难点专题5 电化学原理综合应用-【名师带你过关】2026-2027学年高考化学一轮复习

基本信息 以模型建构和方法提炼为核心，系统整合多池串联原理与膜技术应用，形成“模型→原理→计算→应用”的完整解题体系，培养科学思维与问题解决能力。 专项设计 |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |多池串联原理分析|含二次电池充电、计算等典例|“正接正，负接负”充电规则；电子守恒关系式法|从装置模型（外接电源/原电池与电解池串联）到原理应用（反应互逆、电量计算）| |膜技术应用|12道综合题（含高考真题）|“判膜型→写反应→析迁移→评作用”四步解题流程|从膜功能（分隔/选择性透过）到实际应用（产物提纯、电荷平衡）|

难点专题5　电化学原理综合应用 专题归纳 类型一　多池串联的两大模型及原理分析 1.常见多池串联装置图 模型一　外接电源与电解池的串联(如图) A、B为两个串联电解池,相同时间内,各电极得失电子数相等。 模型二　原电池与电解池的串联(如图) 图甲 图乙 甲、乙两图中,A均为原电池,B均为电解池。 2.二次电池的充电 (1)可充电电池原理示意图 在充电过程中,原电池的负极与外接电源的负极相连接,原电池的正极则与外接电源的正极相连接,简记为“正接正,负接负”。 (2)可充电电池包含充电和放电两个主要过程。放电时,发生的是原电池反应;而充电时,则进行的是电解池反应。值得注意的是,充电与放电并非可逆反应。 (3)放电时负极的反应与充电时阴极的反应互为逆过程,同理,放电时正极的反应与充电时阳极的反应也互为逆过程。通过将负(正)极反应式反向并调整电子的位置,即可推导出相应的阴(阳)极反应式。 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-。 3.电化学计算的三种方法 如以电路中通过4 mol e-为桥梁可构建以下关系式: 4e-~~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 类型二　电化学装置中的膜技术应用 1.离子交换膜的种类 2.隔膜的功能 (1)隔膜能够将两极区域分隔开来,阻止它们之间物质的接触,避免化学反应的发生。 (2)隔膜能够有选择性地让离子通过,有助于平衡电荷和形成闭合电路。 3.电解池中“隔膜”应用的解题流程 首先,明确隔膜的种类。即确定交换膜是阳膜、阴膜还是质子膜,并判断哪种离子能够穿越隔膜。 其次,书写电极反应方程式,分析交换膜两侧离子的变化,推断电荷的改变,并根据电荷平衡来确定离子的迁移方向。 最后,评估隔膜的作用。在制备产品过程中,隔膜的主要作用是提升产品的纯度,防止产物之间发生反应,或防止因反应而产生危险。 专题训练 1.(2025·甘肃卷)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.利用废料Ce2O3制备Ce(SO4)2的工作原理如图,下列说法不正确的是 (　　) A.电极b为阴极,发生还原反应 B.电解总反应方程式:Ce2O3+8H+2Ce4++3H2O+H2↑ C.离子交换膜为阴离子交换膜 D.X可以是H2SO4溶液 3.我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水,其工作原理如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成,工作时内层H2O解离为H+和OH-,并分别向两极迁移。下列说法正确的是 (　　) A.电极a上的电势高于电极b上的电势 B.膜q为双极膜中的阳离子交换膜 C.工作时,NaOH溶液浓度保持不变 D.每生成1 mol Cr3+,酸性含铬废水质量理论上增加3 g 4.工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现铁上镀铜,在C装置中实现工业由KCl溶液制取KOH溶液。 下列有关说法错误的是 (　　) A.a为精铜,b为铁制品,可实现镀铜要求 B.c为负极,电极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O C.从e口出来的气体为氧气,从f口出来的气体为氢气 D.钾离子从电解槽左室向右室迁移,h口出来的为高浓度的KOH溶液 5.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用,用该新型电池电解CuSO4溶液,装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是 (　　) A.b电极反应式为R+2H++2e-H2R B.电池工作时,负极区要保持呈碱性 C.工作一段时间后,正极区的pH变大 D.若消耗标准状况下112 mL O2,则电解后的CuSO4溶液的pH约为2 6.(2026·福建漳州期中)膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5,装置图如下,下列说法不正确的是 (　　) A.A是原电池,B是电解池 B.为保证A中硫酸的质量分数不变,则加入的n(SO2):n(H2O)≈1∶6.4 C.当电路中通过2 mol e-,A、B中各有2 mol H+从左边迁移到右边 D.C电极的电极反应方程式为2N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+ 7.微生物电解池(MEC)是近年来快速发展的一种生物制氢技术。其中一种实验装置如图所示。若以葡萄糖为底物,下列说法不正确的是 (　　) A.A膜是阴离子交换膜 B.电极Y为阴极,发生还原反应 C.阳极的电极反应:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+ D.电极X和电极Y附近溶液的pH不同 8.电渗析法淡化海水的装置如图所示,电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列,将电解槽分隔成多个独立的间隔室,海水充满在各个间隔室中。通电后,一个间隔室的海水被淡化,而其相邻间隔室的海水被浓缩,从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是 (　　) A.离子交换膜b为阳离子交换膜 B.各间隔室的排出液中,①③⑤⑦为淡水 C.通电时,电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显 D.淡化过程中,得到的浓缩海水没有任何使用价值 9.利用双阴极微生物燃料电池处理添加醋酸钠的含N废水,其工作原理如图(a)所示,双阴极通过的电流相等,废水在电池中的运行模式如图(b)所示。 　　　　a　　　　　　　　　　　　　　b 下列说法错误的是 (　　) A.X是阳离子交换膜 B.生成7 g N2,理论上需要消耗20 g O2 C.Ⅰ室的电极反应式为12H++2N+10e-N2↑+6H2O D.理论上,Ⅱ室生成11 g CO2时,外电路通过1 mol电子 10.目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水,同时获得副产品A和B,模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜,在直流电作用下,双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H+和OH-,作为H+和OH-的离子源。下列说法正确的是 (　　) “双极膜组”内部结构图 A.X电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑ B.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜,BP膜的作用是选择性通过Cl-和Na+ C.每生成5.6 L气体a,理论上获得副产品A和B各0.5 mol D.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH) 11.(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg⁃CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是 (　　) A.放电时,电池总反应为2CO2+MgMgC2O4 B.充电时,多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C.充电时,电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移 D.放电时,每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2 12.电催化还原CO2是当今资源化利用二氧化碳的重点课题,常用的阴极材料有有机多孔电极材料、铜基复合电极材料等。一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的装置示意图如图1所示。控制其他条件相同,将一定量的CO2通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。 图1 图2 (1)电解前需向电解质溶液中持续通入过量CO2的原因是　　　　　　　　　　　。  (2)控制电压为0.8 V,电解时转移电子的物质的量为　　　　　 mol。  (3)科研小组利用13CO2代替原有的CO2进行研究,其目的是  　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 专题训练 1.D　【解析】 由图可知,左侧为原电池,右侧为电解池,电极1为负极,发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,电极2为正极发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,右侧为电解池,电极3为阳极,产生氧气,电极4产生阴极,产生氢气。催化剂生长在泡沫镍电极上可加快电解速率,提高催化效率,A正确;根据分析,电极1是负极,电极4为阴极,电子从电极1流向电极4,B正确;由分析可知,电极3为阳极,发生氧化反应,生成氧气,电极3的反应为 4OH--4e-2H2O+O2↑,C正确;根据分析可知,电极2和电极4均产生氢气,理论上,每通过2 mol电子,可产生2 mol H2,D错误。 2.C　【解析】 由图可知,与直流电源正极相连的电极a为阳极,酸性条件下三氧化二铈在阳极失去电子发生氧化反应生成铈离子和水,电极b为阴极,氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气,则X为硫酸溶液,铈离子通过阳离子交换膜由阳极室移向阴极室,电解的总反应方程式为Ce2O3+8H+2Ce4++3H2O+H2↑。 3.D　【解析】 电极a为直流电源的负极,电极b为正极,正极电势高于负极电势,A错误;催化电极M为阳极,碱性条件下乙烯在阳极失去电子发生氧化反应生成环氧乙烷,电极反应式为C2H4-2e-+2OH-+H2O,OH-通过阴离子交换膜q进入阳极区,所以工作时,阳极区OH-的物质的量不变,但放电生成水,会使氢氧化钠溶液的浓度减小,B、C错误;电极N为电解池的阴极,电极反应式为Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O,若放电生成1 mol铬离子,电路中转移3 mol电子,同时有3 mol氢离子移入阴极区,导致酸性含铬废水质量增加3 g,D正确。 4.C　【解析】 根据图示可知,B为原电池,氧气得电子与水反应生成OH-,d作正极,c作负极;A、C为电解池,m、a为电解池的阳极,b、n为电解池的阴极。a为精铜,失电子,作阳极,b为铁制品,作阴极,铜离子得电子,可实现镀铜要求,A项正确;c为负极,甲醇失电子与溶液中的OH-反应生成C和水,B项正确;电解KCl溶液,m为阳极,氯离子失电子生成氯气,从e口出来,从f口出来的气体为氢气,C项错误;电解槽左侧为阳极室,钾离子从电解槽左室向右室迁移,h口出来的为高浓度的KOH溶液,D项正确。 5.A　【解析】 a电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,a电极为负极,左侧还发生反应:2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+,b电极为正极,电极反应式为R+2H++2e-H2R,右侧还发生反应:O2+H2RR+H2O2,实现废气处理和能源利用。负极区生成Fe3+,为防止Fe3+水解生成Fe(OH)3,所以电池工作时,负极区要保持呈酸性,B项错误;氢离子通过质子交换膜进入正极区,所以正极区的pH基本不变,C项错误;根据原电池正极区的反应,每转移2 mol电子消耗1 mol氧气,现消耗氧气的物质的量为=0.005 mol,则转移电子0.01 mol,由电解总反应式:2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+知,生成0.01 mol氢离子,c(H+)==0.1 mol·L-1,则电解后的CuSO4溶液的pH约为1,D项错误。 6.B　【解析】 由装置图可知A为原电池,a作负极,a极上的SO2失去电子结合水生成H2SO4,b作正极,O2得到电子结合溶液中的H+生成水,B是电解池, 是阳极,N2O4失去电子生成N2O5,d作阴极,H+得到电子生成H2。 由分析可知,A是原电池,B是电解池,A正确;a为负极,电极反应为SO2-2e-+2H2OS+4H+,当反应1 mol SO2时消耗2 mol H20,生成1 mol H2SO4;即生成硫酸的质量为98 g,消耗水的质量为36 g,设加入x mol H2O,为保证A中硫酸的质量分数保持50%,则×100%=50%,解得x≈7.4,则加入的n(SO2)∶n(H2O)≈1∶7.4,B错误;A中负极反应为SO2-2e-+2H2OS+4H+,可建立关系SO2~2e-~4H+,B中阳极的反应为N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+,可建立关系N2O4~2e-~2H+;当电路中通过2 mol e-,A中负极有4 mol H+产生,但只能转移2 mol H+,阳离子向正极移动,即从左边迁移到右边,B中阳极有2 mol H+产生,阳离子向阴极移动,即从左边迁移到右边,C正确;c为阳极,发生失去电子的氧化反应,结合分析可知,c电极的电极反应方程式为2N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+,D正确。 7.A　【解析】 A膜允许氢离子通过,是阳离子交换膜,故A错误;电极Y上是氢离子得电子生成氢气,是阴极,发生还原反应,故B正确;阳极底物失去电子生成二氧化碳和氢离子,电极反应:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,故C正确。 8.B　【解析】 由图分析可知,电极1为电解池的阳极,氯离子放电生成氯气,电极2为阴极,溶液中氢离子得到电子生成氢气,离子交换膜a是阳离子交换膜,离子交换膜b为阴离子交换膜,结合阴、阳离子移向可知,各间隔室的排出液中,①③⑤⑦为淡水,A错误、B正确;通电时,阳极电极反应:2Cl--2e-Cl2↑,阴极电极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显,C错误;淡化过程中,得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等,有使用价值,D错误。 9.B　【分析】 由图可知Ⅲ室中溶液进入Ⅰ室,则说明Ⅱ室中除了O2得到电子被还原为H2O,还会发生反应铵根离子被氧化为硝酸根离子;Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室分别发生还原反应、氧化反应、还原反应,Ⅰ室发生还原反应,导致阳离子浓度增大,故X是阳离子交换膜,Y是阴离子交换膜,然后根据电子守恒,结合m=n·M进行计算。 【解析】 A.由图可知:Ⅰ室发生还原反应,反应变为N2逸出,导致左侧阳离子浓度增大,为维持平衡,阳离子要通过X离子交换膜进入右侧,故X离子交换膜为阳离子交换膜,A正确;B.7 g N2的物质的量为n(N2)==0.25 mol,根据电子转移守恒可知在Ⅲ室消耗O2的物质的量是n(O2)==0.625 mol,在Ⅲ室发生反应N+2O2N+2H2O,发生该反应消耗O2的物质的量为0.25 mol×2×2=1 mol,故共消耗O2的物质的量为n(O2)=0.625 mol+1 mol=1.625 mol,其质量为m(O2)=1.625 mol×32 g/mol=52 g,B错误;C.根据图示可知在Ⅰ室N得到电子被还原为N2,电极反应式为:12H++2N+10e-N2↑+6H2O,C正确;D.Ⅱ室发生氧化反应,电极反应式为:CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+。每反应产生2 mol CO2气体,转移8 mol电子,反应产生11 g CO2气体的物质的量是0.25 mol,则转移电子的物质的量为n(e-)=0.25 mol×4=1 mol,D正确;故选B。 10.D　【分析】 由BP双极膜中H+、OH-移动方向可知:X电极为电解池的阳极,电极反应式为:2H++2e-Cl2↑,Y电极为阴极,电极反应式为:2H++2e-H2↑,电解总反应为:2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+2OH-,精制食盐水中钠离子经过M离子交换膜移向产品A室,与BP双极膜中转移过来的氢氧根结合生成氢氧化钠,所以M膜为阳离子交换膜,盐室中氯离子经过N离子交换膜移向产品B室,与BP双极膜中转移过来的氢离子结合生成氯化氢,所以N为阴离子交换膜。 【解析】 A.由图中氢氧根移动方向可知X电极为阳极,电极反应式为:2Cl-+2e-Cl2,A错误;B.由题意可知,精制食盐水中钠离子经过M离子交换膜移向产品A室,与BP双极膜中转移过来的氢氧根结合生成氢氧化钠,所以M膜为阳离子交换膜,盐室中氯离子经过N离子交换膜移向产品B室,与BP双极膜中转移过来的氢离子结合生成氯化氢,所以N为阴离子交换膜,BP双极膜的作用是选择性通过氢离子和氢氧根离子,B错误;C.阳极反应式为:2Cl-+2e-Cl2,电路中每生成标况下5.6 L气体氯气,其物质的量为0.25 mol,转移电子0.5 mol,理论上获得副产品A(氢氧化钠溶液)和B(氯化氢溶液)各0.5 mol,需标明标准状况,C错误;D.“双极膜组”电渗析法从氯化钠溶液中获得酸(HCl)和碱(NaOH),由此可知:也可从M溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH),D正确;故选D。 11.C　【解析】 放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素化合价由+4价降低为+3价,发生还原反应,所以放电时,多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极,则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极。 二次电池,放电时阳离子向正极移动,充电时阳离子向阴极移动。 电极 过程 电极反应式 Mg电极 放电 Mg-2e-Mg2+ 充电 Mg2++2e-Mg 多孔碳纳 米管电极 放电 Mg2++2CO2+2e-MgC2O4 充电 MgC2O4-2e-Mg2++2CO2↑ 根据以上分析,放电时正极反应式为Mg2++2CO2+2e-MgC2O4、负极反应式为Mg-2e-Mg2+,将放电时正、负电极反应式相加,可得放电时电池总反应:Mg+2CO2MgC2O4,故A正确;充电时,多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应,则多孔碳纳米管在充电时是阳极,与电源正极连接,故B正确;充电时,Mg电极为阴极,电子从电源负极经外电路流向Mg电极,同时Mg2+向阴极迁移,故C错误;根据放电时的电极反应式Mg2++2CO2+2e-MgC2O4可知,每转移2 mol电子,有2 mol CO2参与反应,因此每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2,故D正确;故选C。 12.【答案】 (1)使阴极表面尽可能被CO2附着,减少析氢反应的发生(减少氢离子在阴极上放电的几率),提高含碳化合物的产率　(2)2.8　(3)为确定阴极上生成的含碳化合物源自CO2而非有机多孔电极材料 【解析】 (2)控制电压为0.8V,产生0.2 mol氢气和0.2 mol乙醇,根据电极反应2H++2e-H2↑,2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O,故电解时转移电子的物质的量为0.4 mol+2.4 mol=2.8 mol。 难点专题6　工业流程解题策略 学科网（北京）股份有限公司 $