第9章 第34讲 多池(或多室)电化学装置及分析（PPT课件）-【满分思维】2027年高考一轮总复习·化学

该高中化学高考复习课件聚焦“多池(或多室)电化学装置及分析”专题，依据课标要求梳理多池串联装置分析、离子交换膜判断及作用两大核心考点，结合三年高考命题趋势，明确基础性、综合性、情境化考查方向，归纳电极反应书写、离子移动判断等常考题型，体现高考备考的针对性。 课件亮点在于高考真题集训与思维建模结合，如以2022山东卷回收钴、2025福建宁德模拟废水处理为例，通过“确定电极名称→书写反应式→分析离子移动”流程培养科学思维和科学探究与实践素养，帮助学生掌握电子转移计算等技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第34讲　多池(或多室)电化学装置及分析 课标 指引 1.结合实例,掌握多池(或多室)电化学装置的分析方法。 2.了解离子交换膜的分类及特点,掌握离子交换膜的判断方法及作用。 三年 高考 命题 分析 1.命题特点 基础性:命题始终围绕电解池与原电池的基本原理(如电极反应、电子或离子的流向、pH变化、计算等),强调对基础公式(法拉第常数、电极效率)和装置识别的掌握。 综合性:将原电池与电解池串联,分析串联装置中电极质量的变化;与化工流程结合,如电解法处理含Cr2废水;与计算相结合,通过法拉第定律计算电解产物的质量或气体体积。 情境化:①金属防护方法;②新能源应用;③新型电解池设计;④电化学法降解有机污染物。 2.命题趋势:试题将更倾向于在具体工业应用(如电镀、海水淡化、氯碱工业)、环保技术(如废水处理)或工程防护场景(如桥梁、船舶防腐蚀)中考查电解池原理应用和金属防腐方法的分析与选择。 考点一　多池串联装置及分析 考点二　离子交换膜电解池 目录索引 学科素养•发展 考点一　多池串联装置及分析 必备知识•梳理 1.电解池的串联装置 (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)Zn电极的电极反应为____________________,Fe电极的电极反应为_______________________。  Zn-2e-══Zn2+　 2H++2e-══H2↑ 必备知识•梳理 关键能力•提升 2.原电池与电解池的串联装置 (1)装置中无外加直流电源时,一般情况下,两极金属的活动性相差较大的装置(或两极通入燃料和氧化剂的装置)为_________,其余为_________。 (2)图甲和图乙中,A均为原电池,B均为电解池。图乙中通入O2的电极反应为____________________,b电极的电极反应为____________________。 原电池 电解池 O2+4H++4e-══2H2O 2H2O+2e-══H2↑+2OH- 必备知识•梳理 关键能力•提升 考题链接 (2022·山东卷改编)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CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,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,乙室应补充蒸馏水 C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-══Li++Co2++4OH- D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移 D 必备知识•梳理 关键能力•提升 关键能力•提升 命题角度1　电解池的串联及分析 1.(2025·福建宁德模拟)一种废水处理装置如图所示。直流电源先连接①④电极时可实现N、N的分离并在Ⅲ室中富集NH3(aq),再切换电源连接②③电极可实现N电还原为NH3(aq),电极均为惰性电极。下列说法正确的是(　　) A.a为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜 B.电还原时,③接电源负极 C.电还原时,②的电极反应为N+8e-+9H+══NH3↑+3H2O D.将1 L废水中的N、N完全转化为NH3时理论上转移0.09 mol电子 D 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:N、N分离阶段:直流电源先连接①④电极时可实现N、N的分离并在Ⅲ室中富集NH3(aq),则④电极发生的电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,④电极为阴极,N向Ⅲ室移动与产生的OH-作用富集NH3(aq),①电极为阳极,N向Ⅰ室迁移,从而实现N、N的分离,a为阴离子交换膜,b为阳离子交换膜,A错误;电还原阶段:切换电源连接②③电极可实现N电还原为NH3(aq),则②电极为阴极,③电极为阳极,接电源正极,B错误;电还原时,②电极为阴极,电极反应为N+8e-+6H2O══ NH3↑+9OH-,C错误;1 L废水中的N、N的物质的量均为0.01 mol·L-1 ×1 L=0.01 mol,N完全转化为NH3(aq)时需要0.01 mol OH-,根据此阶段阴极电极反应2H2O+2e-══H2↑+2OH-可知转移0.01 mol电子,电还原阶段N转化为NH3(aq)时,由阴极电极反应N+8e-+6H2O══NH3↑+9OH-可知转移0.08 mol电子,故1 L废水中的N、N完全转化为NH3时理论上转移0.09 mol电子,D正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 2.如图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>d。符合上述实验结果的溶液是(　　) 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D CuSO4 AgNO3 B 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不增加,A错误;当X为FeSO4、Y为Al2(SO4)3时,b、d极上均产生气体,C错误;当X为CuSO4、Y为AgNO3时,b极上析出Cu,d极上析出Ag,其中d极增加的质量大于b极增加的质量,D错误。 必备知识•梳理 关键能力•提升 命题角度2　原电池和电解池的串联及分析 3.(2025·甘肃卷)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 D 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:由题干中的“Mg-海水电池”,可判断电极1为负极(Mg失电子),则电极2为正极,电极3为阳极,电极4为阴极。使用催化剂可加快反应速率,将催化剂生长在泡沫镍电极上可增大接触面积,提高催化效率,A项正确;在外电路中,电子从负极流出,可判断电子从电极1流向电极4,B项正确;电极3为阳极,发生的电极反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确;电极2为正极,由题干信息可知在电池和电解池中同时产生氢气,则正极发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,电极4为阴极,可发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,故理论上每通过2 mol电子,可产生2 mol H2,D项错误。 必备知识•梳理 关键能力•提升 4.(2025·贵州铜仁模拟)电有机合成可以缩短传统有机合成路线,以丙烯腈(CH2═CHCN)为原料通过如下装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。下列说法正确的是(　　) A.①室有无色气体产生 B.c电极上发生还原反应 C.d电极发生的反应为2CH2═CHCN+2H++2e-══NC(CH2)4CN D.每当b电极消耗22.4 L气体,会有4 mol H+由③室向④室迁移 C 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:由题干装置图可知,左侧为CH3OCH3燃料电池,a电极为负极,电极反应为CH3OCH3-12e-+16OH-══2C+11H2O,b电极为正极,①室没有无色气体产生,A错误;c电极与电源正极相连是阳极,c电极上发生氧化反应,B错误;d电极为阴极,d电极发生的反应为2CH2═CHCN+2H++2e-══ NC(CH2)4CN,C正确;题干未告知气体所处的状态,无法计算气体的物质的量,D错误。 必备知识•梳理 关键能力•提升 必备知识•梳理 关键能力•提升 考点二　离子交换膜电解池 必备知识•梳理 1.离子交换膜的种类 必备知识•梳理 关键能力•提升 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)能选择性地通过离子,起到__________、形成__________的作用。  3.离子交换膜的应用 平衡电荷 闭合回路 必备知识•梳理 关键能力•提升 关键能力•提升 命题角度1　单膜电解池及分析 1.(2026·河北名校联考)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]广泛应用于化工、材料、电镀等领域,常用作强氧化剂和自由基引发剂,可用电化学方法制备,装置如图所示,两侧电解质溶液为等量(NH4)2SO4和H2SO4的混合溶液。下列说法正确的是(　　) A.Fe电极连接电源的正极,作阳极 B.阳极的电极反应为2S+2e-══S2 C.该电解池中离子交换膜为阴离子交换膜 D.每转移2 mol电子,左右两侧电解质溶液质量差为2 g D 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:该装置为电解池,其中左侧铁电极为阴极,电极反应为2H++2e-══H2↑,右侧惰性电极为阳极,电极反应为2S-2e-══S2。铁电极作阴极,连接电源的负极,A错误;右侧惰性电极发生氧化反应为阳极,连接电源正极,电极反应为2S-2e-══S2,B错误;结合A项、B项分析可知,左侧电极消耗氢离子,两侧电解质溶液为等量(NH4)2SO4和H2SO4的混合溶液,为保证右室过硫酸铵的纯度和产量,离子交换膜应选用质子交换膜,C错误;阴极的电极反应为2H++2e-══H2↑,每转移2 mol电子,从右室向左室转移2 mol H+,左室质量不变,右室质量减少2 g,左右两侧电解质溶液质量差为2 g,D正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 2.(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HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。 必备知识•梳理 关键能力•提升 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↑ A 解析:由题中反应机理可知,HCHO在阳极发生反应,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-══2HCOO-+H2↑+2H2O,D正确;阴极水放电得H2,电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,B正确;传统电解水时每转移2 mol电子可生成1 mol H2,而此原理中两电极均生成H2,每转移2 mol电子共可得到2 mol H2,所以相同电量下H2的理论产量是传统电解水的2倍,A错误;根据电解原理可知,阴离子向阳极移动,则OH-通过阴离子交换膜向阳极(b极)移动,C正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 命题角度2　多膜电解池及分析 3.(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上发生的电极反应为[Fe(CN)6]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 D 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:由图可知电极a为阴极,电极b为阳极,题干中描述电解池工作的目的有:①淡化海水,②回收含锂废弃物中的锂元素;则电极a的电极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-,Na+透过离子交换膜Ⅰ向左移动,Ⅰ为阳离子交换膜,Cl-向右移动,所以离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,A项错误;由于电极a附近生成OH-,则电极a附近溶液的pH增大,B项错误;电极b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-══[Fe(CN)6]3-,C项错误;脱除58.5 g NaCl,就有1 mol Cl-跟Li+结合生成1 mol LiCl,D项正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 4.(2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如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.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变 D.电解总反应:2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+ D 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,使Ⅱ室中氢离子浓度增大,溶液pH减小,故A错误;阴极生成1 mol Co时,转移2 mol电子,Ⅰ室有0.5 mol O2(16 g)逸出,有2 mol H+(2 g)通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,则Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g,故B错误;若移除离子交换膜,氯离子的放电能力强于水,氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,则石墨电极的电极反应会发生变化,故C错误;电解总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+,故D正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 必备知识•梳理 关键能力•提升 命题角度3　双极膜电解池及分析 5.(2025·云南卷)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 C 必备知识•梳理 关键能力•提升 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;外加电源促使阴、阳两极离子放电,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;每生成1 mol NaOH,Ⅱ中进入1 mol H+,则生成1 mol B(OH)3,D项正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 6.(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图),可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。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。下列说法不正确的是(　　) A.电解总反应:KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH B.每生成1 mol NH3·H2O,双极膜处有9 mol的H2O解离 C.电解过程中,阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变 D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构可提高氨生成速率 B 必备知识•梳理 关键能力•提升 解析:由题给信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知,在电极a处KNO3放电生成NH3,发生还原反应,故电极a为阴极,电极反应式为N+8e-+7H2O ══NH3·H2O+9OH-,电极b为阳极,电极反应式为4OH--4e-══O2↑+2H2O,“卯榫”结构的双极膜中的H+移向电极a,OH-移向电极b。由上述分析可知,电解总反应为KNO3+3H2O NH3·H2O+2O2↑+KOH,A项正确;每生成1 mol NH3·H2O,转移8 mol e-,同时双极膜处有8 mol H+进入阴极室,即有8 mol的H2O解离,B项错误;电解过程中,阳极室每消耗4 mol OH-,同时有4 mol OH-通过双极膜进入阳极室,KOH的物质的量不因反应而改变,C项正确;相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构具有更大的膜面积,有利于H2O被催化解离成H+和OH-,可提高氨生成速率,D项正确。 必备知识•梳理 关键能力•提升 学科素养•发展 题组1　前沿模拟演练 1.(2026·安徽阜阳期中)科研人员研究了一种全钒液流电池,该电池通过氧化还原反应的相互转化实现了能量的存储与释放,符合“双碳”目标下储能领域的发展需求。该电池的放电原理:V2++V+ 2H+══V3++VO2++H2O,装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.放电时电子沿外电路由N极流向M极,M极电势高于N极 B.隔膜为质子交换膜,放电过程中H+沿导线由N极向M极迁移 C.放电时每转移1 mol电子,c(H+)降低2 mol·L-1 D.放电时M极反应:V+2H+-e-══VO2++H2O A 解析:根据放电原理:V2++V+ 2H+══V3++VO2++H2O,V2+中V的化合价升高,发生氧化反应,所以V2+所在电极为负极;V中V的化合价降低,发生还原反应,V所在电极为正极。放电时,电子由负极沿外电路流向正极,即由N极流向M极,在原电池中,正极的电势高于负极,所以M极电势高于N极,A正确;隔膜为质子交换膜,放电过程中,阳离子向正极移动,氢离子应通过质子交换膜由N极向M极迁移,而不是沿导线迁移,因为导线中只有电子移动,B错误;未标明溶液体积,无法确定离子浓度变化,C错误;M极为正极,发生还原反应,电极反应为V+2H++e-══VO2++H2O,D错误。 2.(2025·山东临沂模拟)一种电化学处理氨氮污染废水的装置如图所示。已知:Cl·与HO·为自由基,自由基之间结合生成的分子也可将N氧化为N2。下列说法正确的是(　　) A.电极电势:a电极<b电极 B.自由基HO·氧化N的离子方程式为6HO·+2N══N2↑+2H++6H2O C.相同数目的自由基结合生成的分子不同,标准状况下产生N2的体积不同 D.左室溶液pH下降,说明参加反应的Cl-数目大于H2O数目 B 解析:由图可知,a电极上Cl-转化为Cl·、H2O转化为HO·,均发生失电子的氧化反应,所以a电极为阳极,b电极为阴极。阳极电势高于阴极,即电极电势:a电极>b电极,A错误;HO·氧化N生成N2,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,离子方程式为6HO·+2N══N2↑+2H++6H2O,B正确;1个Cl·或1个HO·参与反应均转移1个电子,自由基结合生成的分子可以是Cl2、H2O2、HClO,这些分子氧化N时仍转化为Cl-或H2O,故不影响放电时转移的电子总数,因此相同数目的自由基形成的分子不同,标准状况下产生N2的体积相同,C错误;左室中Cl-与Cl·循环转化,H2O与HO·循环转化,则无论N是与Cl·还是HO·反应,左室中的总反应方程式均为2N-6e-══N2↑+8H+,则无论参加反应的Cl-数目与H2O数目的大小关系如何,电路中每转移6 mol电子,左室中会生成8 mol H+,同时有6 mol H+通过质子交换膜进入右室,则左室溶液pH下降,D错误。 题组2　高考真题集训 3.(2025·安徽卷)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Li+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H2+2Li══2LiH C.充电时Li+移向惰性电极 D.充电时每转移1 mol电子,c(H+)降低1 mol·L-1 C 解析:结合信息“使用前需先充电”,分析图示知:充电时,惰性电极为阴极,电极反应为Li++e-══Li,阳极为气体扩散电极,电极反应为H2-2e-+2H2P══ 2H3PO4,放电时惰性电极(实际是充电后沉积的Li)为负极,电极反应为Li-e-══Li+,Li+通过固体电解质进入电解质溶液,气体扩散电极为正极,电极反应为2H3PO4+2e-══2H2P+H2↑。转移2 mol e-时,电解质溶液质量增加:(2×7-2) g=12 g,A项错误;放电时电池总反应为2Li+2H3PO4══2LiH2PO4+H2↑,B项错误;充电时,惰性电极为阴极,Li+移向阴极,C项正确;题目中没有体积,无法确定c(H+)变化,D项错误。 4.(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Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(　　) A.b电极反应式为2H2O+2e-══H2↑+2OH- 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2x mol·h-1 D 解析:该装置工作时,电极b连接电源负极为阴极,电极b上放出H2:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,A正确;阳极无Cl2生成且KOH溶液浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-══O2↑+2H2O,为保持OH-的浓度不变,阴极室产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,则离子交换膜为阴离子交换膜,B正确;该电解装置的本质是电解水,而KOH溶液的浓度不变,PTFE膜不透液态水,则通过PTFE膜的水应为动能高的水分子(透汽),C正确;由电池总反应2H2O 2H2↑+O2↑可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,电解生成H2的速率为x mol·h-1,故海水为电解池补水的速率为x mol·h-1,D错误。 部分反应机理为+H2。 $