第1章 聚焦突破3 多室、多池的电化学装置-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版·不定项）

本高中化学讲义聚焦电化学“多室”与“多池”装置核心知识点，先系统梳理离子交换膜的四类类型（阳膜、阴膜、质子交换膜、双极膜）及其隔离两极、平衡电荷的作用，再阐述解题步骤（分类型、写电极反应、分析作用），进而介绍多池装置的两大模型（外接电源与电解池串联、原电池与电解池串联）及解题方法，构建从概念到应用的完整学习支架。 该资料特色在于结合2025甘肃卷、云南卷等高考真题及突破集训题，通过实例分析培养科学思维（证据推理、模型建构），解题步骤的逻辑梳理提升分析综合能力。课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识，查漏补缺，体现科学探究与实践素养，强化电化学知识的实际应用能力。

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H＋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OH－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H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 (4)双极膜为阴、阳复合膜，能解离出H＋和OH－。 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、质子交换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，有活泼性相差较大电极的为原电池，活泼性相差较小或相同或均为惰性电极的为电解池，如图甲。 ②无外接电源，如燃料电池、铅蓄电池在电池中作为电源，其他均为电解池，如图乙。 2．解题步骤 　(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 [解析]　由题图可知，左侧为原电池，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为阴极，产生氢气。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，从而提高催化效率，A正确；由分析可知，电极1为负极，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。 [答案]　D 　(2025·云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如下图所示，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室中每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 [解析]　由题图中H＋和OH－的移动方向可知，Pt电极为阳极，石墨电极为阴极，阳极上发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极上发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；水可微弱地电离出H＋和OH－，在外加电场的作用下，可使H＋和OH－向两极移动，可促进双极膜中水的电离，B正确；由题图可知，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子通过Y膜往右侧阴极方向移动，则Y膜为阳离子交换膜，氯离子通过X膜往左侧阳极方向移动，则X膜为阴离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，转移1 mol电子，同时有1 mol H＋通过双极膜迁移到Ⅱ室中，最多生成1 mol B(OH)3，D正确。 [答案]　C 【突破集训】 1．(2026·德州高二期末)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 解析：选D。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Cu为阴极，Ag为阳极，AgNO3溶液为电解质溶液，可实现在Cu表面镀银，丙池也可视为电镀池，故D正确。 2．如下图所示，甲池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是　(　　) A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋ C．甲池和乙池中溶液的pH均减小 D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体 解析：选C。由题图可知，甲池为燃料电池，其中左侧电极为负极，右侧电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，CuSO4溶液过量，阴极上Cu2+得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式不能出现H＋，B错误；根据甲池的总反应可知有水生成，甲池中溶液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，乙池中溶液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，乙池中理论上产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。 3．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，电路中通过1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解质溶液中 解析：选C。为从海水中提取锂，电极1的电极反应为FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，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：LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4，实现了锂的富集。保持电源正负极不变，则电子流向不变，故A错误；由分析可知，电极2为阳极，海水中有Cl－，则电极2的电极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故B错误；由分析可知，通过相同电量，电极1上附着的Li＋的量和电极4上失去的Li＋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C正确；根据得失电子守恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路中通过1 mol电子时，有1 mol Li＋富集在右侧电解质溶液中，故D错误。 4．(2026·南平高二质检)工业上利用电解含Co(Ⅱ)的水溶液制备金属Co和H2SO4的装置如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．Co电极应连接电源的正极 B．电解时石墨电极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．膜Ⅰ和膜Ⅱ分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D．m>n 解析：选B。工业上利用电解含Co(Ⅱ)的水溶液制备金属Co和H2SO4，根据电解装置图可知，Co2+得电子生成Co，则Co电极为阴极，石墨电极为阳极，Co电极应连接电源的负极，A错误；电解时石墨电极为阳极，H2O失电子生成O2和H＋，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B正确；阳极生成的H＋透过膜Ⅰ进入H2SO4溶液中，Co2+在阴极上得电子生成Co，则SO透过膜Ⅱ进入H2SO4溶液中，因此膜Ⅰ为阳离子交换膜，膜Ⅱ为阴离子交换膜，H2SO4溶液浓度增大，故m<n，C、D错误。 5．(双选)(2026·济宁高二月考)电有机合成反应温和高效，体系简单，环境友好。电解合成1，2­二氯乙烷的实验装置示意图如下。下列说法不正确的是(　　) A．该装置工作时，NaCl溶液的浓度逐渐减小 B．液相反应中，C2H4转化为1，2­二氯乙烷的同时，CuCl转化为CuCl2 C．该装置总反应为CH2===CH2＋2H2O＋2NaClH2↑＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl D．离子交换膜X、Y分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 解析：选BD。由题图可知，钠离子进入阴极区，氯离子进入阳极区，氯化钠溶液的浓度逐渐减小，故A正确；由题图可知，C2H4转化为1，2­二氯乙烷的同时，CuCl2转化为CuCl，故B错误；由题图可知，该装置总反应是NaCl、H2O与CH2===CH2反应生成ClCH2CH2Cl，化学方程式为CH2===CH2＋2H2O＋2NaClH2↑＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl，故C正确；阴极上H2O放电生成H2和OH－，OH－结合Na＋形成NaOH，所以离子交换膜Y为阳离子交换膜，阳极上CuCl放电转化为CuCl2，所以离子交换膜X为阴离子交换膜，故D错误。 6．(双选)(2026·滨州高二统考)双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法处理含NaA的废水，工作原理如下图，图中“→”和“←”表示离子通过交换膜的方向。下列说法错误的是(　　) A．R电极与电源负极相连 B．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．产品X、Y二者浓度一定相同 D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体 解析：选AC。电解池中阴离子移向阳极，由题图可知，双极膜解离的OH－向右移动，故R为阳极，与电源正极相连，A错误。料室中A－通过交换膜Ⅱ进入产品室Ⅰ与H＋结合生成HA，说明交换膜Ⅱ为阴离子交换膜；料室中Na＋通过交换膜Ⅰ进入极室Ⅰ，交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，B正确。产品X(HA)和Y(NaOH)的物质的量由H＋、OH－、A－、Na＋的迁移量决定(理论上1∶1)，但浓度还取决于溶液体积，故二者浓度不一定相同，C错误。去掉双极膜(BP)后，阴极(Q)的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，转移1 mol电子生成0.5 mol H2，阳极(R)的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，转移1 mol电子生成0.5 mol Cl2，故电路中转移1 mol电子时，两极共得到1 mol气体，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $