。如图所示，B为 ，A为 。 (3) 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示，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 ，D是正极，C是负极；甲是 ，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。 知识点2 有外接电源电池类型的判断方法 (1)A、B为两个串联电解池，相同时间内，通过各个电极的电子数相等。 (2)电极名称：Zn、Cu2电极是 ，Fe、Cu1电极是 。 (3)电极反应：Zn电极反应为 ，Fe电极反应为 。 得分速记 有外接电源的各电池均为 ，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为 。如图所示，甲为电镀池，乙、丙均为电解池。 考向1 原电池与电解池的串联 例1 　(2024·山东泰安模拟)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，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A.交换膜b为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310NH＋5SO C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(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 【变式训练1】（2025•四川遂宁射洪学校•一模）我国科学家设计了一种利用废水中的将苯酚氧化为和的原电池—电解池组合装置(如图所示)。已知：水分子不能透过离子交换膜。羟基自由基()的氧化性仅次于氟气。下列说法错误的是 A．电流方向为a电极→d电极→c电极→b电极→a电极 B．b电极的电极反应为 C．电解池中流出的溶液X呈碱性 D．电路中每转移28mole-，消耗2mol苯酚 【变式训练2】（2025•四川宜宾第三中学•二模）浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置从含的浆液中分离得到含的溶液并制备NaOH．下列说法错误的是 A. 起始加入的溶液浓度： B. 膜a和膜b均适合选用阴离子交换膜 C. 工作时，溶液质量减小、NaOH稀溶液质量增加 D. 导线中通过1 mol，理论上电解池中两极共生成0.75 mol气体 【变式训练3】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 考向2 外接电源与电解池的串联 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)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)。 思维建模 解答电池串联问题的思维流程 【变式训练1】如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　 　) A．x是负极，y是正极 B．a极产生氢气，b极生成I2 C．a极和Pt电极都有气泡产生 D．U形管中溶液的碱性减弱 【变式训练2】某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和铜的精炼的工作原理是离子交换膜 ，下列说法正确的是( ) A.甲装置中 电极和C电极位置可以互换 B. 可以是阳离子交换膜，也可以是阴离子交换膜 C.电解前后乙装置中硫酸铜浓度保持不变 D.电解一段时间后去掉并将C电极换成电极继续通电，则 电 极的电极反应式为 考点二 离子交换膜电化学装置 知识点1 常见的离子交换膜 (1)概念：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。 (2)分类 ① 交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 ② 交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③ 交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。 ④ 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。 (3)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。 得分速记 分清离子交换膜的方法： ①写出电极反应式，根据电极反应式确定该电极附近哪种离子 ； ②根据溶液呈 ，判断出离子移动的方向； ③看电解质溶液的 ； ④题目中的信息分析。 知识点2 离子迁移方向的判断 (1)离子从“生成区”移向“消耗区”(以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示) (2)离子从“原料区”移向“产品区”(以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示) (3)离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区(以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极) 【易错警示】 (1)判断离子迁移方向，重点要厘清题目通过原电池或电解池的要实现怎样的目的； (2)离子迁移方向口诀：原电池：正正负负，电解池：阴阳相吸。 考向1 单膜电化学装置 例1 【电化学和能量图像相结合】（2025•成都石室中学•二模）华南师范大学兰亚乾教授课题组从催化剂结构与性能间关系的角度，设计了一种催化剂同时作用在阳极和阴极，用于CH3OH氧化和CO2还原反应耦合的混合电解，工作原理如图甲所示。不同催化剂条件下CO2→CO电极反应历程如图乙所示。下列说法不正确的是 A. 电解总反应为2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2O B. 理论上若有44gCO2被转化，则有2molH+从左侧向右侧迁移 C. 与Ni8-TET催化剂相比，使用Ni-TPP时催化效果更好 D. 若以铅蓄电池为电源，则B极应与PbO2极相连接 【变式训练1】利用CO2和HCl废气作为原料,通过电化学原理制备光气(COCl2)原料气的装置如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.a为直流电源的负极 B.有机电解液有利于增大CO2的溶解度 C.若用盐酸代替有机电解液,则电极产物可能改变 D.若产生1 mol Cl2,则理论上左室液体增重16 g 【变式训练2】CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径,下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法(不考虑CO2的溶解)。