第4章 聚焦突破10 多室、多池的电化学装置-【优学精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修一教用Word(人教版)

本高中化学讲义聚焦多室、多池电化学装置核心知识点，系统梳理离子交换膜的类型（阳膜、阴膜等）、作用及解题步骤，进而构建多池串联模型（外接电源与电解池串联、原电池与电解池串联）及解题方法，形成从概念到应用的学习支架。 资料通过高考真题（如2024重庆卷、辽宁卷）及集训题示例，强化科学思维中的模型建构与证据推理，落实化学观念中物质转化与能量变化。课中助力教师高效授课，课后学生可通过例题解析与习题巩固，弥补知识盲点。

聚焦突破10 多室、多池的电化学装置 一、电化学“多室”装置 1.常见的离子交换膜（隔膜） 离子交换膜由特殊高分子材料制成，常见的离子交换膜分为四类： （1）阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。 （2）阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，即允许和其他阴离子通过，不允许阳离子通过。 （3）质子交换膜，只允许通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 （4）双极膜：阴、阳复合膜，能解离出和。 2.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。 （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。 3.离子交换膜装置的解题步骤 第一步，分清离子交换膜类型。即离子交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜或双极膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过。 第二步，写出电极反应式。判断离子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，分析离子交换膜的作用。在产品制备中，离子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，或避免产物因发生反应而造成危险。 二、电化学“多池”装置 1.两大模型图解 （1）外接电源与电解池的串联 有外接电源时，各电池均为电解池。 （2）原电池与电解池的串联 ①无外接电源，有活泼性不同电极的为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的为电解池。 ②无外接电源，如燃料电池、铅酸蓄电池在电池中作为电源，其他均为电解池。 2.解题步骤 例1 [（2024·重庆卷）]我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将电催化转化为甲酸，下图是电解装置示意图。下列说法正确的是（ ） A. 电解时电极上产生 B. 电解时电极上发生氧化反应 C. 阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D. 总反应为 【答案】D 【解析】电极 上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，则电极 是阴极，电极 是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气： ，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由分析可知，电极 上发生反应： ，错误；电极 上发生还原反应，错误；由分析可知，阳离子交换膜有一种离子通过，错误；由分析可知，总反应为二氧化碳和水生成甲酸和氧气，正确。 例2 为了从海水中提取锂，某团队设计了如下图所示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是（ ） A. 电路中电子的流向随着电极互换而改变 B. 电极2上发生的反应为 C. 理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变 D. 理论上，电路通过电子时，有富集在右侧电解液中 【答案】C 【解析】为从海水中提取锂，电极1的电极反应式为，故电极1为阴极，电极2为阳极，电极3为阴极，电极4为阳极，在电极4上发生氧化反应：，实现了锂的提取。保持电源正负极不变，则电子流向不变，故 错误；由分析可知，电极2为阳极，海水中有，则电极2的电极反应式为，故 错误；由分析可知，通过相同电量，电极1上附着的 的量和电极4上失去的 的量相等，所以理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，故 正确；根据电子守恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路通过 电子时，有 富集在右侧电解液中，故 错误。 【突破集训】 1．[（2025·牡丹江高二期末）]关于如下图所示的装置的说法正确的是（ ） A. 甲池、丙池是原电池，乙池是电解池 B. 甲池、乙池、丙池都是原电池 C. 甲池、乙池是原电池，丙池是电解池 D. 甲池是原电池，乙池是电解池，丙池是电镀池 【答案】D 【解析】选。甲池中存在自发的氧化还原反应，能将化学能转化为电能，所以甲池为原电池，乙池、丙池均为电解池，其中丙池中 为阴极，为阳极，可实现在 表面镀银，丙池也可视为电镀池，故 正确。 2．[（2024·海南卷改编）]电解溶液得到，是早期制备的重要步骤。某实验装置如下图所示，电解过程流出液中混有少量气泡。下列说法错误的是（ ） A. 电解过程中阴极区的不断迁移到阳极区 B. 图中代表 C. 回路中通过电子，产生的量小于 D. 氧化成的电极反应为 【答案】A 【解析】选。由题图可知，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式为，电解过程流出液 中混有少量气泡，说明发生副反应；与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式为 。电解过程中，阴离子向阳极移动，但是 不能通过质子交换膜，即 不能从阴极区迁移到阳极区，错误；由分析可知，阴极区产生氢气，即 代表氢气，正确；由于阳极区存在副反应，因此当回路中通过 电子时，产生 的量小于，正确；由分析可知，阳极区发生氧化反应：，正确。 3．[（2025·枣庄高二月考）]硼酸是一元弱酸，常用于医药、玻璃等工业，并用作食物防腐剂和消毒剂，工业上通过电解法制备硼酸，工作原理如下图所示。下列说法不正确的是（ ） A. 石墨Ⅰ电极的电极反应式： B. 膜为阳离子交换膜，由原料室向室迁移 C. 产品室中反应的离子方程式： D. 理论上每生成，、两室共产生气体 【答案】D 【解析】选。由题图可知，通过阴离子交换膜 膜 进入产品室，氢离子通过阳离子交换膜 膜 进入产品室，生成硼酸，所以石墨Ⅰ为阳极，与直流电源正极相连，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；石墨Ⅱ为阴极，与直流电源负极相连,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为。原料室中 通过阳离子交换膜 膜 进入 室。气体所处温度、压强未知，无法确定气体体积，项错误。 4．[（2025·济南高二期末）]钴的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。下图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是（ ） A. 电势：电极 石墨电极 B. 外电路中每通过电子，Ⅲ室溶液质量理论上减少 C. 移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 D. 电解过程中，Ⅱ室盐酸浓度变小 【答案】B 【解析】选。由题图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应为，Ⅰ室中的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动；钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应为，Ⅲ室中的氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解总反应的离子方程式为。电解池中，阳极的电势高于阴极的电势，即电势：石墨电极 电极，错误；由分析可知，Ⅲ室中发生反应，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，外电路中每通过 电子，有 和 脱离Ⅲ室，故Ⅲ室溶液质量理论上减少，正确；移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的反应变成氯离子失电子生成氯气，错误；由分析可知，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，故电解过程中，Ⅱ室盐酸浓度变大，错误。 5．[（2025·郑州高二月考）]我国科研人员以二硫化钼作为电极催化剂，研发出一种电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，工作原理如下图所示（双极膜可将水解离为和，并实现其定向通过）。下列说法不正确的是（ ） A. 使用电极能增大合成氨的速率 B. 电极反应式为 C. 生成时，有通过双极膜右侧膜进入溶液 D. 电路中通过电子时，理论上可以转化的质量为 【答案】D 【解析】选。电极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为；电极为正极，电极反应式为。是电极反应的催化剂，催化剂能降低反应的活化能，增大合成氨的速率，故 正确；由分析可知，电极为负极，电极反应式为，故 正确；由分析可知，生成 时，转移 电子，有 向正极移动，即有 通过双极膜右侧膜进入 溶液，故 正确；由分析可知，当电路中通过 电子时，理论上可以转化 的质量为，故 错误。 6．[（2024·辽宁卷）]“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，装置如下图所示。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极方向移动 D. 阳极反应： 【答案】A 【解析】选。该装置为电解池，由反应机理可知，电极 上 转化为,发生失电子的氧化反应，电极 为阳极，电极反应为 ,电极 为阴极，电极反应为 。传统电解水过程中每转移 电子可制得，耦合 高效制 过程中每转移 电子，阴、阳极均可产生，故相同电量下 理论产量是传统电解水的2倍，错误；由上述分析可知，阴极的电极反应为 ，正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成，负电荷增多，阳极负电荷减少，为平衡电荷，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向 极方向移动，正确；由上述分析可知，阳极的电极反应为 ，正确。 学科网（北京）股份有限公司 $