题型二十　电化学综合应用【题型突破】-2026届高三化学二轮复习●精讲精练（新高考通用）

题型二十　电化学综合应用 【考情分析●明考向】 考点频次总结 2026命题预测 考点 2025年 2024年 2023年 属于高考化学核心综合考点，分值12-15分。2026年将延续“情境化+综合化”的命题趋势，侧重以新型储能电池、电催化转化、环境治理等真实场景为载体，考查原电池与电解池的综合应用，包括电极反应式书写、离子迁移方向判断、能量转化效率分析、电化学计算及装置设计与优化，突出对电化学原理应用与解决实际问题能力的考查。 电化学综合应用 全国甲卷T28，15 分； 全国乙卷T28，15 分； 新课标卷T27，14 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 江苏卷 T20，12 分 新课标卷T27，14 分； 全国乙卷T28，15 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 北京卷 T18，12 分 新课标Ⅰ卷T28，15 分； 新课标Ⅱ卷 T27，14 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 江苏卷 T20，12 分 【核心梳理●明考点】 1．电化学装置中的交换膜 (1)常见离子交换膜 (2)新型交换膜——双极膜 ①示意图 ②双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋和OH－，可在电场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。 2．含“膜”多室电化学装置分析 以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例(选自全国卷)，其工作原理如图所示： 分析如下： 【真题再现●明方向】 1．(2025·甘肃卷，12)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH＝8.2)电解系统(如下图)，以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　) A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率 B．在外电路中，电子从电极1流向电极4 C．电极3的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D．理论上，每通过2 mol电子，可产生1 mol H2 【答案】D　 【解析】由题图可知，电极1上发生转化Mg→Mg(OH)2，则电极1为原电池的负极，电极2为原电池的正极，电极3与原电池正极相连，为电解池阳极，同理电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH＝8.2可得各电极的电极反应式，电极1：；电极2：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；电极3：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；电极4：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。将催化剂生长在泡沫镍电极上，可增大催化剂与反应物的接触面积，提高催化效率，A正确；由上述分析可知，电极1为原电池负极，故外电路中电子从电极1流向电极4，B正确；由上述分析可知，C正确；由得失电子守恒可知，理论上，电路中每通过2 mol电子，电极2和电极4均产生1 mol H2，共产生2 mol H2，D错误。 2．(2025·河南卷，12)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl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pH减小 C．电极b上发生的电极反应式为4-＋e－===[Fe(CN)6]3- D．若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl 【答案】D　 【解析】根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化、以LiCl形式回收锂元素的目的，对电解池进行如下具体分析： 为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为以LiCl形式回收锂元素，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g(1 mol)NaCl，溶液中有1 mol Na＋、和1 mol Li＋迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。 3．(2025·云南卷，11)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：[B(OH)4]－＋H＋===B(OH)3＋H2O。下列说法错误的是(　　) A．Pt电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 【答案】C　 【解析】电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故从图中可以看出，Pt电极为阳极，石墨电极为阴极。Pt电极为阳极，OH－放电发生氧化反应，A项正确；外加电源促使双极膜中水解离的H＋和OH－向阴、阳两极移动，进行放电，从而促进水的电离，B项正确；Ⅲ中NaCl浓溶液变稀，说明Cl－、Na＋向两边移动，阴离子Cl－向Pt电极移动，X膜为阴离子交换膜，阳离子Na＋向石墨电极移动，Y膜为阳离子交换膜，C项错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，Ⅱ室中进入1 mol H＋，根据题干中除硼原理可知，生成1 mol B(OH)3，D项正确。 4．(2024·山东卷，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充NaBr C．电解总反应式为Br－＋3H2O＋3H2↑ D．