下列说法正确的是 (　　) A.a电极与电源的正极相连 B.每消耗22.4 L(标准状况下)CO2,有2NA个S透过阴离子交换膜进入b极区(NA表示阿伏加德罗常数的值) C.a极区中c(C)逐渐增大,b极区中c(CH3COO-)逐渐增大 D.外电路转移1 mol电子,阳极区溶液质量增加48 g 考向2 双膜电化学装置 例2（2025•四川八市联考•一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是 A．电极a是负极，发生还原反应 B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜 C．电极b的电极反应为： D．电解质中发生的反应为： 【变式训练1】城市污水循环用作城市稳定的第二水源,对缓解城市用水危机有重要意义。高铁酸盐[Fe(Ⅵ)]作为一种绿色环保水处理剂,兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果,电解制备K2FeO4(紫色固体,能溶于水,微溶于KOH浓溶液)的装置示意图如图所示。下列说法正确的是 (　　　) A.KOH可以循环使用,制备过程中无须添加 B.工作时,左室和右室溶液的pH均减小 C.生成1 mol高铁酸钾,左室溶液质量会增加234 g D.a交换膜为阳离子交换膜,b交换膜为阴离子交换膜 【变式训练2】三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图，下列说法正确的是(　　) A.酸碱的浓度：进等于出 B.右侧电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C.装置工作一段时间后，n(a)∶n(b)＝2∶1 D.右侧离子交换膜为阴离子交换膜 考向3 双极膜电化学装置 例3【新型材料和电化学结合】（2025•四川泸州•一模）中国科学院福建研究所制备了一种新型铋基ZMOF(Bi－ZMOF)材料，将其用做Zn－CO2电池的电极，可提高电池放电效率，电池结构如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极移动。下列有关说法正确的是 A．锌电极的电势高于Bi－ZMOF电极的电势 B．放电时，每消耗0.2mol Zn，双极膜内解离3.6g H2O C． Bi－ZMOF电极的反应式为：CO2＋2H＋－2e－=HCOOH D． Bi－ZMOF电极具有吸附CO2，并催化CO2转化为HCOOH的作用 【变式训练1】【电化学和坐标图像相结合】（2025•四川德阳•一模）NiCo-LDHs电催化HMF()，NiCo-LDHs电极的物质转化过程为OHMF→HMFCA→FFCA→FDCA()，其工作原理如图1所示，各物质含量的动态变化如图2所示。下列说法正确的是 A．NiCo-LDHs电极电势低于石墨烯电极电势 B．HMFCA转化为FFCA是整个转化过程的决速步 C．石墨烯电极产物为 D．一段时间后，两电极室pH均减小 【变式训练2】我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合,实现协同转化。①单独制备H2O2:2H2O+O22H2O2。反应不能自发进行。②单独脱除SO2:4OH-+2SO2+O22S+2H2O。反应能自发进行。协同转化装置如图所示(在电场作用下,双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+,并向两极迁移)。下列分析错误的是 (　　) A.左侧电极电势比右侧电极电势低 B.产生H2O2的电极反应:O2+2e-+2H+H2O2 C.反应过程中无须补加稀硫酸 D.协同转化总反应:SO2+O2+2H2OH2O2+H2SO4 考向4 多种膜综合运用电化学装置 例4双极膜是阴阳复合膜,在直流电的作用下,阴阳复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。双极膜电渗析法固碳技术可将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　　) A.双极膜层间的OH-均向右侧迁移 B.电极室中NaNO3的作用是作电解质,增强导电性 C.该技术实践中应向碱室中快速通入足量CO2以加速CO2的矿化封存 D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+ 思维建模 多室膜装置的分析方法 （1） 分清交换膜的类型，判断哪一种离子可以通过交换膜； （2） 写出电极反应式，判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据溶液电中性判断离子迁移的方向； （3） 分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应。 【变式训练1】（2025•四川南充•二模）某研究团队利用东海海水和长江江水来制作渗析电池装置如图(不考虑溶解氧的影响)，其中电极均为Ag/AgCl金属难溶盐电极，下列说法正确的是 A. 工作一段时间后，ad两区NaCl溶液的浓度差减小 B. 内电路中，由c区向b区迁移 C. d区发生的电极反应式为 D. 电路中转移时，理论上d区东海海水的质量减少23g 【变式训练2】用惰性电极电解Na[B(OH)4]溶液制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列说法正确的是 (　　　) A.a极电势高于b极电势 B.X膜、Y膜应为阴离子交换膜,Z膜为阳离子交换膜 C.电解过程中阳极区H+浓度始终保持不变 D.产品室每生成1 mol H3BO3,原料室溶液质量减少102 g 考点三 电化学原理的相关计算 知识点1 电化学计算的三种方法 (1)根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列出比例式计算。 (2)根据得失电子守恒计算：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4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)。 【易错警示】 （1）判断电极区质量增大或减小时，不光要考虑反应生成的物质（消耗的物质），还要考虑溶液中移入（移出）电极区的微粒。 （2）计算原电池或电解池中膜两侧溶液质量变化时，要注意气体的排放或吸收、沉淀的析出或固体的溶解，尤其不能忽略离子通过膜的转移对溶液质量的影响。 知识点2 以跨学科信息为载体的电化学计算 电化学与物理上的电学息息相关，跨学科命题更能考查考生的综合能力，是高考命题的重要趋势，解题时要注意公式中各物理量的含义和单位。例如，(1)结合法拉第常数命题，用到的计算公式为Q＝It＝nF；(2)引入电流效率的概念。 考向1 电化学原理的相关计算 例1 电化学降解硝酸盐中NO的原理如图所示。 