2027届高考化学新常态特色题8：串珠成链—电化学装置串联中的“多池联动”

高考新常态特色题8：串珠成链—电化学装置串联中的“多池联动” 【专题目标】 1．熟知题型和多池串联常见的形式、基本特征和核心共性。 2．掌握解答此类题型的思路方法，尤其是快速判断多池串联装置中哪些是原电池装置，哪些是电解池装置的方法。 【栏目设置】 真题示例(两种类型、3道高考真题)→整体分析(题型特征、方法思路)→新题快练(4道各地市模似题) →答案解析(详解+复盘) 1．(2022山东卷，13题)(不定项)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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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，乙室应补充盐酸 C. 乙室电极反应式为 D. 若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 【详解】A项，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，所以错误；B项，对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，所以正确；C项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，所以错误；D项，若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)= ，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=，说明此时已进行过溶液转移，所以正确。 【答案】BD 【题后复盘】本题为两个装置的串联，题目中明确指出右侧装置为原电池装置，因此解题时不再需要判断装置的名称。 2．(2025甘肃卷，12题)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水()电解系统(如下图)。以新型为催化剂(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： D. 理论上，每通过2mol电子，可产生 【详解】由“一种Mg-海水电池驱动海水()电解系统”的信息可知，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：H2O+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。 A项，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，所以正确；B项，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，所以正确；C项，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：，所以正确；D项，根据分析可知，电极2和电极4均产生氢气，理论上，每通过2mol电子，可产生2molH2，所以错误。 【答案】D 【题后复盘】(1)本题也是两个装置的串联，一个为原电池装置一个为电解池装置；(2)本题没有明确给出两个装置的类型，但可以根据题给信息推断出左侧装置为原电池装置。 3．(2026河南卷，12题)一种多组串联的电化学装置可以同时产生和，其工作原理如图所示。其中均为电极，每组装置左侧均为高浓度盐酸，右侧均为低浓度盐酸。该装置工作时仅在石墨电极与铂电极上产生气体。 下列说法错误的是 A. 工作时，铂电极上产生 B. 工作时，电极、、的质量均减小 C. 定期互换直接相连的电极，并恢复溶液浓度，整个装置可再次运行 D. 将盐酸换为对应浓度溶液，使用阳离子交换膜，每组装置启动时均生成 【详解】由图示中知，石墨电极为失去电子的极，因此生成的应该是氯气；铂电极为得到电子的极，因此生成的是氢气。因为生成氢气和氯气需要外界提供能量，因此左、右两端的装置为电解池装置。中间装置为原电池装置，提供能量进行电解。在电解池装置中，石墨电极为阳极，发生氧化反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑，铂电极为阴极，发生还原反应：2H+ + 2e⁻ = H2↑。在原电池装置中，a2~an-1均为Ag/AgCl电极，偶数电极为负极，电极反应：Ag - e⁻ + Cl⁻ = AgCl，奇数电极为正极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻。 A项，铂电极是阴极，H+在阴极得电子生成H2：2H+ + 2e⁻ = H2↑，所以正确；B项，工作时，电极为阴极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，、等奇数电极为正极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，均是AgCl转化为Ag，质量减小，所以正确；C项，在装置运行过程中：左侧高浓度盐酸中，Cl⁻被消耗，同时H+通过质子交换膜迁移到右侧，最终，左侧盐酸浓度降低，右侧盐酸浓度升高；且a1、a3、…、an-1电极质量减小，a2、a4、…、an电极质量增加。若定期将直接相连的Ag/AgCl电极互换，并恢复两侧盐酸浓度，可使装置恢复到初始状态，再次运行，所以正确；D项，将盐酸换为NaCl溶液、使用阳离子交换膜时，阳极反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑；阴极反应，Na+会通过阳离子交换膜向阴极移动，在铂电极附近生成NaOH。但中间的装置中，Ag/AgCl电极发生反应：Ag - e⁻ + Cl⁻ = AgCl和AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，不会生成NaOH，所以错误。 【答案】D 【题后复盘】(1)本题为多个装置的串联，两个为电解池装置，多个原电池装置；(2)需要根据题给生成氢气和氯气，以及图示中电子转移方向等信息判断反应装置的类型，且为多个原电池的串联，这也常规串联的情况下，只有一个原电池，其他都是电解池的情况不同。 1．基本特征 (1)多池串联：装置由两个或多个电化学池通过导线串联而成，形成一个闭合回路。 (2)类型混合：通常包含一个原电池（作为电源，提供电能）和若干个电解池（消耗电能，发生非自发反应）。 (3)核心共性：整个串联电路中，通过各电极的电子转移数目（物质的量）相等。这是解决所有定量计算问题的根本依据。 (4)功能协同：各装置功能互补，如一个装置发电，另一个装置利用该电能进行物质制备、污水处理或金属回收，实现能量的梯级利用。 2．解题思路与方法 解决此类问题的关键在于“链式”分析，可按以下四步进行： (1)判类型，找电源 ①明确指示：若题干直接说明某部分为原电池或电解池，则以此为突破口。 ②自发判断：若无明确指示，则寻找能发生自发氧化还原反应的装置，该装置即为原电池。 ③电极材料：通常活泼性差异大的两电极构成的装置为原电池。 (2)定电极，析反应 ①原电池：电子流出的一极为负极（失电子，氧化反应），电子流入的一极为正极（得电子，还原反应）。 ②电解池：与原电池负极相连的为阴极（得电子，还原反应），与原电池正极相连的为阳极（失电子，氧化反应）。 ③书写反应：根据电极类型和电解质环境，准确书写电极反应式。 (3)明移动，理离子 ①电子流向：在外电路中，电子从原电池负极流出，经导线流向电解池阴极；再从电解池阳极流回原电池正极。 ②离子迁移：原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 ③交换膜：注意阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许H⁺通过。 (4)抓守恒，巧计算 ①电子守恒：串联电路中，各电极上转移的电子物质的量完全相等。 ②建立关系：以转移的电子为桥梁，在不同装置、不同电极的产物或反应物之间建立定量关系式，进行相关计算。 1．(2026·山东烟台一模，12题)一种电化学组合装置如图，锌电池工作时“双极膜”中间层的H2O解离为H+和，在电场作用下向两极迁移，同时可高选择性电催化5-羟甲基糠醛生成2,5-呋喃二甲酸并耦合析氢。下列说法正确的是( ) A．膜n为阳离子交换膜 B．c为阳极，发生氧化反应 C．产生0.3 mol 时，理论上生成0.4 mol 2,5-呋喃二甲酸 D．当双极膜中有1 mol H2O解离时，负极区溶液质量增加32.5 g 2．(2026山西运城二模，12)清华大学化学工程系一团队以制浆造纸黑液中的废弃物木质素为原料，通过产电和电解耦合方式，利用空气中的氧气氧化木质素，源源不断地生成过氧化氢(如图)。下列说法错误的是( ) A. 甲装置将化学能转化为电能，乙装置将电能转化为化学能 B. 甲装置中a电极上发生氧化反应，乙装置中c电极上发生氧化反应 C. 乙装置中多孔碳催化剂的作用之一是加快该电极的反应速率 D. 乙装置中d电极的电极反应式为 3．(2026广东汕头一模，13题）实验室利用模拟“海水河水”浓差电池（浓差电池是利用同一物质的浓度差产生电势的一种装置，其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类特殊原电池）电解制备的装置如图所示，维持电流强度为（相当于每秒通过电子）进行电解，其中、均为复合电极（不考虑溶解氧的影响）。下列说法正确的是 A．膜a和膜b均为阴离子交换膜 B．电极反应为： C．电解一段时间后，石墨电极区溶液减小 D．若电解，理论上制备的的质量为 4．(2026北京西城区二模，10题)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，将其与微生物电解池进行串联，可实现海水淡化、去除重金属离子的同时制串联装置的示意图如下，所用电极均是惰性电极。 下列说法不正确的是 A. 微生物脱盐电池工作时移向N极 B. 电子由R极经导线流向N极 C. R极电极反应式： D. 一段时间后，T极沉积2.07 g ，溶液中减少0.02 mol 1．C 【详解】第一步，判断装置类型。左侧装置电池为锌和催化电极，右侧装置为两个相同的铂电极，所以左侧为原电池装置，右侧为电解池装置。Zn失电子发生氧化反应，因此Zn电极（b）为原电池负极，a为原电池正极；电解池中，阳极接原电池正极，发生氧化反应，阴极接原电池负极，发生还原反应，5-羟甲基糠醛氧化为2,5-呋喃二甲酸是氧化反应，因此d为电解池阳极，c为电解池阴极，发生析氢的还原反应。 第二步，逐项分析判断。A项，双极膜解离的向原电池正极（左侧a区）迁移，向原电池负极（右侧Zn区）迁移，因此膜n需要允许（阴离子）通过，为阴离子交换膜，所以错误； B项，c接原电池负极（b），因此c为电解池阴极，发生还原反应，所以错误；C项，正极反应为，生成时，转移电子。 1分子5-羟甲基糠醛生成2,5-呋喃二甲酸：失，失，1 mol产物共转移，因此生成产物的物质的量为，所以正确；D项，1mol 解离生成1mol 和1mol ，转移1 mol电子，负极反应为，转移1 mol电子时，有进入溶液（质量），同时双极膜解离的也进入负极区（质量），因此负极区溶液总质量增加，所以错误。 【题后复盘】(1)本题为两个装置的串联，根据电极材料可以判断装置的类型。(2)判断溶液的质量时，还要考虑迁移过来微粒的质量。 2．D 【详解】第一步，判断装置类型。该过程是产电（原电池）和电解（电解池）耦合，因为是利用空气中的氧气氧化木质素，所以甲为原电池，乙为电解池。原电池中，木质素在a电极被氧化失电子，因此a为负极，b电极上​得电子，b为正极；电解池中，原电池正极b连接电解池的c电极，因此c为阳极，原电池负极a连接d电极，因此d为阴极。 第二步，逐项分析判断。A项，甲是原电池，将化学能转化为电能；乙是电解池，将电能转化为化学能，所以正确；B项，甲中a是负极，失电子发生氧化反应；乙中c是阳极，失电子发生氧化反应，所以正确；C项，多孔碳催化剂可以增大电极接触面积，同时催化反应，加快电极反应速率，所以正确；D项，d是阴极，得电子生成目标产物​，O从0价变为价，​共得到电子，碱性条件下正确的电极反应为：，所以错误。 【题后复盘】本题为两个装置的串联，根据题给信息可以判断装置类型。 3．D 【详解】第一步，判断装置的类型。题目中的信息已经明确指出左侧装置为浓差电池，该装置中，浓度高的一极为负极，浓度低的一极为正极。从图可以看出，X极区，Y极区。则X为负极，电极反应是；Y为正极，电极反应是。在电解池中，与原电池负极连接的电极是阴极，与正极连接的是阳极。则电极Co为阳极，电极反应为，通过膜a进入产品室，膜a为阳膜，石墨电极为阴极，电极反应为，膜b为阴膜，通过膜b进入产品室，通过膜c进入阴极室，膜c是阳膜。 第二步，逐项分析判断。A项，阳极室中Co失电子生成，需通过膜a进入产品室，因此膜a为阳离子交换膜；原料室中需通过膜b进入产品室与结合生成产物，膜b为阴离子交换膜，所以错误；B项，X为浓差电池的负极，发生失电子的氧化反应，电极反应为，所以错误；C项，石墨连接浓差电池负极，为电解池阴极，发生反应，浓度增大，溶液pH增大，所以错误；D项，电解60min转移电子总物质的量为，生成1 mol 需转移2 mol电子，故，质量为，所以正确。 【题后复盘】本题为两个装置的串联，由“其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类特殊原电池”，可判断浓度高的一极为负极，浓度低的一极为正极。 4．D 【详解】第一步，判断装置的类型。微生物脱盐电池中，M电极在微生物群落的作用下，转化成，发生氧化反应，M电极为电池负极，N电极为电池正极，得电子发生还原反应，转化成；微生物电解池中，R电极与电池正极（N电极）相连，作电解池阳极，失电子发生氧化生成，T电极与电池负极相连，作电解池阴极，得电子发生还原反应、； 第二步，逐项分析判断。A项，由分析可知，N电极为电池正极，电池工作时阳离子移向正极，移向N极，所以正确；B项，R电极为电解池阳极，发生氧化反应失去电子，N电极为电池正极，发生还原反应得电子，电子经导线由R极流向N极，所以正确；C项，R极为电解池阳极，失电子发生氧化生成，阳极反应式为，所以正确；D项，由分析可知，T电极反应式为、，由反应式可得沉积2.07 g（），转移0.02 mol电子，但同时还发生反应，电路中实际转移电子的物质的量大于0.02 mol，溶液中的减少量大于0.02 mol，所以错误。 【题后复盘】本题与2022年山东卷类似，为微生物脱盐电池＋微生物电解池串联。 学科网（北京）股份有限公司 $