催化阶段反应产物物质的量之比＝3∶2 【答案】B　 【解析】电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br－ －6e－＋＋6H＋；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H＋＋6e－===＋3H2↑；催化循环阶段被还原成Br－循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；根据分析，电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，B项错误；根据分析，电解总反应式为Br－＋3H2O＋3H2↑，C项正确；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br－得到6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比＝3∶2，D项正确。 5．(2024·黑吉辽卷，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】 电极 电极名称 电极反应式 a 阴极 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ b 阳极 2HCHO－2e－＋4OH－=== 2HCOO－＋2H2O＋H2↑ 传统电解水过程中每转移4 mol e－可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol 氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；由上述分析可知，阴极的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过交换膜向b极区移动，C正确；由上述分析可知，D正确。 6．(2024·湖北卷，14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 【答案】B　 【解析】左侧PbCu电极的Pb表面转化为，发生脱氧的还原反应，Cu表面转化为，发生脱氧、加氢的还原反应，因此PbCu电极为阴极；根据题干信息，右侧Cu电极上发生失电子的氧化反应，因此Cu电极为阳极。根据题干信息可知，Cu电极所在的阳极区先后发生反应：HCHO＋OH－⥫⥬HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2-＋H2O、[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·，H·可转化为H2，则阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正确；根据阳极总反应可知，每消耗4个OH－，电路中通过2e－，根据电荷守恒，双极膜中有2个OH－向阳极迁移，即阳极区c(OH－)减小，A正确；由题给信息知，阴极H2C2O4、NH2OH得电子转化为H3N＋CH2COOH，电极反应式为H2C2O4＋NH2OH＋6e－＋7H＋===H3N＋CH2COOH＋3H2O，每生成1 mol H3N＋CH2COOH，电路中通过6 mol e－，双极膜中需有 6 mol H2O解离出6 mol H＋向阴极迁移，B错误；双极膜中H2O解离出的H＋向阴极移动，因此H2C2O4在阴极Pb电极上转化为OHCCOOH的反应为H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O，D正确。 【限时训练】 (建议用时：45分钟　满分：30分) 选择题：每小题3分，共30分。 1．(2025·汉中二模)一种适应可再生能源波动性的电化学装置原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于充电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电状态时，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．充电时碳锰电极b为阳极 B．充电时d电极发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．放电时每消耗1 mol MnO2，理论上有2 mol OH－由双极膜向c电极迁移 D．该电化学装置运行过程中需要补充H2SO4和KOH溶液 【答案】D　 【解析】当闭合K1和K3、打开K2，装置处于充电状态，即为电解池，H＋生成H2，发生还原反应，a为阴极，Mn2+失电子生成MnO2，碳锰电极为阳极；ZnO生成Zn，则锌电极为阴极；d电极上OH－被氧化生成O2，d电极为阳极；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态，即原电池，锌电极为负极，碳锰电极为正极。充电时，碳锰电极为阳极，A正确；充电时，d电极上OH－被氧化生成O2，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B正确；放电时，碳锰电极为正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O，每消耗1 mol MnO2，转移2 mol电子，因此理论上有2 mol OH－由双极膜向c电极迁移，C正确；该电化学装置运行过程中，c电极反应式为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－，故右侧总反应为2ZnO===2Zn＋O2↑，不需要补充KOH溶液，D错误。 2．(2025·清远一模)利用多膜装置通过电解法可以制备KNO3，同时获得一定的副产品，其电解装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Y膜为阳离子交换膜 B．阴极室溶液中OH－浓度逐渐降低 C．理论上每生成标准状况下22.4 L Cl2，阳极室内溶液质量减少149 g D．理论上每生成1 mol Cl2，阴极室溶液质量增加46 g 【答案】C　 【解析】阳极室：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极室：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。电解法可以制备KNO3，根据图示，阳极室中的钾离子进入硝酸钾溶液，NaNO3溶液中硝酸根离子进入硝酸钾溶液、钠离子进入阴极室生成氢氧化钠。NaNO3中通过Y膜向左移生成KNO3，Y膜为阴离子交换膜，A错误；阴极室发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，NaNO3溶液中钠离子进入阴极室生成氢氧化钠，OH－浓度增加，B错误；生成标准状况下22.4 L Cl2即转移2 mol电子，同时有2 mol K＋移向硝酸钾溶液，则阳极室内减少2 mol KCl，即溶液质量减少149 g，C正确；生成1 mol Cl2时，转移2 mol电子，阴极室内生成1 mol H2但补充了2 mol Na＋，因此阴极室溶液质量增加44 g，D错误。 3．(2025·岳阳一模)某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应＋6Fe2+＋14H＋===2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。下列说法错误的是(　　) A．M电极的电极反应为C2H6－14e－＋7O2-===2CO2＋3H2O B．铬元素最终以Cr(OH)3形式除去 C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大 D.若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2 mol的，理论上N电极需要通入11.2 L(已折算为标准状况)O2 【答案】D　 【解析】由图可知，左侧装置为燃料电池，M为电池的负极，氧离子作用下乙烷发生氧化反应生成二氧化碳和水，N为电池的正极，氧气在正极发生还原反应生成氧离子；右侧装置为电解池，与M电极相连的铁电极为阴极，氢离子在阴极发生还原反应生成氢气，与N电极相连的铁电极为阳极，铁发生氧化反应生成亚铁离子：Fe－2e－===Fe2+，放电生成的亚铁离子在酸性条件下与废水中的重铬酸根离子反应生成铬离子、铁离子和水，随着H＋的放电和被消耗，溶液的pH增大，溶液中的铁离子、铬离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁、氢氧化铬沉淀达到处理酸性含铬废水的目的。M的电极反应式为C2H6－14e－＋7O2-===2CO2＋3H2O，A正确；铬元素最终以氢氧化铬形式除去而达到处理酸性含铬废水的目的，B正确；与M电极相连的右侧铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，右侧的铁电极更换为石墨电极，此时仍然是氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，不会影响对废水的处理，C正确；每处理掉0.2 mol重铬酸根离子，需要1.2 mol Fe2+，若电解过程中，电子的有效利用率为60%，由得失电子数目守恒可知，理论上N电极需要通入标准状况下氧气的体积为×22.4 L·mol-1＝22.4 L，故D错误。 4．(2025·贵阳摸底)一种将酸—碱双电解液分开且具有双溶解沉积反应的酸碱混合高电压水系可充电电池的放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．放电时，Zn电极作负极 B．放电时，消耗6.5 g Zn，中间K2SO4溶液中溶质增加17.4 g C．充电时，Ⅰ区溶液的pH逐渐变小 D．充电时，Ⅱ区的电极反应式为Mn2+－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋ 【答案】C　 【解析】放电时Zn转化为[Zn(OH)4]2-，发生氧化反应：2-，Zn电极作负极，A正确；放电时，消耗6.5 g(0.1 mol) Zn，转移0.2 mol电子，Ⅰ区有0.2 mol K＋透过交换膜M进入中间K2SO4溶液，Ⅱ区有透过交换膜N进入中间K2SO4溶液，中间K2SO4溶液中增加0.1 mol(17.4 g)K2SO4，B正确；充电时，Zn电极为阴极，电极反应式为2-＋2e－===Zn＋4OH－，故Ⅰ区溶液的pH逐渐增大，C错误；充电时，惰性电极为阳极，Mn2+转化为MnO2，电极反应式为Mn2+－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，D正确。 5．(2025·武汉调研)一种微生物燃料电池可将醋酸盐作为燃料转化为对环境友好的产物，其原理如图所示。双极膜间的H2O解离为H＋和OH－并分别向两极迁移。 下列说法错误的是(　　) A．电极b的电势高于电极a的电势 B．电池工作时，双极膜中H＋向电极a迁移 C．电极a的反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋ D．理论上，消耗的醋酸根离子与氧气的物质的量之比为1∶2 【答案】B　 【解析】电极a上醋酸盐转化为CO2，发生氧化反应，则电极a为负极，电极b为正极，电极b的电势高于电极a的电势，A正确；电池工作时，双极膜中H＋向正极(电极b)迁移，B错误；电极a上醋酸盐转化为CO2，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，C正确；消耗1 mol CH3COO－失8 mol电子，消耗1 mol O2得4 mol电子，根据得失电子守恒，消耗的醋酸根离子与氧气的物质的量之比为1∶2，D正确。 6．(2025·梅州一模)某实验小组利用如图所示装置制备Fe(OH)2。已知甲装置的工作原理为：2Na2S2＋NaBr3===Na2S4＋3NaBr，电极a、b采用石墨或Fe。下列说法不正确的是(　　) A．乙装置中电极a应为Fe，b电极为石墨 B．乙装置中可用CuCl2溶液代替NaCl溶液 C．电极b发生的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．理论上每生成9.0 g Fe(OH)2，甲装置中将有0.2 mol Na＋向惰性电极Ⅱ移动 【答案】B　 【解析】乙装置目的是制备Fe(OH)2，需要Fe2+，电极a应为Fe作阳极失电子生成Fe2+，b电极为阴极，可采用石墨，A正确；若用CuCl2溶液代替NaCl溶液，在阴极Cu2+得电子生成Cu，无法生成OH－，就不能生成，B错误；电极b为阴极，溶液中的H2O得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；9.0 g Fe(OH)2的物质的量为n＝＝0.1 mol，根据Fe－2e－===Fe2+，Fe2+＋2OH－===Fe(OH)2↓，生成，电路中转移0.2 mol电子，甲装置中阳离子向正极(惰性电极Ⅱ)移动，根据电荷守恒，有0.2 mol Na＋向惰性电极Ⅱ移动，D正确。 7．(2025·八省联考陕、晋、青、宁卷)为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。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：Ag－e－===Ag＋ 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1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解液中 【答案】C　 【解析】图示装置中互换前，电极1作阴极，FePO4得电子与Li＋结合生成LiFePO4，电极2作阳极，Ag失电子结合Cl－生成AgCl，电极3作阴极，AgCl得电子脱去Cl－生成Ag，电极4作阳极，LiFePO4失电子脱去Li＋生成。一段时间后将电极1和电极4互换，电极3和电极2互换，左侧装置与右侧装置发生的反应不变，左侧装置中依旧是FePO4得电子，Ag失电子，右侧装置依旧是AgCl得电子，LiFePO4失电子。 电极 电极属性 电极反应式 FePO4 阴极 FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4 Ag 阳极 Ag－e－＋Cl－===AgCl AgCl 阴极 AgCl＋e－===Ag＋Cl－ LiFePO4 阳极 LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4 保持电源正负极不变，则电子流向不变，A错误；由分析可知，电极2为阳极，海水中有Cl－且移向阳极，则电极2的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，B错误；由电极反应式可知，电路中通过一定量的电子时，电极1上结合的Li＋数目和电极4上失去的Li＋数目相等，故理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，C正确；理论上，电路通过1 mol电子时，有1 mol Li＋富集在右侧电解液中，D错误。 8．(2025·广东大联考)废水中镍和钴的分离回收有着重要意义，工业上可通过如图所示的装置将废水中的Co2+和Ni2+分离。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法不正确的是(　　) A．电源m极为正极，膜b为阳离子交换膜 B．电解过程中Ⅳ室内硫酸的物质的量不因反应而改变 C．Ⅲ室中Ni2+参与的反应为＋2H2O D．通电过程中石墨N极每产生11.2 L(标准状况)气体，双极膜处有2 mol H2O解离 【答案】D　 【解析】氢离子移向Ⅳ室，根据溶液中离子移动方向，左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，Ⅱ室为原料室，膜b为阳离子交换膜，Co2+、Ni2+进入Ⅲ室，Co2+和乙酰丙酮不反应，Ni2+和乙酰丙酮反应。M为阳极，右侧石墨N为阴极，则电源m极为正极，Co2+、Ni2+进入Ⅲ室，膜b为阳离子交换膜，A正确；石墨N为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Ⅳ室内消耗的H＋与转移过来的H＋数量相等，所以硫酸的物质的量不因反应而改变，B正确；由题中信息可知，Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2+＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Ni(CH3COCHCOCH3)2＋2H2O，C正确；通电过程中石墨N极每产生11.2 L(标准状况)气体，即0.5 mol H2，则有1 mol氢离子移向阴极，理论上双极膜处有1 mol H2O解离，D错误。 9．(2025·潍坊一模)利用H2O2在碱性条件下实现废水中Cr(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 B．废水室中反应的离子方程式为2Cr(OH)3＋3H2O2＋＋8H2O C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变 D．通电过程中石墨N极每产生33.6 L(标准状况)气体，则双极膜内减少27 g H2O 【答案】D　 【解析】根据溶液中的离子移动方向，OH－移向阳极，左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，Na＋通过膜b进入产品室，为阳离子交换膜，膜a要阻止其他阳离子进入缓冲室，为阴离子交换膜通过膜c进入产品室，膜c是阴离子交换膜。由上述分析可知，A正确；依据图中物质，废水室中Cr3+在碱性条件下被H2O2氧化生成，反应的离子方程式为2Cr(OH)3＋3H2O2＋＋8H2O，B正确；根据溶液中的离子移动方向，OH－移向阳极，左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，阴极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极区消耗的H＋的物质的量与双极膜中进入此区的H＋的物质的量相等，所以反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变，C正确；通电过程中石墨N极每产生33.6 L(标准状况)气体，即1.5 mol H2，则双极膜内有3 mol H＋进入阴极室，同时有3 mol OH－进入废水室，故双极膜内减少3 mol H2O，即减少54 g H2O，D错误。 10．(2025·衡水中学综合测评)富集海水中锂的电化学系统如图所示，工作步骤如下： ①启动电源1，MnO2所在腔室的Li＋进入MnO2结构而形成LixMn2O4。 ②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室2。 关于该电化学系统的说法正确的是(　　) A．启动电源1时，电极1为阴极 B．启动至关闭电源1，若转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3，可得LixMn2O4中的x＝1.2 C．启动电源2时MnO2电极反应式为xLi＋＋2MnO2＋xe－===LixMn2O4 D．电化学系统降低了腔室2中LiOH的浓度 【答案】B　 【解析】由①可知，启动电源1，MnO2所在腔室的Li＋进入MnO2结构而形成LixMn2O4，可知MnO2中Mn元素的化合价降低，为阴极，电极反应式为xLi＋＋2MnO2＋xe－===LixMn2O4，电极1为阳极，连接电源正极；②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室2，可知，电极2为阴极，电极反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；阳极的电极反应式为：LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2。由以上分析可知，腔室1中电极1连接电源1的正极，作阳极，发生氧化反应，A错误；启动至关闭电源1，转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3，设生成的氧气为3 mol，转移电子为12 mol，根据阳极的电极反应式：LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2，结合电子守恒，可知2 mol MnO2生成时转移1.2 mol电子，可得LixMn2O4中的x＝1.2，B正确；启动电源2时，MnO2电极是阳极，电极反应式为：LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2，C错误；启动电源2，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室2，电极2为阴极，电极反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，提高了腔室2中LiOH的浓度，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型二十　电化学综合应用 【考情分析●明考向】 考点频次总结 2026命题预测 考点 2025年 2024年 2023年 属于高考化学核心综合考点，分值12-15分。2026年将延续“情境化+综合化”的命题趋势，侧重以新型储能电池、电催化转化、环境治理等真实场景为载体，考查原电池与电解池的综合应用，包括电极反应式书写、离子迁移方向判断、能量转化效率分析、电化学计算及装置设计与优化，突出对电化学原理应用与解决实际问题能力的考查。 电化学综合应用 全国甲卷T28，15 分； 全国乙卷T28，15 分； 新课标卷T27，14 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 江苏卷 T20，12 分 新课标卷T27，14 分； 全国乙卷T28，15 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 北京卷 T18，12 分 新课标Ⅰ卷T28，15 分； 新课标Ⅱ卷 T27，14 分； 山东卷 T20，12 分； 广东卷 T22，14 分； 湖南卷 T20，12 分； 江苏卷 T20，12 分 【核心梳理●明考点】 1．电化学装置中的交换膜 (1)常见离子交换膜 (2)新型交换膜——双极膜 ①示意图 ②双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋和OH－，可在电场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。 2．含“膜”多室电化学装置分析 以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例(选自全国卷)，其工作原理如图所示： 分析如下： 【真题再现●明方向】 1．(2025·甘肃卷，12)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH＝8.2)电解系统(如下图)，以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　) A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率 B．在外电路中，电子从电极1流向电极4 C．电极3的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D．理论上，每通过2 mol电子，可产生1 mol H2 2．(2025·河南卷，12)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl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pH减小 C．电极b上发生的电极反应式为4-＋e－===[Fe(CN)6]3- D．若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl 3．(2025·云南卷，11)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：[B(OH)4]－＋H＋===B(OH)3＋H2O。下列说法错误的是(　　) A．Pt电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 4．(2024·山东卷，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充NaBr C．电解总反应式为Br－＋3H2O＋3H2↑ D．催化阶段反应产物物质的量之比＝3∶2 5．(2024·黑吉辽卷，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↑ 6．(2024·湖北卷，14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 【限时训练】 (建议用时：45分钟　满分：30分) 选择题：每小题3分，共30分。 1．(2025·汉中二模)一种适应可再生能源波动性的电化学装置原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于充电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电状态时，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．充电时碳锰电极b为阳极 B．充电时d电极发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．放电时每消耗1 mol MnO2，理论上有2 mol OH－由双极膜向c电极迁移 D．该电化学装置运行过程中需要补充H2SO4和KOH溶液 2．(2025·清远一模)利用多膜装置通过电解法可以制备KNO3，同时获得一定的副产品，其电解装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Y膜为阳离子交换膜 B．阴极室溶液中OH－浓度逐渐降低 C．理论上每生成标准状况下22.4 L Cl2，阳极室内溶液质量减少149 g D．理论上每生成1 mol Cl2，阴极室溶液质量增加46 g 3．(2025·岳阳一模)某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应＋6Fe2+＋14H＋===2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。下列说法错误的是(　　) A．M电极的电极反应为C2H6－14e－＋7O2-===2CO2＋3H2O B．铬元素最终以Cr(OH)3形式除去 C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大 D.若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2 mol的，理论上N电极需要通入11.2 L(已折算为标准状况)O2 4．(2025·贵阳摸底)一种将酸—碱双电解液分开且具有双溶解沉积反应的酸碱混合高电压水系可充电电池的放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．放电时，Zn电极作负极 B．放电时，消耗6.5 g Zn，中间K2SO4溶液中溶质增加17.4 g C．充电时，Ⅰ区溶液的pH逐渐变小 D．充电时，Ⅱ区的电极反应式为Mn2+－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋ 5．(2025·武汉调研)一种微生物燃料电池可将醋酸盐作为燃料转化为对环境友好的产物，其原理如图所示。双极膜间的H2O解离为H＋和OH－并分别向两极迁移。 下列说法错误的是(　　) A．电极b的电势高于电极a的电势 B．电池工作时，双极膜中H＋向电极a迁移 C．电极a的反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋ D．理论上，消耗的醋酸根离子与氧气的物质的量之比为1∶2 6．(2025·梅州一模)某实验小组利用如图所示装置制备Fe(OH)2。已知甲装置的工作原理为：2Na2S2＋NaBr3===Na2S4＋3NaBr，电极a、b采用石墨或Fe。下列说法不正确的是(　　) A．乙装置中电极a应为Fe，b电极为石墨 B．乙装置中可用CuCl2溶液代替NaCl溶液 C．电极b发生的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．理论上每生成9.0 g Fe(OH)2，甲装置中将有0.2 mol Na＋向惰性电极Ⅱ移动 7．(2025·八省联考陕、晋、青、宁卷)为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。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：Ag－e－===Ag＋ 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1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解液中 8．(2025·广东大联考)废水中镍和钴的分离回收有着重要意义，工业上可通过如图所示的装置将废水中的Co2+和Ni2+分离。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法不正确的是(　　) A．电源m极为正极，膜b为阳离子交换膜 B．电解过程中Ⅳ室内硫酸的物质的量不因反应而改变 C．Ⅲ室中Ni2+参与的反应为＋2H2O D．通电过程中石墨N极每产生11.2 L(标准状况)气体，双极膜处有2 mol H2O解离 9．(2025·潍坊一模)利用H2O2在碱性条件下实现废水中Cr(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 B．废水室中反应的离子方程式为2Cr(OH)3＋3H2O2＋＋8H2O C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变 D．通电过程中石墨N极每产生33.6 L(标准状况)气体，则双极膜内减少27 g H2O 10．(2025·衡水中学综合测评)富集海水中锂的电化学系统如图所示，工作步骤如下： ①启动电源1，MnO2所在腔室的Li＋进入MnO2结构而形成LixMn2O4。 ②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室2。 关于该电化学系统的说法正确的是(　　) A．启动电源1时，电极1为阴极 B．启动至关闭电源1，若转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3，可得LixMn2O4中的x＝1.2 C．启动电源2时MnO2电极反应式为xLi＋＋2MnO2＋xe－===LixMn2O4 D．电化学系统降低了腔室2中LiOH的浓度 学科网（北京）股份有限公司 $