电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应式为____________________　____________________________________________________。若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差|Δm左|－|Δm右|为________g。 思维建模 膜两边溶液相关计算的常考题型及解题思路 （1）离子迁移量：n（转移电子）=n（迁移离子）◊ （2）溶液质量变化：考虑脱离溶液体系的物质（如生成的气体，产生的沉淀），特别注意不要忽略离子迁移带来溶液质量变化的影响。 （3）pH变化量：考虑溶液的酸碱性，计算溶液中c(H+)或c(OH-)，从而得到pH的数值 【变式训练1】如图装置中，b电极用金属M制成，a、c、d为石墨电极，接通电源，金属M沉积于b极，同时a、d电极上产生气泡。试回答： (1)a为___极，c极的电极反应式为___________________。 (2)电解开始时，在B烧杯的中央，滴几滴淀粉溶液，能观察到的现象是________________________，电解进行一段时间后，罩在c极上的试管中也收集到了气体，此时c极上的电极反应为________________。 (3)当d极上收集到44.8 mL(标准状况)气体时停止电解，a极上放出了________mol气体，若b电极上沉积金属M的质量为0.432 g，则此金属的摩尔质量为_______ g·mol－1。 (4)向(3)中电解停止后的A烧杯中加蒸馏水使溶液体积仍为200 mL，取这种溶液加入到25.0 mL 0.100 mol·L－1 HCl溶液中，当加入31.25 mL溶液时刚好沉淀完全。试计算：电解前A烧杯中MNO3溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 【变式训练2】某理工大学科研团队利用廉价的金属磷化物作为催化剂,阴极吸收CO2产生氢气的同时生成碳酸的酸式盐,阳极甲醇氧化生成甲酸钾(HCOOK),产氢降碳,一举两得,是清洁能源转化的有效途径,其电解原理如图所示。下列说法错误的是 (　　　) A.阳极反应:CH3OH+5OH--4e-HCOO-+4H2O B.阴极反应:2CO2+2H2O+2e-2HC+H2↑ C.外电路转移0.2 mol电子时,阴极一侧增加的质量为16.4 g D.16 g CH3OH参与反应时,通过阳离子交换膜的K+为0.25 mol 【变式训练3】用电解法可将CO2转化为工业原料C2H4、CO，原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A.离子交换膜为质子交换膜 B.若乙室产物只有1 mol CO生成，则乙室质量增加18 g C.若乙室生成CO、C2H4物质的量比为1∶1，则两电极产生气体的物质的量相同 D.电解过程中甲室稀硫酸浓度不断增大 考向2 跨学科的电化学计算 例2 (1)如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。当甲池中消耗0.1 mol N2H4时，乙池中某电极上产生12 g固体，则该装置的电流效率η＝________。 (2)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S[LiPF6·SO(CH3)2为电解质]。用该电池为电源，石墨为电极进行如图的电解实验。 ①当电极X减少2.8 g时，电子转移________mol。(电解质均足量) ②当电流为I A(1 A＝1 C·s－1)，通过时间t s时，甲池增重m g(每个电子的电量为q C)，请写出阿伏加德罗常数的表达式________。 【变式训练1】氨气含氢量高，是一种安全、易储运的优良小分子储氢载体。利用电解原理，可将氨气转化为高纯氢气，其装置如图所示： 已知：起始时两极电解质溶液质量相等，法拉第常数F(F＝96 500 C·mol－1)为阿伏加德罗常数与元电荷的乘积。下列说法正确的是(　　) A.a为电源正极，阳极上的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ B.反应一段时间后，右室KOH溶液中溶质的物质的量减小 C.当电源输出8 Ah电量时，产生的氢气在标准状况下的体积约为3.34 L D.忽略气体溶解产生的质量变化，当电路中有0.1 mol电子通过时，两室电解质溶液的质量差为1.8 g 【变式训练2·变载体】我国科学家开发了一种基于双功能Au正极上可充电的可逆水系Zn-CO2电池,其原理如图所示,放电时负极生成[Zn(OH)4]2-(已知:生成物电流效率=×100%,双极离子膜中水电离为H+和OH-)。下列说法错误的是 (　　　) A.放电时,正极反应为CO2+2H++2e-CO+H2O、2H++2e-H2↑ B.多孔金多枝晶有利于增大CO2的吸收速率 C.放电时,若生成H2和CO的物质的量之比为1∶9,则生成CO的电流效率为80% D.充电时,KOH溶液中OH-浓度增大 1. （2025·河南卷）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A. Ⅱ为阳离子交换膜 B. 电极a附近溶液的减小 C. 电极b上发生的电极反应式为 D. 若海水用溶液模拟，则每脱除，理论上可回收 2. （2025·湖南卷）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A. 电解过程中，向左室迁移 B. 电解过程中，左室中的浓度持续下降 C. 用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D. 完全转化为的电解总反应： 3. （2024·湖北卷）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 D. 阴极区存在反应 4．（2024·广东卷）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 5．（2024·黑吉辽卷）“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： 6. （2023·湖北卷）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 7. （2023·全国甲卷）用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是 A. 析氢反应发生在电极上 B. 从电极迁移到电极 C. 阴极发生反应有： D. 每转移电子，阳极生成气体(标准状况) 8. （2023·重庆卷）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是 A. 电极a为阴极 B. 从电极b移向电极a C. 电极b发生的反应为： D. 生成半胱氨酸的同时生成烟酸 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $