第04讲 电化学原理的综合应用（复习讲义）（黑吉辽蒙专用）2027年高考化学一轮复习讲练测

该高中化学讲义聚焦电化学原理综合应用，覆盖二次电源充放电、离子交换膜应用、电化学制备与环保等高考核心考点，按“命题透视-思维建模-考点精讲-真题溯源”逻辑架构，通过知识解构、考向破译、真题训练等环节，帮助学生系统梳理知识框架，突破多池串联分析、膜作用机制等难点。 资料以高考命题趋势为导向，采用工业储能电池、废水处理等情境化案例培养学生信息提取与原理迁移的科学思维，设计“多膜多室装置分析”“二次电源充放电对比”等专题策略，配合分层变式训练，助力学生构建解题模型，提升科学探究与实践能力，为教师把控复习节奏提供精准指导。

第04讲 电化学原理的综合应用 内容导航 ( 01 ) ( 命题透视·考情前瞻 ) ( 对标素养，研判高考命题趋势 ) ( 0 2 ) ( 思维建模·脉络梳理 ) ( 搭建知识框架，构建系统思维 ) ( 0 3 ) ( 考点精讲·靶向突破 ) ( 拆解核心考点，归纳解题范式 ) ( 考点一 多池串联以及充放电 知识解构 知识点1 多池串联分析 ∣ 知识点2 二次电源充放电原理 考向破译 考向1 考查串联类电化学装置 ∣ 考向 2 考查二次电源充放电 考点二 多膜多室原理及应用 知识解构 知识点1 离子交换膜的种类及特点 ∣ 知识点2 含膜电解池装置分析及应用 考向破译 考向1 离子交换膜作用机制与离子迁移分析 ∣ 考向2 离子交换膜的应用 考点 三 利用电化学原理制备物质及环境保护 知识解构 知识点1 利用电化学原理制备物质 ∣ 知识点2 电化学原理在环境保护中的应用 考向破译 考向1 考查 电化学原理制备物质 ∣ 考向2 考查 电化学原理在环境保护中的应用 ) ( 0 4 ) ( 真题溯源·考向感知 ) ( 溯源真题逻辑，感知高考考向 ) 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考情梳理--五年真题 考向梳理 核心考点 2026年 2025年 2024年 2023年 2022年 二次电源的充放电 —— 辽宁卷T11,3分 辽宁卷T14，3分 离子交换膜的应用 —— —— 黑吉辽卷T12，3分 —— —— 利用电解原理制备物质 黑吉辽蒙卷T13,3分 —— —— —— —— 考向解读--洞悉趋势 精准预判 ►命题解码： 电化学综合是高考化学的高频核心考点，稳定以 1–2 道选择题的形式出现在试卷中，属于中等偏难、区分度较强的题型，命题呈现鲜明的情境化、综合化、应用化特征。 1.情境紧扣工业与前沿应用，弱化经典模型 命题几乎不考查教材经典的锌铜原电池、电解氯化铜等基础装置，全部以真实工业生产、科研前沿为背景： 资源回收类；储能电池类，例如钠钛储能电池、铅铁储能电池；环境化工类：例如耦合制氢、废水处理。 2.二次电池为核心载体，原电池与电解池融合考查 充放电型二次电池是高频考点，一道题同时覆盖放电（原电池）与充电（电解池）双重原理 3. 装置创新度高，侧重信息提取与原理迁移 频繁出现多隔膜多室等陌生装置，要求学生从装置图、题干描述中自主推导电极反应物、产物及反应原理，而非机械记忆教材结论。 ►复习目标： 一、知识目标： 1.能准确区分原电池、电解池、电镀池、电解精炼池的装置特征； 2.熟练掌握正负极、阴阳极的判断依据（化合价、电子流向、离子流向、反应类型）； 3.能精准记忆离子迁移规律：原电池 “正正负负”，电解池 “阴阳相吸”，充放电过程方向互逆。 二、能力目标： 1.信息提取能力：从陌生装置图、工业流程描述中快速识别电极、反应物、产物及介质环境； 2.原理迁移能力：将氧化还原规律、电化学基本原理迁移到全新情境中，推导电极反应； 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 多池串联以及充放电 知●识●解●构 知识点1 多池串联分析 一．电解池与原电池的比较 比较项 电解池 原电池 不同点 变化的“源泉”（决定因素） （电能） （化学能） 变化的结果 转化为 （新物质生成） 能（物质消耗）转化为 装置 外加电源 外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的 ； 阴极：连电源的 由反应物性质决定： 正极： 的电极 负极： 的电极 反应类型 阳极： 反应 阴极： 反应 负极： 反应 正极： 反应 离子移动方向 阳离子移向 阴离子移向 阳离子移向 阴离子移向 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体 二、多池串联类型 1.电解池串联型(如图) A、B为两个串联 A 池 ：Zn 电极：阳极极（接电源正极） ：Cu 电极：阴极 B 池 ：Cu 电极：阳极 ：C (石墨) 电极：阴极（接电源负极） 。 2.原电池与电解池的串联型(如图) 图中，A 池：Zn‑Cu‑稀硫酸，构成 ；B 池：Cu‑C‑稀硫酸，为 。 A 池：Zn电极：负极 Cu电极：正极 总反应： B 池：Cu电极：阳极 C（石墨）：阴极 。 总反应： 。 三、多池串联装置中所属类型的判断 1．有直流电源符号装置类型的判断：（电源符号：长负短正） 判断方法：各电池均为 ：电源正极连的电极 = 阳极（失电子，氧化反应）； 电源负极连的电极 = 阴极（得电子，还原反应） 若装置中阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为 。 如图： 甲为 池：阳极反应式： 　，阴极反应式：　 乙为 池：Pt（左） ；Pt（右） 。 丙为 池：C（左） C（右） 。 2．无直流电源符号装置类型的判断： 判断方法：先找出符合原电池条件的装置，其余均为电解池。原电池装置的判断：根据电池中的电极材料（或电极充入的气体）和电解质溶液判断是否有 。如图： A为 池，B为 池，自发的氧化还原反应为 又如： A为 ，B为 池自发的氧化还原反应为： 答疑解惑 问：有没有“串联”的原电池装置 答：这里的所谓“串联”分两种情况： ①两个（或多个）原电池A池正极→B池负极→B池正极→A池负极，即串联，相当于两节电池短路连接,电化学解释了电池内部发生的反应。 A和B两个池子本身单独拿出来，都可以独立作为原电池。导线把它们串联接起来，电动势（电压）更大的装置A做原电池（电源）；电动势较小的装置B变成电解池： A 池：Zn电极：负极 C 电极：正极 B 池：Fe电极：阳极 C（石墨）：阴极 。 ②两个（或多个）原电池A池正极→B池正极→B池负极→A池负极，如图 装置A做原电池（电源）；电动势较小的装置B做电解池： A 原电池：Zn电极：负极 C 电极：正极 B电解 池：C（石墨）电极：阳极 Fe：阴极 。 如果B装置属于二次电源，则为充电原理，详见知识点2 知识点2 二次电源充放电原理 一、充放电能量转换关系 放电：二次电池作 ，化学能 → 电能； 充电：二次电池作 ，电能 → 化学能，把放电的反应逆向进行。 二、充放电实现的条件 1.电源要求：充电必须外接电源，外接电源电动势 蓄电池本身的电动势； 2.电路连接：“正接正，负接负” 二次电池原来的正极 → 接外接电源 （做电解池 ） 二次电池原来的负极 → 接外接电源 （做电解池 ） 三、充放电电极判断 状态 原二次电池正极 原二次电池负极 放电（原电池） 正极（还原反应，得电子） 负极（氧化反应，失电子） 充电（电解池） 阳极（氧化反应，失电子） 阴极（还原反应，得电子） 四．反应关系 充电总反应 = 放电总反应的逆反应 放电负极反应 ⇌ 充电阴极反应（逆过程） 放电正极反应 ⇌ 充电阳极反应（逆过程） 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－。 考●向●破●译 考向1 考查串联类电化学装置 例1（2025·黑龙江·二模）如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。 请回答下列问题： (1)A极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明_____________，在电场作用下向Y极移动。 (2)若甲、乙装置中的C、E电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。 (3)现用丙装置给铜件镀银，则G应是__________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是12时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为______________________________________________________________________________________。 【变式1·变角度——原电池电解池串联】（2025·辽宁沈阳·二模）如图所示，甲池的总反应式为，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为 C．甲池和乙池中溶液的均减小 D．当甲池中消耗时，乙池中理论上最多产生固体 【变式2·变角度——浓差原电池电解池串联】相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(　　) A．a电极的电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ B．c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜 C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu D．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得160 g NaOH 【变式3·变角度——电荷移动方向】.（2026·辽宁省鞍山市·期末）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为______________________________________________________________________________________。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________________________________________________________________________________。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。 (4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________。 考向2 考查二次电源充放电 例2（2025·黑龙江·一模）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，下列说法不正确的是( ) A．隔膜应该为阴离子交换膜 B．b极电解材料应该为石墨电极 C．充电时，隔膜两侧溶液浓度均增加 D．充电时，a与外接电源的负极相连 【变式1·变角度】（2025·吉林·二模） “容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。闭合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是(　　) A．充电时，a电极连接电源的负极 B．放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋ C．放电时，H＋从a极区移向b极区 D．充电时，BiHx只起导电的作用 【变式2·变角度——利用充放电实现氮气循环】（2026·吉林长春·二模） 中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是(　　) A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋ B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出 D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能 【变式3·变角度——新型可充电电池】．（2026·河南郑州·一模）近日，我国科学家成功研发出新型氢负离子原电池，其利用氢负离子的移动来存储和释放能量，放电时总反应方程式为：。 下列说法错误的是 A．电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2 B．该装置存储能量时，H-由NaAlH4电极移向CeH2电极 C．放电时，正极的电极反应式为 D．理论上，当有1mol CeH3生成时，两极的质量变化差值为2 g 考点二 多膜多室原理及应用 知●识●解●构 知识点1 离子交换膜的种类及特点 一、离子交换膜的类型及特点 1.阳离子交换膜：只允许 通过，阻止 通过 以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开 ①负极反应式： ②正极反应式： ③Zn2＋通过阳离子交换膜进入 区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池 (或电解池的 极) 2.阴离子交换膜：只允许 通过，阻止 通过 以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式： ②阳极反应式： ③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应： ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池 极(或原电池的 极) 3.质子交换膜：只允许 通过，阻止 通过、 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式： ②阳极反应式： ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋→透过质子交换膜→原电池 极(或电解池的 极) 二、离子交换膜的作用 1.在原电池中应用离子交换膜，起到替代 的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率。 隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。 2.在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。 知识点2 含膜电解池装置分析及应用 一、阳离子交换膜应用——氯碱工业 1.装置——阳离子交换膜电解槽 2.电极反应 阳极： ； 阴极： ； 3.阳离子交换膜的作用 ①阻止 与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O； ②阻止 。 二、阴离子交换膜应用——浓差电池 1.装置 2.电极反应 负极： 正极： 3.阴离子交换膜的作用 ①阻止 ，保证浓差电池的一定浓度差。 ②使阴离子SO42— ，平衡电荷、导电的作用。 三、质子交换膜的应用——电解还原 1.装置：电解还原CO2时，常采用高浓度的K+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，装置如图所示。 2.电极反应 阳极（石墨）： 阴极（Cu）： 3.质子交换膜的作用 ①阻止 ，产生副反应。 ②使H＋ 合成有机物。 关于质子交换膜在合成有机物，环境保护中的应用详见知识点三 四、多膜应用 1.电渗析法淡化海水 a. 装置图 b.交换膜的作用 海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。 2.电解法制备酸和碱 a. 装置图 b.电极反应 阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ 阴极反应式：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－ c.交换膜的作用 电解的阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生的H＋无法通过阴离子交换膜，留在了阴极室，S通过阴离子交换膜进入阳极室，得到更浓的H2SO4； 电解的阴极反应式：　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，产生的OH－无法通过阳离子交换膜，留在了阳极室，Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，得到更浓的NaOH。 考●向●破●译 考向1 离子交换膜作用机制与离子迁移分析 例1（25-26高三上·辽宁抚顺·期末）科学家研发了一种在电催化条件下由氢气和二氧化碳制备甲醇的方法（有少量产生），反应原理如图（M、N均为石墨电极）。已知：在电场作用下，双极膜中水电离出和向两极迁移。下列说法正确的是 A．极为阴极，发生氧化反应 B．双极膜中水电离出的迁移至极区 C．电解一段时间后，M极区域溶液pH减小 D．极每消耗，极消耗的大于 【变式1·变角度——多模电解池分析】（2026·黑龙江吉林一模） 利用偏二甲肼燃料电池电解制备，并得到副产物KOH、、装置如下图所示。电解所需试剂为：KOH稀溶液、浓溶液、浓溶液、稀溶液。下列说法正确的是 A．a极反应： B．可用银电极替换石墨I电极 C．A膜和B膜之间存放浓溶液，A膜为阳离子交换膜 D．a极消耗0.15 mol偏二甲肼时，X室减少1.2 mol 【变式2·变角度——二次电源中离子交换膜】一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气液流二次电池的工作原理如图所示，其中双膜结构的液流电池设计缓解了硫交叉问题。下列说法正确的是 A．放电时，电子流向为：电极B→电解液→电极A B．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 C．充电时发生反应的离子方程式为： D．放电时，当外电路通过2 mol电子时，理论上Ⅱ室及右侧贮液器中的NaOH共减少2 mol 【变式3·变载体——原电池中“双极膜”的应用】．（2025·吉林长春·三模）近期我国科技工作者研发了一种“酸碱混合硝酸-锌”电池，其工作原理如图所示。图中“双极膜”中间层中的H2O在电场作用下解离为H+和，并分别向两极迁移。下列说法错误的是 A．锌电极上的电势比催化电极上的低 B．M膜为阴离子膜 C．放电过程中正极区的pH保持不变 D．当双极膜中有2molH2O解离时，理论上锌电极质量减轻65g 考向2 离子交换膜的应用 例2（2026·内蒙古·一模）用惰性电极电解法制备硼酸[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)。下列有关说法正确的是（    ）    A．阴极与阳极产生的气体体积比为1：2 B．b极的电极反应式为2H2O－2eˉ=O2↑+4H+ C．产品室中发生的反应是B(OH)3+OHˉ=B(OH)4ˉ D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22g 【变式1·变角度——多模在废水处理中的应用】（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）我国科技工作者设计工作原理如图所示的方案，实现对废水中有机物的无害化处理。下列说法错误的是 A．工作时将化学能转化为电能 B．极上的电极反应为 C．工作中I区电解质溶液不变 D．工作时，II区溶液中、减小 【变式训练2·变角度——“双膜三液装置”制备硝酸和氨水】（2026·吉林长春·模拟预测）工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解制备和，下列说法正确的是 A．导线X接外电源的负极 B．N电极的电极反应方程式为 C．每当产生标准状况下气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少 D．离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 【变式训练3·变角度——质子交换膜应用】（2025·辽宁·一模）电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．H＋从右室通过质子交换膜迁移至左室 B．a极反应式为N2＋12OH－－10e－===2NO＋6H2O C．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小 D．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5∶3 考点三 利用电化学原理制备物质及环境保护 知识点1利用电化学原理制备物质 一、电解制备物质核心逻辑： 1.外接电源强制非自发氧化还原反应发生；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应； 2.离子交换膜调控离子迁移，隔离反应物或产物，避免副反应。 二、物质制备常用方法 1.电渗析法制备物质：利用阴阳膜交替排布，电场驱动离子定向迁移，在产品室得到相应物质。 例：四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸） 装置： 各室对应变化：阳极室： 产品室： 原料室： 穿过阴膜进入产品室， 穿过阳膜进入阴极室 阴极反应式： 离子交换膜作用：若去掉阳极室与产品室之间的阳离子交换膜，生成物中除H3PO2外，还有 ，生成该物质的电极反应式为 　。 解题技巧 四室电渗析法制备物质 若原料室中物质改为NaNO3浓溶液，则产品室中溶质为 若原料室中物质改为NaHSO3浓溶液，则产品室中可能的产物为　 或 　。 若原料室中物质改为NaBr浓溶液，则产品室中溶质为　 　 2.利用质子交换膜合成有机物： 质子交换膜分隔电解池为：阳极室、阴极室；阳极一般是水氧化： 产生H +， 穿过质子交换膜迁移到 ，供阴极有机 （加H去O被还原）消耗，加氢大都发生在 ；有机物放在 。 例：用电解丙烯腈的方法合成己二腈装置示意图如下。 已知：阳/阴极反应物的还原/氧化性越强，电解所需电压越小，消耗的电能越少。 下列说法不正确的是 A．在阴极获得己二腈 B．制得己二腈的同时，阳极室中增加 C．制得己二腈的同时，理论上会产生(标况下) D．若要降低电解丙烯腈的能耗，可向阳极室中加入强还原剂 知识点2 电化学原理在环境保护中的应用 一、核心原理： 利用原电池（ ）、电解池（ ），通过电极发生氧化、还原反应，实现污染物的氧化降解、还原去除、重金属回收、水质净化、防腐防护等，常结合膜（质子交换膜、阴离子交换膜、双极膜）考查。 二、电解法处理污水 1. 电解氧化法（阳极氧化）：阳极发生氧化反应，直接或间接氧化破坏有机污染物分子，把难降解有机物转化为 CO₂、H₂O 或小分子无毒物质。 ①直接氧化：污染物分子在阳极表面失电子被破坏； ②间接氧化：Cl⁻在阳极放电生成 Cl₂、HClO，利用次氯酸强氧化性氧化有机物、杀菌消毒。 2. 电解还原法（阴极还原） ① 除去重金属离子：重金属阳离子Cu2+、Pb2+、Cr2O72-等在阴极得电子，析出金属单质或者把高价有毒离子还原为低毒离子，如Cr2O72-中Cr+6(剧毒) → Cr3+(低毒)，后续调 pH 生成氢氧化物沉淀除去。 ② 降解卤代有机物：阴极加氢还原，脱去卤原子，降低毒性。 3. 电浮选、电絮凝 电解水，阳极 / 副反应生成Fe3+、 Al3+（铁、铝作活性阳极），水解生成氢氧化物胶体，吸附悬浮杂质；同时电极产生、微小气泡，吸附悬浮物上浮分离，实现净水。 二、原电池原理在环保中的应用（自发电池，微生物电池为热点） 1. 微生物燃料电池( MFC) a.原理：以微生物作催化剂，负极（阳极）：有机物污染物被微生物氧化，释放电子；正极（阴极）O₂得电子还原。 b.作用：①降解污水中有机物；②同时对外输出电能，变废为能源。 2. 金属的腐蚀与防护（环境保护、减少金属资源损耗） ①牺牲阳极法（原电池原理）：被保护金属作正极，连接更活泼金属作负极，负极腐蚀消耗，保护设备，减少金属废弃物。 ②外加电流阴极保护法（电解池原理）：被保护设备接电源负极作阴极，抑制金属失电子溶解，多用于管道、海水设备防腐，降低设备损耗。 三、双极膜电解处理污染 1、双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为 和 的离子源，不用额外加酸碱。 例：二氧化碳电化学甲烷化技术在能源储存、温室气体减排和可持续发展方面具有重要意义。下图装置中双极膜中间层中的H2O解离成H＋和OH－， 并在直流电场作用下分别向两极迁移。 电极反应：阴极： 阳极： 双极膜作用：①原位提供反应所需H＋和OH－，构建离子回路 膜界面水解离，H＋迁移到阴极，为CO2还原生成CH4提供质子反应物；解离出的迁移到OH－阳极，供给阳极析氧反应；依靠解离出的离子导通电路，维持两极电荷平衡。 ②分隔两极体系，维持两极独立 pH 环境，抑制副反应 阴极：得到H＋，维持适合CO2还原的局部酸性环境，减少CO2以碳酸盐形式流失，提高碳利用率。 阳极：得到OH－，维持阳极碱性环境。 阻挡阴极气态产物CH4、未反应CO2扩散到阳极；阻挡阳极O2扩散到阴极，避免CH4与O2混合。 ③抑制碳酸氢根、碳酸根跨膜迁移损耗CO2 阴极CO2容易和体系中OH－生成碳酸根、碳酸氢根；双极膜阳离子交换层阻挡碳酸根、碳酸氢根穿过膜进入阳极室；即便少量碳酸根到达膜界面，会和膜解离出的反应重新释放出，重新参与阴极还原，减少碳源损失 答疑解惑 不同交换膜比较 膜种类 应用 H+来源 膜的作用 质子交换膜 有机电合成 阳极水氧化 传导阳极生成H+；隔离有机物防止阳极氧化 双极膜 二氧化碳电化学甲烷化 膜内部水的解离 原位供给H＋和OH－；稳定两极 pH，减少CO2生产碳酸盐损耗；隔离气体产物 阳离子交换膜 氯碱工业 溶液本体离子迁移 传导Na+；隔离氢气和氯气 考●向●破●译 考向1 考查电化学原理制备物质 例1（2025·吉林·二模）某研究团队通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，其装置如图所示。其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层水发生解离产生H+和OH-。下列说法正确的是( ) A．膜a为阴离子交换膜 B．制得7.5g甘氨酸，盐室1增重2.2g C．碱室2反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大 【变式1·新角度——利用双极膜合成】（2025高三上·辽宁葫芦岛·一模）利用板状碳封装镍纳米晶体(Ni@C)电催化可将5-羟甲基糠醛(HMF)转化为2，5-呋喃二甲酸(FDCA)，工作原理如图所示。双极膜由阴、阳离子交换膜组成，在电场作用下，双极膜中离子向两极迁移。下列说法错误的是 A．a极的电势低于b极 B．b极的电极反应式为 C．制备1 mol 时，产生1.5 mol气体X D．该装置工作一段时间后，硫酸的浓度会减小 【变式2·变角度——利用阳离子交换膜合成】科研团队使用碳纳米管做电极，实现了常温、常压条件下尿素的合成，原理如图所示。下列说法正确的是 A．活性电极的电极电势高于Pt电极 B．活性电极上被还原 C．“气体”经过分离后，可以补充甲室消耗的 D．电路中转移16mol电子时，甲侧溶液质量增加44g 【变式3·变载体——电渗析法合成】．（2025·辽宁·模拟预测）四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]为原料，采用电渗析法合成[（CH3）4NOH]，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是( ) A．NaOH溶液的浓度大小关系：m＜n B．c为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜 C．若两极共产生33.6 L气体(标准状况下)，则制备（CH3）4NOH的质量为182 g D．线路中通过1 mol e-时，阳极室电解液质量减重8g 考向2 考查电化学原理在环境保护中的应用 例2（2025·内蒙古·一模）利用H2O2在碱性条件下实现废水中(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ） A．膜a，膜b均为阳离子交换膜 B．废水室中反应的离子方程式为2Cr（OH）3+3H2O2+4OH-=2CrO42-+8H2O C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH减小 D．通电过程中石墨N极每产生33.6L气体，则双极膜内减少54gH2O 【变式1·变题型】（2025·吉林·二模）羟基自由基()有极强的氧化性。我国科学家设计的一种能将苯酚氧化为和的原电池—电解池组合装置如图所示(M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是 A．该装置工作时，电子流动方向为b→c、d→a B．该装置工作时，Ⅰ区域溶液pH增大 C．电极d生成的氧化苯酚的化学方程式为 D．当电极b消耗时，电极c、d两极共产生气体15.68L(标准状况) 【变式训练2·变角度——离子交换膜的判断】（2025·黑龙江·一模））钠离子电池有耐高温、安全的特点，现有从废水中回收钠的装置，如图所示，中间室中电极材料具有选择性吸附，可将转化为，而脱出转化为（M为某过渡金属）的功能，废水中钠以形式回收。下列有关说法错误的是（ ） A．第一步吸附钠时，应接通“电源1” B．第二步脱出钠时，中间室电极反应式为 C．为完成钠离子的吸附/脱出，交换膜“a”“b”应选用阴离子交换膜 D．产品室每生成，理论上标准状况下惰性电极1上生成体积为 【变式训练3·变角度——二次电源中双极膜应用】科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是    A．充电时，阴极反应为 B．放电时，生成，转移电子数为个 C．充电时，电池总反应为 D．放电时，正极溶液中浓度升高 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是 A. 放电时负极反应： B. 放电时透过多孔活性炭电极向中迁移 C. 放电时每转移电子，理论上吸收 D. 充电过程中，溶液浓度增大 2.（2023·辽宁卷）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 A. 放电时负极质量减小 B. 储能过程中电能转变为化学能 C. 放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D. 充电总反应： 3.（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： 4.（2026年·黑、吉、辽、蒙卷）一种从废旧电池正极材料（）中回收锂元素的电化学装置如图。下列说法错误的是 A. 电极反应： B. 电路中转移电子，理论上可回收 C. 电极连接电源正极 D. 可转化为和，会降低锂的理论回收产率 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 电化学原理的综合应用 内容导航 ( 01 ) ( 命题透视·考情前瞻 ) ( 对标素养，研判高考命题趋势 ) ( 0 2 ) ( 思维建模·脉络梳理 ) ( 搭建知识框架，构建系统思维 ) ( 0 3 ) ( 考点精讲·靶向突破 ) ( 拆解核心考点，归纳解题范式 ) ( 考点一 多池串联以及充放电 知识解构 知识点1 多池串联分析 ∣ 知识点2 二次电源充放电原理 考向破译 考向1 考查串联类电化学装置 ∣ 考向 2 考查二次电源充放电 考点二 多膜多室原理及应用 知识解构 知识点1 离子交换膜的种类及特点 ∣ 知识点2 含膜电解池装置分析及应用 考向破译 考向1 离子交换膜作用机制与离子迁移分析 ∣ 考向2 离子交换膜的应用 考点 三 利用电化学原理制备物质及环境保护 知识解构 知识点1 利用电化学原理制备物质 ∣ 知识点2 电化学原理在环境保护中的应用 考向破译 考向1 考查 电化学原理制备物质 ∣ 考向2 考查 电化学原理在环境保护中的应用 ) ( 0 4 ) ( 真题溯源·考向感知 ) ( 溯源真题逻辑，感知高考考向 ) 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考情梳理--五年真题 考向梳理 核心考点 2026年 2025年 2024年 2023年 2022年 二次电源的充放电 —— 辽宁卷T11,3分 辽宁卷T14，3分 离子交换膜的应用 —— —— 黑吉辽卷T12，3分 —— —— 利用电解原理制备物质 黑吉辽蒙卷T13,3分 —— —— —— —— 考向解读--洞悉趋势 精准预判 ►命题解码： 电化学综合是高考化学的高频核心考点，稳定以 1–2 道选择题的形式出现在试卷中，属于中等偏难、区分度较强的题型，命题呈现鲜明的情境化、综合化、应用化特征。 1.情境紧扣工业与前沿应用，弱化经典模型 命题几乎不考查教材经典的锌铜原电池、电解氯化铜等基础装置，全部以真实工业生产、科研前沿为背景： 资源回收类；储能电池类，例如钠钛储能电池、铅铁储能电池；环境化工类：例如耦合制氢、废水处理。 2.二次电池为核心载体，原电池与电解池融合考查 充放电型二次电池是高频考点，一道题同时覆盖放电（原电池）与充电（电解池）双重原理 3. 装置创新度高，侧重信息提取与原理迁移 频繁出现多隔膜多室等陌生装置，要求学生从装置图、题干描述中自主推导电极反应物、产物及反应原理，而非机械记忆教材结论。 ►复习目标： 一、知识目标： 1.能准确区分原电池、电解池、电镀池、电解精炼池的装置特征； 2.熟练掌握正负极、阴阳极的判断依据（化合价、电子流向、离子流向、反应类型）； 3.能精准记忆离子迁移规律：原电池 “正正负负”，电解池 “阴阳相吸”，充放电过程方向互逆。 二、能力目标： 1.信息提取能力：从陌生装置图、工业流程描述中快速识别电极、反应物、产物及介质环境； 2.原理迁移能力：将氧化还原规律、电化学基本原理迁移到全新情境中，推导电极反应； 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 多池串联以及充放电 知●识●解●构 知识点1 多池串联分析 一、电解池与原电池的比较 比较项 电解池 原电池 不同点 变化的“源泉”（决定因素） 电源的正负极（电能） 自发的氧化还原反应（化学能） 变化的结果 电能转化为化学能（新物质生成） 化学能（物质消耗）转化为电能 装置 有外加电源 无外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极 由反应物性质决定： 正极：氧化剂被还原的电极 负极：还原剂被氧化的电极 反应类型 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 负极：氧化反应 正极：还原反应 离子移动方向 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 阳离子移向正极 阴离子移向负极 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体 二、多池串联类型 1.电解池串联型(如图) A、B为两个串联电解池 A 池 ：Zn 电极：阳极极（接电源正极）Zn-2e-=Zn2＋ Cu 电极：阴极2H＋＋2e-=H2↑ B 池 ：Cu 电极：阳极Cu-2e-=Cu2＋ C (石墨) 电极：阴极（接电源负极）2H＋＋2e-=H2↑。 2.原电池与电解池的串联型(如图) 图中，A 池：Zn‑Cu‑稀硫酸，构成原电池；B 池：Cu‑C‑稀硫酸，为电解池。 A 池：Zn电极：负极Zn-2e-=Zn2＋ Cu电极：正极2H＋＋2e-=H2↑ 总反应：Zn + 2H＋ = Zn2＋ + H2↑ B 池：Cu电极：阳极Cu-2e-=Cu2＋ C（石墨）：阴极2H＋＋2e-=H2↑。 总反应：Cu ＋ 2H＋ Cu2＋ + H2↑。 三、多池串联装置中所属类型的判断 1．有直流电源符号装置类型的判断：（电源符号：长负短正） 判断方法：各电池均为电解池：电源正极连的电极 = 阳极（失电子，氧化反应）； 电源负极连的电极 = 阴极（得电子，还原反应） 若装置中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： 甲为电镀池：阳极反应式：Ag－e－Ag＋　，阴极反应式：　Ag＋＋e－Ag ｡ 乙为电解池：Pt（左）阴极：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；Pt（右）阳极：2Cl－－2e－Cl2↑　。 丙为电解池：C（左）阴极Cu2＋＋2e－Cu；C（右）阳极2H2O－4e－O2↑＋4H＋。 2．无直流电源符号装置类型的判断： 判断方法：先找出符合原电池条件的装置，其余均为电解池。原电池装置的判断：根据电池中的电极材料（或电极充入的气体）和电解质溶液判断是否有自发进行的氧化还原反应。如图： A为电解池，B为原电池，自发的氧化还原反应为：Zn + 2H＋ = Zn2＋ + H2↑ 又如： A为原电池，B为电解池自发的氧化还原反应为：2H2 + O2=2H2O 答疑解惑 问：有没有“串联”的原电池装置 答：这里的所谓“串联”分两种情况： ①两个（或多个）原电池A池正极→B池负极→B池正极→A池负极，即串联，相当于两节电池短路连接,电化学解释了电池内部发生的反应。 A和B两个池子本身单独拿出来，都可以独立作为原电池。导线把它们串联接起来，电动势（电压）更大的装置A做原电池（电源）；电动势较小的装置B变成电解池： A 池：Zn电极：负极Zn-2e-=Zn2＋ C 电极：正极2H＋＋2e-=H2↑ B 池：Fe电极：阳极Fe-2e-=Fe2＋ C（石墨）：阴极2H＋＋2e-=H2↑。 ②两个（或多个）原电池A池正极→B池正极→B池负极→A池负极，如图 装置A做原电池（电源）；电动势较小的装置B做电解池： A 原电池：Zn电极：负极Zn-2e-=Zn2＋ C 电极：正极2H＋＋2e-=H2↑ B电解 池：C（石墨）电极：阳极2H2O－4e－O2↑＋4H＋ Fe：阴极2H＋＋2e-=H2↑。 如果B装置属于二次电源，则为充电原理，详见知识点2 知识点2 二次电源充放电原理 一、充放电能量转换关系 放电：二次电池作原电池，化学能 → 电能； 充电：二次电池作电解池，电能 → 化学能，把放电的反应逆向进行。 二、充放电实现的条件 1.电源要求：充电必须外接电源，外接电源电动势 > 蓄电池本身的电动势； 2.电路连接：“正接正，负接负” 二次电池原来的正极 → 接外接电源正极（做电解池阳极） 二次电池原来的负极 → 接外接电源负极（做电解池阴极） 三、充放电电极判断 状态 原二次电池正极 原二次电池负极 放电（原电池） 正极（还原反应，得电子） 负极（氧化反应，失电子） 充电（电解池） 阳极（氧化反应，失电子） 阴极（还原反应，得电子） 四．反应关系 充电总反应 = 放电总反应的逆反应 放电负极反应 ⇌ 充电阴极反应（逆过程） 放电正极反应 ⇌ 充电阳极反应（逆过程） 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－。 考●向●破●译 考向1 考查串联类电化学装置 例1（2025·黑龙江·二模）如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。 请回答下列问题： (1)A极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明_____________，在电场作用下向Y极移动。 (2)若甲、乙装置中的C、E电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。 (3)现用丙装置给铜件镀银，则G应是__________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是12时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为______________________________________________________________________________________。 【答案】(1)正极　颜色变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷　(2)1∶2 (3)镀层金属　AgNO3　0.54 g　变小 (4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋ 【解析】将直流电源接通后，F极附近呈红色，说明F极显碱性，是氢离子在该电极放电，所以F即是阴极，可得出D、F、H、Y均为阴极，C、E、G、X均为阳极，A是电源的正极，B是负极，据此分析解题。(1)由分析可知，A电极是电源的正极；在甲池中，电解硫酸铜的过程中，C电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，D为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则铜离子逐渐减少，导致溶液颜色变浅；Y极是阴极，该电极颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶体向该电极移动，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，所以氢氧化铁胶体粒子带正电荷；(2)由分析可知，C、E电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑、2Cl－－2e－===Cl2↑，当各电极转移电子均为1 mol时，生成单质的量分别为0.25 mol、0.5 mol，所以单质的物质的量之比为1∶2；(3)电镀装置中，镀层金属必须做阳极，镀件做阴极，所以H应该是镀件，G为镀层金属，电镀液是AgNO3溶液；当乙中pH是12时，即溶液的c(OH－)＝0.01 mol·L－1时(此时乙溶液体积为500 mL)时，根据电极反应2H＋＋2e－===H2↑，则放电的氢离子的物质的量为0.01 mol/L×0.5 L＝0.005 mol，当转移0.05 mol电子时，丙中镀件上析出银的质量＝108 g/mol×0.005 mol＝0.54 g；在甲池中电解硫酸铜生成了硫酸溶液，溶液的pH变小；(4)C电极换为铁属于活泼电极，则阳极铁失电子，阴极铜离子得电子，电解池反应为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。 【变式1·变角度——原电池电解池串联】（2025·辽宁沈阳·二模）如图所示，甲池的总反应式为，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为 C．甲池和乙池中溶液的均减小 D．当甲池中消耗时，乙池中理论上最多产生固体 【答案】C 【详解】A．由分析可知，Ag电极为阴极，该电极上铜离子得电子产生Cu：Cu2++2e-=Cu，A项错误； B．由图可知，甲池环境为碱性，电极反应式不产生H+，电极方程式为：；B项错误； C．甲池的总反应方程式为：N2H4+O2=N2+2H2O，电解液被稀释，故碱性减弱，减小，乙池的总反应方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，电解液酸性增强，减小，C项正确； D．的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4mol，产生0.2molCu，质量为12.8g，D项错误； 故选：C。 【变式2·变角度——浓差原电池电解池串联】相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(　　) A．a电极的电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ B．c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜 C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu D．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得160 g NaOH 【答案】B 【解析】A.浓差电池放电时，两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时，停止放电，电池放电过程中，Cu(1)电极上发生使Cu2＋浓度降低的还原反应，作为正极，Cu(2)电极上发生使Cu2＋浓度升高的氧化反应，作为负极，则在右侧的电解池中，a为电解池的阴极，H2O得到电子发生还原反应生成H2，b为电解池的阳极，H2O失去电子发生氧化反应生成O2。a为电解池的阴极，电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A项正确； B.因溶液呈电中性，a电极附近产生了OH－，必须让Na＋通过c膜向a电极移动，则c为阳离子交换膜，b电极附近产生了H＋，必须让SO通过d膜向b电极移动，则d为阴离子交换膜，B项错误； C.Cu(1)为正极，得到电子，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C项正确； D.电池从开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5 mol·L－1逐渐降低到1.5 mol·L－1，负极区硫酸铜溶液的浓度由0.5 mol·L－1逐渐升高到1.5 mol·L－1，正极反应消耗Cu2＋的物质的量为2 L ×(2.5－1.5)mol·L－1＝2 mol，电路中转移4 mol 电子，电解池的阴极生成4 mol OH－，即阴极区可得4 mol氢氧化钠，其质量为160 g，D项正确。 故答案选B 【变式3·变角度——电荷移动方向】.（2026·辽宁省鞍山市·期末）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为______________________________________________________________________________________。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________________________________________________________________________________。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。 (4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________。 【答案】(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 　(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3　 (3)280　D　1.60　(4)减小　增大 解析　(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 (2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。 (3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64 g＝1.60 g。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲池中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。 考向2 考查二次电源充放电 例2（2025·黑龙江·一模）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，下列说法不正确的是( ) A．隔膜应该为阴离子交换膜 B．b极电解材料应该为石墨电极 C．充电时，隔膜两侧溶液浓度均增加 D．充电时，a与外接电源的负极相连 【答案】C 【解析】全铁液流电池原理为2Fe3++Fe=3Fe2+，a极发生Fe-2e-=Fe2+，为负载铁的石墨电极作负极，b极发生Fe3++e-=Fe2+，发生还原反应，b为石墨电极，作正极。 A项，放电时，为平衡电荷，阴离子从b极区(正极)移向a极区(负极)，故隔膜为阴离子交换膜，该膜也能阻止b极区的Fe3+与a极的Fe直接反应，A正确； B项，b极为装置正极，发生Fe3++e-=Fe2+反应，电极仅起导电作用，故应为惰性的石墨电极，B正确； C项，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错误； D项，放电时，a极负载铁的石墨电极作负极，则充电时，a与外接电源的负极相连，D正确； 故选C。 【变式1·变角度】（2025·吉林·二模） “容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。闭合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是(　　) A．充电时，a电极连接电源的负极 B．放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋ C．放电时，H＋从a极区移向b极区 D．充电时，BiHx只起导电的作用 【答案】D 【解析】A.充电时为电解池，根据总反应：Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋可知，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，a电极为阴极，应连接电源的负极，A正确； B.放电时，b电极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确； C.电池放电时，a电极为负极，b电极为正极，则H＋从a极区移向b极区，C正确； D充电时，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，左侧发生的反应为BiHx ＋ Cr3＋===Bi＋Cr2＋＋H，BiHx起导电和转移电子的作用，D错误。 故答案选D 【变式2·变角度——利用充放电实现氮气循环】（2026·吉林长春·二模） 中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是(　　) A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋ B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出 D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能 答案　D 解析　A.放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：N2＋6Li＋＋6e－===2Li3N，A项错误； B.充电过程是电解池原理，Li＋由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面Li3N分解生成N2和Li＋，B项错误； C.石墨a是阳极，阳极电极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生氧气，C项错误； D.反应N2＋6Li===2Li3N属于氮的固定，锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D项正确。 故答案选D 【变式3·变角度——新型可充电电池】．（2026·河南郑州·一模）近日，我国科学家成功研发出新型氢负离子原电池，其利用氢负离子的移动来存储和释放能量，放电时总反应方程式为：。 下列说法错误的是 A．电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2 B．该装置存储能量时，H-由NaAlH4电极移向CeH2电极 C．放电时，正极的电极反应式为 D．理论上，当有1mol CeH3生成时，两极的质量变化差值为2 g 【答案】B 【分析】放电时总反应方程式为：，Ce元素化合价由+2升高为+3，CeH2失电子发生氧化反应，CeH2是负极；Al元素化合价由+3降低为0，NaAlH4是正极； 【解析】A.原电池放电时，电流由正极经外电路流入负极，电流方向：CeH2→固态电解质→NaAlH4→导线→CeH2，故A正确； B.该装置存储能量时为电解池，阴离子移向阳极，CeH2为阴极、NaAlH4为阳极，H-由CeH2电极移向NaAlH4电极，故B错误； C.放电时，正极NaAlH4得电子生成Al，正极的电极反应式为，故C正确； D.放电时负极反应式为CeH2-e-+H-=CeH3，理论上，当有1mol CeH3生成时，电路中转移1mol电子，负极消耗1molH-，负极质量增加1g，正极生成1molH-，正极质量减少1g，两极的质量变化差值为2 g，故D正确； 故选B。 考点二 多膜多室原理及应用 知●识●解●构 知识点1 离子交换膜的种类及特点 一、离子交换膜的类型及特点 1.阳离子交换膜：只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过 以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开 ①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋ ②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu ③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极) 2.阴离子交换膜：只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过 以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH- ②阳极反应式：2I-_2e-=I2 ③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH-=IO3-＋5I-＋3H2O ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极) 3.质子交换膜：只允许H＋和水分子通过，阻止气体、其他阳离子、阴离子通过、 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式：2H＋＋2e-=H2↑ ②阳极反应式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋ ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极) 二、离子交换膜的作用 1.在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率。 隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。 2.在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。 知识点2 含膜电解池装置分析及应用 一、阳离子交换膜应用——氯碱工业 1.装置——阳离子交换膜电解槽 2.电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； 3.阳离子交换膜的作用 ①阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O； ②阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 二、阴离子交换膜应用——浓差电池 1.装置 2.电极反应 负极：Cu－2e－=Cu2＋； 正极：Cu2＋＋2e－=Cu。 3.阴离子交换膜的作用 ①阻止Cu2+进入负极「Cu（I）」室，保证浓差电池的一定浓度差。 ②使阴离子SO42—从正极「Cu（II）」室进入负极「Cu（I）」室，平衡电荷、导电的作用。 三、质子交换膜的应用——电解还原 1.装置：电解还原CO2时，常采用高浓度的K+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，装置如图所示。 2.电极反应 阳极（石墨）：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极（Cu）： 3.质子交换膜的作用 ①阻止阴离子进入阳极（石墨）室放电，产生副反应。 ②使H＋进入阴极室放电提供H，发生还原反应（加H去O）合成有机物。 关于质子交换膜在合成有机物，环境保护中的应用详见知识点三 四、多膜应用 1.电渗析法淡化海水 a. 装置图 b.交换膜的作用 海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。 2.电解法制备酸和碱 a. 装置图 b.电极反应 阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ 阴极反应式：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－ c.交换膜的作用 电解的阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生的H＋无法通过阴离子交换膜，留在了阴极室，S通过阴离子交换膜进入阳极室，得到更浓的H2SO4； 电解的阴极反应式：　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，产生的OH－无法通过阳离子交换膜，留在了阳极室，Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，得到更浓的NaOH。 考●向●破●译 考向1 离子交换膜作用机制与离子迁移分析 例1（25-26高三上·辽宁抚顺·期末）科学家研发了一种在电催化条件下由氢气和二氧化碳制备甲醇的方法（有少量产生），反应原理如图（M、N均为石墨电极）。已知：在电场作用下，双极膜中水电离出和向两极迁移。下列说法正确的是 A．极为阴极，发生氧化反应 B．双极膜中水电离出的迁移至极区 C．电解一段时间后，M极区域溶液pH减小 D．极每消耗，极消耗的大于 【答案】D 【分析】右边二氧化碳转化为甲醇和一氧化碳，化合价降低，得电子，所以N作阴极；左边氢气失电子，化合价升高，所以M作阳极。 【解析】A.由题意知，CO2在N极得电子，发生还原反应，作阴极，A错误； B.M极（阳极）反应为:，N极（阴极）反应为：，因此双极膜中水电离出的向M极迁移，B错误； C.M极（阳极）反应为:，反应生成H+，同时，双极膜中水电离产生的迁移至M极，与生成的发生中和反应，使M极区域溶液pH基本不变，C错误； D.极每消耗，转移6mol电子，若全部生成CH3OH，需要1mol CO2，若部分生成CO，则需要更多的CO2，才能消耗6mol电子，由题可知，有少量CO生成，则极每消耗，极消耗的大于，D正确； 故选D。 【变式1·变角度——多模电解池分析】（2026·黑龙江吉林一模） 利用偏二甲肼燃料电池电解制备，并得到副产物KOH、、装置如下图所示。电解所需试剂为：KOH稀溶液、浓溶液、浓溶液、稀溶液。下列说法正确的是 A．a极反应： B．可用银电极替换石墨I电极 C．A膜和B膜之间存放浓溶液，A膜为阳离子交换膜 D．a极消耗0.15 mol偏二甲肼时，X室减少1.2 mol 【答案】D 【解析】由图可知，左侧装置为燃料电池，a极为燃料电池的负极，氧离子作用下偏二甲肼在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氮气和水，b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子；右侧装置为制备磷酸二氢镁的电解池，与燃料电池正极相连的石墨Ⅰ为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，溶液中的镁离子通过阳离子交换膜进入A膜和B膜之间的产品室，则X室为盛有氯化镁溶液的阳极室，产品室中盛有的是磷酸二氢镁稀溶液；石墨Ⅱ是阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，则Y室为盛有氢氧化钾稀溶液的阴极室，B膜和C膜之间的区域是盛有磷酸二氢钾浓溶液的原料室，原料室中的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极室，磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室得到磷酸二氢镁，则A膜和C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜。 A.由分析可知，a极为燃料电池的负极，氧离子作用下偏二甲肼在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳、氮气和水，电极反应式为：，A错误； B.由分析可知，石墨Ⅰ为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，所以不能用银电极替换石墨I电极，否则无法制得副产品氯气，B错误； C.由分析可知，石墨Ⅰ为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，溶液中的镁离子通过阳离子交换膜进入A膜和B膜之间的产品室，产品室中盛有的是磷酸二氢镁稀溶液，C错误； D.由得失电子数目守恒可知，a极消耗0.15 mol偏二甲肼时，X室减少镁离子的物质的量为：=1.2 mol，D正确； 故选D。 【变式2·变角度——二次电源中离子交换膜】一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气液流二次电池的工作原理如图所示，其中双膜结构的液流电池设计缓解了硫交叉问题。下列说法正确的是 A．放电时，电子流向为：电极B→电解液→电极A B．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 C．充电时发生反应的离子方程式为： D．放电时，当外电路通过2 mol电子时，理论上Ⅱ室及右侧贮液器中的NaOH共减少2 mol 【答案】C 【解析】由电池装置图可知，放电时，空气氧化多硫化物，则电极B为正极，电极反应为，电极A为负极，电极反应为；充电时，电极B为阳极，电极反应为，电极A为阴极，电极反应为； A.放电时，电子由负极经外电路流向正极，即电极A→负载→电极B，A错误； B.由分析可知，放电时，负极室中的通过膜a向Ⅱ室迁移，膜a为阳离子交换膜；正极室中的通过膜b向Ⅱ室迁移，膜b为阴离子交换膜，B错误； C.结合充电时阳极和阴极的电极反应式可得总反应的离子方程式为，C正确；D.放电时，当外电路通过2 mol电子时，理论上负极室中有2 mol 进入Ⅱ室，正极室中有2 mol 进入Ⅱ室，则Ⅱ室及右侧贮液器中的NaOH共增加2 mol，D错误； 故选C。 【变式3·变载体——原电池中“双极膜”的应用】．（2025·吉林长春·三模）近期我国科技工作者研发了一种“酸碱混合硝酸-锌”电池，其工作原理如图所示。图中“双极膜”中间层中的H2O在电场作用下解离为H+和，并分别向两极迁移。下列说法错误的是 A．锌电极上的电势比催化电极上的低 B．M膜为阴离子膜 C．放电过程中正极区的pH保持不变 D．当双极膜中有2molH2O解离时，理论上锌电极质量减轻65g 【答案】C 【解析】由图可知，锌电极中的Zn在碱性溶液中失去电子生成，故锌电极为负极；在催化电极上发生反应转化为，N元素化合价降低，发生还原反应，催化电极为正极。根据电池放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，双极膜中的OH-通过M膜向负极移动，则M膜为阴离子交换膜，H+通过N膜向正极移动，则N膜为阳离子交换膜。 A.锌电极为负极，催化电极为正极，负极电势低于正极，锌电极上的电势比催化电极上的低，A正确； B.双极膜解离的OH-向负极（锌电极）迁移，M膜允许阴离子通过，M膜为阴离子膜，B正确； C.正极区发生反应：+ 8e⁻ + 10H⁺ =+ 3H2O，消耗H⁺；双极膜解离的H+向正极迁移，电路中转移8 mol电子时，正极消耗10 mol H+，双极膜迁移8 mol H+，H+的量减少，pH增大，C错误； D.负极电极反应式为，双极膜有2mol H2O解离时，电路中转移2mol e-，此时反应1mol Zn，质量减轻65g，D正确； 故选C。 考向2 离子交换膜的应用 例2（2026·内蒙古·一模）用惰性电极电解法制备硼酸[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）。下列有关说法正确的是（　　） A.阴极与阳极产生的气体体积之比为1∶2 B.b极的电极反应式为2H2O－2e－O2↑＋4H＋ C.产品室中发生的反应是B（OH）3＋OH－ D.每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g 【答案】D 【分析】由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H+，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH-，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中的B(OH)4-通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通入阳膜进入产品室，B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3；理论上每生成1mol产品，a、b电极反应式分别为2H2O+2e-=H2↑+2OH-、2H2O-4e-=O2↑+4H+，b极生成1molH+、a极生成0.5molH2。 【详解】A.由 a、b电极反应式：2H2O+2e-=H2↑+2OH-、2H2O-4e-=O2↑+4H+可知，阴极生成2mol H2同时阳极生成1mol O2，故A错误； B. b极为阳极，电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故B错误； C. 原料室中的B(OH)4-通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通入阳膜进入产品室，B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3，故C错误； D. 理论上每生成1mol产品，a电极反应式分别为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，a极生成0.5molH2质量为1g，同时原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室1mol质量为23g，所以氢氧化钠溶液增重22g，故D正确； 故答案选D。 【变式1·变角度——多模在废水处理中的应用】（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）我国科技工作者设计工作原理如图所示的方案，实现对废水中有机物的无害化处理。下列说法错误的是 A．工作时将化学能转化为电能 B．极上的电极反应为 C．工作中I区电解质溶液不变 D．工作时，II区溶液中、减小 【答案】C 【解析】根据图示，可知该装置外接电器，是电池装置，的化合价从+6价降低到+3价，得到电子，所以N极是电池的正极，电极反应式为：；区的有机物转化为二氧化碳，碳元素化合价升高，则M极是电池的负极，失去电子，生成，降低。经过对图的分析，外电路接有用电器，此装置应该是电池，所以它是把化学能转化为电能的装置，A正确；N极上的的化合价从价降低到价，得到电子，所以N极是电池的正极，电极反应式为：，B正确；区的有机物转化为二氧化碳，碳元素化合价升高，一定是负极，则M极是电池的负极，失去电子，生成，降低，C错误；工作时，区产生，区产生，为平衡两边电荷，区的钠离子和氯离子分别移向区和区，溶液中、减小，D正确；故选C。 【变式训练2·变角度——“双膜三液装置”制备硝酸和氨水】（2026·吉林长春·模拟预测）工业上用单池双膜三液装置(如下图)，依据电解原理电解制备和，下列说法正确的是 A．导线X接外电源的负极 B．N电极的电极反应方程式为 C．每当产生标准状况下气体A，Ⅲ室溶液的质量理论上减少 D．离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 【答案】D 【详解】A．由分析可知，Ⅰ室中电极产生，电极反应式为，发生氧化反应，电极M为阳极，接外电源的正极，A错误； B．由分析可知，电极N为阴极，电极反应式为，B错误； C．每当产生标准状况下，根据电子守恒，Ⅲ室溶液中就要生成，质量减少，同时依据电荷守恒，通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，溶液质量增加，所以Ⅲ室溶液的质量理论上共增加，C错误； D．根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质，可知Ⅱ室中的要进入Ⅰ室，所以离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜。要进入Ⅲ室，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，D正确； 故选D。 【变式训练3·变角度——质子交换膜应用】（2025·辽宁·一模）电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．H＋从右室通过质子交换膜迁移至左室 B．a极反应式为N2＋12OH－－10e－===2NO＋6H2O C．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小 D．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5∶3 【答案】A 【详解】a极上N2失去电子被氧化为NO，电解质溶液为酸性溶液，电极反应式为N2－10e－＋6H2O===2NO＋12H＋，故B错误；b极电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH，电解过程中c(H＋)减小，溶液pH逐渐增大，a极电解过程中c(H＋)增大，溶液pH逐渐减小，故C错误；由上述分析可知，a极上每消耗1 mol N2时转移10 mol e－，b极上每消耗1 mol N2时转移6 mol e－，由转移电子守恒可知，电解相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3∶5，故D错误。 故答案选A 考点三 利用电化学原理制备物质及环境保护 知识点1利用电化学原理制备物质 一、电解制备物质核心逻辑： 1.外接电源强制非自发氧化还原反应发生；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应； 2.离子交换膜调控离子迁移，隔离反应物或产物，避免副反应。 二、物质制备常用方法 1.电渗析法制备物质：利用阴阳膜交替排布，电场驱动离子定向迁移，在产品室得到相应物质。 例：四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸） 装置： 各室对应变化：阳极室：2H2O－4e－O2↑＋4H＋　 产品室：H＋＋H2PO2-===H3PO2 原料室：H2PO2-穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室 阴极反应式：　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－　 离子交换膜作用：若去掉阳极室与产品室之间的阳离子交换膜，生成物中除H3PO2外，还有　H3PO4　，生成该物质的电极反应式为　H2P－4e－＋2H2OH3PO4＋3H＋　。 解题技巧 四室电渗析法制备物质 若原料室中物质改为NaNO3浓溶液，则产品室中溶质为　HNO3　。 若原料室中物质改为NaHSO3浓溶液，则产品室中可能的产物为　H2SO3（或SO2）　。 若原料室中物质改为NaBr浓溶液，则产品室中溶质为　HBr　 2.利用质子交换膜合成有机物： 质子交换膜分隔电解池为：阳极室、阴极室；阳极一般是水氧化：2H2O－2e－O2↑＋4H＋ 产生H +， H +穿过质子交换膜迁移到阴极，供阴极有机还原反应（加H去O被还原）消耗，加氢大都发生在阴极；有机物放在阴极室。 例：用电解丙烯腈的方法合成己二腈装置示意图如下。 已知：阳/阴极反应物的还原/氧化性越强，电解所需电压越小，消耗的电能越少。 下列说法不正确的是 A．在阴极获得己二腈 B．制得己二腈的同时，阳极室中增加 C．制得己二腈的同时，理论上会产生(标况下) D．若要降低电解丙烯腈的能耗，可向阳极室中加入强还原剂 【答案】B 【分析】用电解丙烯腈的方法合成己二腈过程中，C元素化合价降低，发生还原反应，则丙烯腈在阴极（左侧电极）发生反应：，右侧电极为阳极，水失去电子发生氧化反应：； 【解析】A．由分析可知，丙烯腈在阴极发生还原反应生成己二腈，A正确； B．由电极反应式可知，制得己二腈时，阴极室消耗，阳极室生成通过质子交换膜向阴极移动，则阳极室中不变，B错误； C．由电极反应式可知，制得己二腈时，转移，生成，即产生(标况下)，C正确； D．根据题中所给已知信息：阳/阴极反应物的还原/氧化性越强，电解所需电压越小，消耗的电能越少；阳极室反应物具有还原性，发生氧化反应，则要降低电解丙烯腈的能耗，可向阳极室中加入强还原剂，D正确； 故选B。 知识点2 电化学原理在环境保护中的应用 一、核心原理： 利用原电池（自发氧化还原）、电解池（外加电源驱动氧化还原），通过电极发生氧化、还原反应，实现污染物的氧化降解、还原去除、重金属回收、水质净化、防腐防护等，常结合膜（质子交换膜、阴离子交换膜、双极膜）考查。 二、电解法处理污水（电解池，高频考点） 1. 电解氧化法（阳极氧化）：阳极发生氧化反应，直接或间接氧化破坏有机污染物分子，把难降解有机物转化为 CO₂、H₂O 或小分子无毒物质。 ①直接氧化：污染物分子在阳极表面失电子被破坏； ②间接氧化：Cl⁻在阳极放电生成 Cl₂、HClO，利用次氯酸强氧化性氧化有机物、杀菌消毒。 2. 电解还原法（阴极还原） ① 除去重金属离子：重金属阳离子Cu2+、Pb2+、Cr2O72-等在阴极得电子，析出金属单质或者把高价有毒离子还原为低毒离子，如Cr2O72-中Cr+6(剧毒) → Cr3+(低毒)，后续调 pH 生成氢氧化物沉淀除去。 ② 降解卤代有机物：阴极加氢还原，脱去卤原子，降低毒性。 3. 电浮选、电絮凝 电解水，阳极 / 副反应生成Fe3+、 Al3+（铁、铝作活性阳极），水解生成氢氧化物胶体，吸附悬浮杂质；同时电极产生、微小气泡，吸附悬浮物上浮分离，实现净水。 二、原电池原理在环保中的应用（自发电池，微生物电池为热点） 1. 微生物燃料电池( MFC) a.原理：以微生物作催化剂，负极（阳极）：有机物污染物被微生物氧化，释放电子；正极（阴极）O₂得电子还原。 b.作用：①降解污水中有机物；②同时对外输出电能，变废为能源。 2. 金属的腐蚀与防护（环境保护、减少金属资源损耗） ①牺牲阳极法（原电池原理）：被保护金属作正极，连接更活泼金属作负极，负极腐蚀消耗，保护设备，减少金属废弃物。 ②外加电流阴极保护法（电解池原理）：被保护设备接电源负极作阴极，抑制金属失电子溶解，多用于管道、海水设备防腐，降低设备损耗。 三、双极膜电解处理污染（新高考高频考点） 1、双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源，不用额外加酸碱。 例：二氧化碳电化学甲烷化技术在能源储存、温室气体减排和可持续发展方面具有重要意义。下图装置中双极膜中间层中的H2O解离成H＋和OH－， 并在直流电场作用下分别向两极迁移。 电极反应：阴极：CO2+8e-+8H+CH4+2H2O 阳极：8OH－－8e－2O2↑＋4H2O 双极膜作用：①原位提供反应所需H＋和OH－，构建离子回路 膜界面水解离，H＋迁移到阴极，为CO2还原生成CH4提供质子反应物；解离出的迁移到OH－阳极，供给阳极析氧反应；依靠解离出的离子导通电路，维持两极电荷平衡。 ②分隔两极体系，维持两极独立 pH 环境，抑制副反应 阴极：得到H＋，维持适合CO2还原的局部酸性环境，减少CO2以碳酸盐形式流失，提高碳利用率。 阳极：得到OH－，维持阳极碱性环境。 阻挡阴极气态产物CH4、未反应CO2扩散到阳极；阻挡阳极O2扩散到阴极，避免CH4与O2混合。 ③抑制碳酸氢根、碳酸根跨膜迁移损耗CO2 阴极CO2容易和体系中OH－生成碳酸根、碳酸氢根；双极膜阳离子交换层阻挡碳酸根、碳酸氢根穿过膜进入阳极室；即便少量碳酸根到达膜界面，会和膜解离出的反应重新释放出，重新参与阴极还原，减少碳源损失 答疑解惑 不同交换膜比较 膜种类 应用 H+来源 膜的作用 质子交换膜 有机电合成 阳极水氧化 传导阳极生成H+；隔离有机物防止阳极氧化 双极膜 二氧化碳电化学甲烷化 膜内部水的解离 原位供给H＋和OH－；稳定两极 pH，减少CO2生产碳酸盐损耗；隔离气体产物 阳离子交换膜 氯碱工业 溶液本体离子迁移 传导Na+；隔离氢气和氯气 考●向●破●译 考向1 考查电化学原理制备物质 例1（2025·吉林·二模）某研究团队通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，其装置如图所示。其中膜a、b为离子交换膜，双极膜c在直流电的作用下，中间界面层水发生解离产生H+和OH-。下列说法正确的是( ) A．膜a为阴离子交换膜 B．制得7.5g甘氨酸，盐室1增重2.2g C．碱室2反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．一段时间后，碱室1浓度变小，碱室2浓度变大 【答案】B 【解析】由题干装置图可知，要通过膜电解法制得纯碱，甘氨酸(H2NCH2COOH)和高浓度烧碱，则盐室2中产生甘氨酸，即双极膜c中的H+向左移动，则电极A为阴极，电极反应为：2HCO3-+2e-=H2↑+2CO32-，电极B为阳极，电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，盐室2中Na+经过膜a极阳离子交换膜进入盐室1，碱室2中Na+经膜b进入碱室1。 A项，膜a为阳离子交换膜，A错误； B项，由H2NCH2COO-+H+=H2NCH2COOH可知，制得7.5g甘氨酸即=0.1mol，则电路上通过0.1mole-，即由0.1molNa+由盐室2进入盐室1，同时盐室1中产生0.05molH2，即盐室1增重0.1mol×23g/mol-0.05mol×2g/mol=2.2g，B正确； C项，碱室2反应式：4OH--4e-=O2↑+2H2O，C错误； D项，一段时间后，碱室1浓度变大，碱室2浓度变小，D错误； 故选B。 【变式1·新角度——利用双极膜合成】（2025高三上·辽宁葫芦岛·一模）利用板状碳封装镍纳米晶体(Ni@C)电催化可将5-羟甲基糠醛(HMF)转化为2，5-呋喃二甲酸(FDCA)，工作原理如图所示。双极膜由阴、阳离子交换膜组成，在电场作用下，双极膜中离子向两极迁移。下列说法错误的是 A．a极的电势低于b极 B．b极的电极反应式为 C．制备1 mol 时，产生1.5 mol气体X D．该装置工作一段时间后，硫酸的浓度会减小 【答案】C 【分析】HMF转化为FDCA的过程是氧化反应（、被氧化为），电解池中氧化反应发生在阳极，因此为阳极，接电源正极；为阴极，接电源负极。 【解析】A.由图可知，HMF在b极上转化为FDCA，羟基和醛基转化为羧基，该反应为氧化反应，则b极为阳极，a极为阴极，阴极的电势低于阳极，故a极的电势低于b极，A正确； B.b极羟基和醛基转化为羧基，失去，失去，共失去，发生了氧化反应，，B正确；C.制备1 mol FDCA时，转移6 mol电子；阴极（极）反应为，转移6 mol电子时，生成气体的物质的量为，C错误； D.双极膜中，阳离子向阴极（侧）移动，阴离子向阳极（侧，硫酸区）移动；会与阳极反应生成的结合为水，硫酸不发生迁移，物质的量不变，水的量增大，因此硫酸浓度减小，D正确； 故选C。 【变式2·变角度——利用阳离子交换膜合成】科研团队使用碳纳米管做电极，实现了常温、常压条件下尿素的合成，原理如图所示。下列说法正确的是 A．活性电极的电极电势高于Pt电极 B．活性电极上被还原 C．“气体”经过分离后，可以补充甲室消耗的 D．电路中转移16mol电子时，甲侧溶液质量增加44g 【答案】C 【分析】左侧活性电极为阴极：被还原为，阴极反应：， Pt电极是阳极，阳极反应式为； 【解析】A．活性电极是阴极，Pt电极是阳极，阳极电势高于阴极，A错误； B．活性电极上转化为，元素化合价并未发生变化，没有被还原，B错误； C．由分析可知，气体中含有、，经分离以后得到的可以补充甲室消耗的，C正确； D．由分析可知，甲侧的电极反应为，当转移时，甲池溶液质量增加了，同时乙池中会有移向甲池，故增加的质量不是44g，D错误； 故选C。 【变式3·变载体——电渗析法合成】．（2025·辽宁·模拟预测）四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]为原料，采用电渗析法合成[（CH3）4NOH]，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是( ) A．NaOH溶液的浓度大小关系：m＜n B．c为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜 C．若两极共产生33.6 L气体(标准状况下)，则制备（CH3）4NOH的质量为182 g D．线路中通过1 mol e-时，阳极室电解液质量减重8g 【答案】C 【解析】以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]为原料，采用电渗析法合成（CH3）4NOH的过程中，根据从左往右第二、三个池中浓度变化得出：钠离子从第四池通过e膜，氯离子从第二池通过d膜，（CH3）4N+从第二池通过c膜，b为阳极，a为阴极，且阳极电极反应式为4OH--4e-=O2↑＋2H2O，阴极反应式为（CH3）4N++2H2O+2e-=H2↑＋2（CH3）4NOH。 A项，由分析可知，b为阳极，浓氢氧化钠溶液进入阳极区，稀的氢氧化钠溶液出阳极区，则NaOH溶液的浓度大小关系：m＞n　，A错误； B项，由分析可知，需要CH3）4N+移入阴极区产生产物（CH3）4NOH，因此c允许阳离子通过，为阳离子交换膜；（CH3）4NCl中的Cl-需要移出原料室，因此d允许阴离子通过，为阴离子交换膜，B错误；C项，由分析可知，若两极共产生33.6L气体(标准状况下)，则有2mol（CH3）4NOH生成，则制备（CH3）4NOH的质量为，C正确； D项，转移1mole-时，阳极生成0.25molO2，质量8g，同时有1molNa+移出阳极室，质量为23g，因此阳极室总减重为8g+23g=31g，不是8g，D错误。 故选C。 考向2 考查电化学原理在环境保护中的应用 例2（2025·内蒙古·一模）利用H2O2在碱性条件下实现废水中(Ⅲ)的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ） A．膜a，膜b均为阳离子交换膜 B．废水室中反应的离子方程式为2Cr（OH）3+3H2O2+4OH-=2CrO42-+8H2O C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH减小 D．通电过程中石墨N极每产生33.6L气体，则双极膜内减少54gH2O 【答案】B 【解析】根据图示中氢离子的移动方向可知，N为阴极，则M为阳极，在阳极水失去电子生成氧气电极反应为：2H2O−4e−=4H++O2↑，氢离子结合硫酸根离子生成硫酸，缓冲室中的硫酸根离子通过膜a向左移动，缓冲室中的钠离子通过膜b向右移动，则膜a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，CrO42-通过膜c进入产品室，膜c是阴离子交换膜。 A项，由分析可知，膜a为阴离子交换膜，膜b均为阳离子交换膜，A错误； B．依据图中物质，废水室中Cr3+在碱性条件下被H2O2氧化生成CrO42-，反应的离子方程式为2Cr（OH）3+3H2O2+4OH-=2CrO42-+8H2O，B正确； C．由分析可知，N为阴极，在阴极氢离子得到电子生成氢气，但是同时双极膜中的氢离子向阴极移动，则反应一段时间后，阴极区溶液的pH不变，C错误； D．没有给出气体所处的条件，无法计算氢气的物质的量，则无法计算减少H2O的质量，D错误； 故选B。 【变式1·变题型】（2025·吉林·二模）羟基自由基()有极强的氧化性。我国科学家设计的一种能将苯酚氧化为和的原电池—电解池组合装置如图所示(M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是 A．该装置工作时，电子流动方向为b→c、d→a B．该装置工作时，Ⅰ区域溶液pH增大 C．电极d生成的氧化苯酚的化学方程式为 D．当电极b消耗时，电极c、d两极共产生气体15.68L(标准状况) 【答案】D 【分析】根据信息可知左侧为原电池，其中b电极苯酚失电子被氧化为和，为失电子的负极，则a是正极，和a相连的d是阳极，和b相连的c是阴极。 【解析】A.电子从原电池负极流出，经导线流入电解池阴极；从电解池阳极流出，经导线流入原电池正极。该装置中，b为原电池负极，a为原电池正极，c为电解池阴极（连接b），d为电解池阳极（连接a），故电子流动方向为b→c、d→a，A正确； B.Ⅰ区域为原电池正极区，发生还原反应：，反应生成OH-，溶液碱性增强，pH增大，B正确； C.苯酚（）被氧化为CO2和H2O，根据原子守恒和得失电子守恒可写出方程式，C正确； D.电极b消耗0.05mol苯酚时，转移电子0.05×28=1.4mol。电解池阴极c（水电离的H+放电）：2H2O + 2e-=H2↑+2OH-，生成H2，体积(0.7×22.4)L=15.68L，阳极电极反应为，并进一步发生，则生成的体积为，故c、d两极共产生气体，D错误； 故选D。 【变式训练2·变角度——离子交换膜的判断】（2025·黑龙江·一模）钠离子电池有耐高温、安全的特点，现有从废水中回收钠的装置，如图所示，中间室中电极材料具有选择性吸附，可将转化为，而脱出转化为（M为某过渡金属）的功能，废水中钠以形式回收。下列有关说法错误的是（ ） A．第一步吸附钠时，应接通“电源1” B．第二步脱出钠时，中间室电极反应式为 C．为完成钠离子的吸附/脱出，交换膜“a”“b”应选用阴离子交换膜 D．产品室每生成，理论上标准状况下惰性电极1上生成体积为 【答案】C 【分析】废水回收钠的工作原理为第一步接通电源1，与直流电源正极相连的惰性电极1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，电极反应式为：，中间室材料为阴级，在阴极得到电子发生还原反应生成，阴极电极反应式为，钠离子通过阳离子交换膜由阳极室进入阴极室；第二步接通电源2，与直流电源正极相连的中间室材料为阳极，在阳极失去电子发生氧化反应生成，阳极电极反应式为，惰性电极2为阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，阴极电极反应式，钠离子通过阳离子交换膜由中间室进入产品室，从而达到使废水中的钠离子最终以氢氧化钠的形式被回收的目的。 【解析】A.据以上分析可知，吸附时，在阴极得到电子发生还原反应生成，阴极电极反应式为，应接通“电源1”，A正确； B.脱出钠时，转化为，M元素化合价升高，发生氧化反应，电极反应式为，B正确； C.无论是吸附还是脱出钠的过程，都是在中间室与其他室之间移动，所以交换膜“a”“b”应选用阳离子交换膜，让通过 ，而不是阴离子交换膜，C错误； D.惰性电极2为阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式，钠离子通过阳离子交换膜由中间室进入产品室，生成8g（即0.2mol）NaOH ，转移0.2mol电子，惰性电极1上发生反应，根据电子守恒，生成的物质的量为0.05mol ，标准状况下体积为，D正确； 故选C。 【变式训练3·变角度——二次电源中双极膜应用】科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是    A．充电时，阴极反应为 B．放电时，生成，转移电子数为个 C．充电时，电池总反应为 D．放电时，正极溶液中浓度升高 【答案】D 【解析】由电池示意图知，放电过程右侧电极二氧化碳得电子生成甲酸，左侧电极锌失去电子生成，即放电时左侧为负极，右侧为正极；充电时右侧水失去电子生成氧气，左侧得电子生成锌单质，即充电时左侧为阴极，右侧为阳极。 A．充电时阴极发生还原反应，元素化合价降低，即是，A正确； B．二氧化碳中碳元素+4价，甲酸中碳元素+2价，即放电时生成转移电子数为个，B正确； C．充电时阴极反应为；阳极反应为，故总反应为，C正确； D．放电时正极反应为，即正极溶液中浓度降低，D错误； 故选D。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是 A. 放电时负极反应： B. 放电时透过多孔活性炭电极向中迁移 C. 放电时每转移电子，理论上吸收 D. 充电过程中，溶液浓度增大 【答案】A 【分析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。 【详解】A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确； B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误； C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误； D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误； 故选A。 2.（2023·辽宁卷）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 A. 放电时负极质量减小 B. 储能过程中电能转变为化学能 C. 放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D. 充电总反应： 【答案】B 【分析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。 【详解】A．放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误； B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确； C．放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误； D．充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D错误； 故答案选B。 3.（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 【分析】据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。 【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。 4.（2026年·黑、吉、辽、蒙卷）一种从废旧电池正极材料（）中回收锂元素的电化学装置如图。下列说法错误的是 A. 电极反应： B. 电路中转移电子，理论上可回收 C. 电极连接电源正极 D. 可转化为和，会降低锂的理论回收产率 【答案】D 【分析】左侧池通入O2生成H2O2，这是还原反应，因此a电极是阴极，连接电源的负极。电极反应: ，右侧池被氧化为，这是氧化反应，因此b电极是阳极，连接电源的正极。电极反应: ；阴离子交换膜：允许阴离子(如、OH-等)通过，以维持电荷平衡。 【详解】A．如上分析，左侧通入氧气生成双氧水，且在溶液中可生成OH-，该方程式书写正确，A正确 B．电路中转移电子时，整个体系总电子转移量为，每释放对应电子转移（），双电极可同时回收，理论上可回收，B正确； C．右侧发生氧化反应：被氧化为，阳极连接电源正极，C正确； D．若歧化转化为和​，反应为：，该歧化反应为碘自身氧化还原，总可得到的电子数（氧化的总能力）不变：原本可得到电子，歧化后作为氧化剂可得到电子，总氧化能力不变，理论上脱出回收的总物质的量不变，因此不会降低锂的理论回收产率，D错误； 故选D。 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $