专题04 电化学原理的综合应用（举一反三讲义）2027年高考化学一轮复习

专题04 电化学原理的综合应用 内容导航 题型精讲·举一反三 题型 01 原电池和电解池的一池两用 题型 02 电解原理在物质制备中的应用 题型 03 多池串联装置分析 题型 04 电化学有关计算 题型 05 电化学装置中离子交换膜的分析 靶向突破·分层训练 题型精讲·举一反三 题型01 原电池和电解池的一池两用 举一反三 【例1】【结合电解装置判断】（2025·天津·高考真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是 A．a是电源的负极 B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色 C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大 D．当完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下) 【答案】C 【详解】A．由分析可知，a是电源的负极，故A正确； B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确； C．随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误； D．当完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合成标准状况下)，故D正确； 故选C。 【变式1-1】【结合电解处理废气】（2025·贵州贵阳·模拟预测）某工厂通过如图所示装置处理两个车间的废气(电极均为惰性电极)，既处理了污染物，又变废为宝。下列说法错误的是 A．电极电势： B．工作时由甲池移向乙池 C．甲池反应式： D．通电一段时间后乙池的pH减小 【答案】C 【详解】A．该装置为电解池，甲池中失去电子生成，则该电极为阳极，乙池中电极为阴极，a为正极，b为负极，故电极电势：，A正确； B．电解池中，阳离子从阳极移动向阴极，故工作时由甲池移向乙池，B正确； C．甲池电极反应式为：，C错误； D．氢离子由甲池移向乙池，与发生反应：，通电一段时间后pH减小，D正确； 故选C。 【变式1-2】【结合双极膜电解制CO】（2025·山西朔州·模拟预测）以铅酸蓄电池为电源（如图甲），采用双极膜电解池电催化制取CO的装置如图乙（双极膜中间层的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M极接电极、N极接Pb电极 B．M极的电极反应式为 C．理论上，N极产生，甲中消耗 D．铅酸蓄电池充电时Pb电极的电极反应式为 【答案】C 【详解】A．M极上转化为，C元素化合价降低，得电子，为电解池阴极，应接铅酸蓄电池的负极，N极为阳极应接正极，A错误； B．双极膜解离的向阴极M迁移，M极的电极反应为，选项给出的反应式电荷不守恒，也不符合反应环境，B错误； C．N极生成时转移电子，铅酸蓄电池总反应为，每转移电子消耗，故转移电子时消耗，C正确； D．铅酸蓄电池充电时电极为阴极，发生得电子的还原反应，反应式为，选项给出的是放电时负极的反应，D错误； 故选C。 【变式1-3】【结合电化学脱氯反应】（2026·河南南阳·模拟预测）在饱和的甲醇溶液中，2-氯-5-三氯甲基吡啶()电化学脱氯生成6-氯烟酸甲酯(MCN)的过程如图所示。 下列说法错误的是 A．电极连接电源正极 B．电极的电极反应式： C．若使用阴离子交换膜，Pt电极上会产生黄绿色气体 D．理论上电极上产生的与电极通入的的质量相等 【答案】B 【详解】A．Pt电极上转化为，发生失电子的氧化反应，为阳极，连接电源正极，A正确； B．Ag电极为阴极，1mol得4mol电子，根据原子守恒，阴极电极反应式为，所给选项中反应物系数匹配错误，B错误；C．若使用阴离子交换膜，会透过交换膜向阳极Pt电极移动，在Pt电极上失电子生成，氯气为黄绿色气体，C正确； D．根据整个电路得失电子守恒，Ag电极每消耗1mol得到4mol电子，而Pt电极每生成1mol失去4mol电子，故理论上Pt电极产生的与Ag电极通入的物质的量相等，质量也相等，D正确； 故选B。 技巧点拨 一池两用分析 用如图所示装置进行实验： 1.若开始时K与N连接，则构成原电池，铁电极发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；石墨电极产生的现象为有无色气泡产生。 2.若开始时K与M连接，则构成电解池，铁电极发生的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；石墨电极产生的现象为有淡黄绿色气泡产生。一段时间后，溶液的pH增大。 3.若用铝条和镁条分别代替图中石墨和铁电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O。 题型02 电解原理在物质制备中的应用 举一反三 【例2】【结合双极膜合成乙醛酸】乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子 D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移 【答案】D 【详解】A．KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误； B．阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误； C．电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误； D．由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确； 综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。 【变式2-1】【结合电镀污泥回收工艺】（2025·四川绵阳·模拟预测）易溶于水，其水溶液显酸性。从电镀污泥[含、、、和等]中回收制备和其他金属的工艺流程如图所示。 下列叙述不正确的是 A．“除铁铬”时通入更有利于生成沉淀 B．“酸浸”时，为增大浸出速率，可加入相同体积、高浓度的硫酸 C．用惰性电极“电解”后的电解液中主要存在的阳离子有、等 D．溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作可得到 【答案】B 【详解】A．“除铁铬” 时通入，可以把氧化为，更易形成沉淀除去，A正确； B．“酸浸” 时若加入相同体积高浓度硫酸，会使溶液浓度过高，后续除铁铬需要加大量调 pH，增加试剂成本；同时过高酸度会增大后续电解能耗，而且过高也不能持续加快浸出（固体浸出速率受固液接触等多因素限制），还可能腐蚀设备。不能盲目用高浓度硫酸增大浸出速率，B错误； C．酸浸后金属以形式存在，电解时在阴极得电子析出暂时未大量放电，所以电解后电解液主要阳离子为\等，C正确； D．是结晶水合物，从其水溶液获得晶体，常规操作就是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥（不能直接蒸发结晶，防止失去结晶水），D正确； 故答案选B。 【变式2-2】【结合基础化学实验】（2025·甘肃平凉·模拟预测）下列操作不能达到实验目的的是 A．红色喷泉试验 B．证明水的组成 C．制备[Cu(NH3)4](OH)2 D．收集氢气 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A． 喷泉实验需要气体大量溶解反应产生足够压强差，在水中溶解度较小，无法形成足够大的压强差形成喷泉，且溶于水生成碳酸，呈酸性，酚酞遇酸性溶液不变色，无法得到红色喷泉，A符合题意； B．电解溶液的本质是电解水，电解后得到体积比为的和，可以证明水由氢、氧两种元素组成，B不符合题意； C．向悬浊液中加入过量氨水，会和氨水反应生成可溶性配合物，可以制得目标产物，C不符合题意； D．氢气密度远小于空气，用向下排空气法收集；图示集气瓶倒置，氢气从长导管进入后，密度小的氢气聚集在集气瓶上方，空气从下方短导管排出，收集方法正确，D不符合题意； 故选A。 【变式2-3】【结合三腔室电解处理尿液】（2026·辽宁朝阳·一模）为回收尿液中的氮资源(真实尿液中的氮以计)并减少水体富营养化，某三腔室电解系统处理尿液的原理如图所示。下列说法错误的是 A．M极为阳极 B．N极的电极反应式为，生成的将转化为 C．向“真实尿液”中不断加入持续加入，有利于提高电解液的导电性，从而提高的产量 D．当电路中转移1 mol电子时，M极区电解液的质量理论上减轻26 g 【答案】C 【详解】A．由图可知，根据通过阳离子交换膜向N极迁移，即阳离子向阴极移动，可知N极为阴极，M极为阳极，A正确； B．N极为阴极，电极反应式为，生成的将转化为，B正确； C．NH3的生成量仅取决于的迁移量（由电量决定），持续加入可能因离子竞争迁移影响的迁移效率，并非有利于提高的产量，C错误； D．M极为阳极，电极反应式为，每转移1 mol电子，生成（质量8 g，以气体逸出），（质量18 g）通过阳离子交换膜迁移至中间室，M极区电解液质量减少量为逸出8 g和迁出18 g之和，共26 g，D正确； 故选C。 知识总结 利用电解原理进行物质制备解题思路 题型03 多池串联装置分析 举一反三 【例3】【结合电化学还原二氧化碳制乙烯】（2026·河南信阳·模拟预测）利用电化学法还原CO2不仅能够降低空气中CO2的含量，还可以得到乙烯，装置如图所示。若电解后溶液pH基本不变，下列说法错误的是 A．装置中隔膜为阴离子交换膜 B．A电极反应式为 C．若该装置外接电源为铅蓄电池，每生成2.8 g乙烯，理论上铅蓄电池消耗1.2mol H2SO4 D．A电极反应的CO2和B电极生成的CO2的物质的量之比为6：7 【答案】D 【详解】A．阴极反应消耗水并产生，阳极反应消耗。阴极生成的需要通过隔膜移向阳极，参与阳极反应，因此隔膜应为阴离子交换膜，A正确； B．左侧A电极通入CO2，生成C2H4，C从+4价降至-2价（每个C得6e⁻，2个C共12e⁻），配平后，原子与电荷均守恒，且符合碱性环境，B正确； C．2.8g乙烯 =   = 0.1 mol。由B项反应式，生成1 mol C2H4转移12 mol e⁻ ，0.1 mol C2H4转移1.2 mol e⁻。铅蓄电池总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O，每转移2 mol e⁻，消耗2 mol H2SO4，每mol e⁻消耗1 mol H2SO4。故1.2 mol e⁻对应消耗1.2 mol H2SO4，C正确； D．阳极B反应为：4− 4e- = O2↑+4CO2↑+2H2O，即每转移12 mol e⁻，生成12 mol CO2。 A电极（阴极）反应：14CO2 +12e- +8H2O = C2H4+12，每转移12 mol e⁻，消耗14 mol CO2。A、B两极物质的量之比 = 14 : 12 = 7 : 6，D错误； 故选D。 【变式3-1】【结合电催化分解硫化氢】（2026·湖北襄阳·二模）我国院士团队研发的离场电催化技术实现了硫化氢的高效全分解，原理如图所示。 下列说法正确的是 A．离子交换膜M为阳离子交换膜 B．电极上发生的反应为 C．处理34 g大约可以回收22.4 L（标准状况）高纯度的 D．吸收塔中发生的反应为 【答案】C 【详解】A．X区（阳极）发生反应，仅需要从X区迁移到Y区平衡电荷；若M为阳离子交换膜，会允许等阳离子也通过，造成原料损失和杂质污染，M为仅允许通过的质子交换膜，不是普通阳离子交换膜，A错误； B．Pt2电极方程式为：，B错误； C．34 g H2​S的物质的量为；依据分析整个装置的总反应为，1 mol H2S分解生成1 mol H2，标准状况下1 mol气体体积为，C正确； D．为弱电解质，离子方程式中化学式不能拆分，故吸收塔中发生的反应为，D错误； 故选C。 【变式3-2】【结合原电池串联电解池】（2026·陕西西安·模拟预测）如图所示，甲池的总反应式为4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，石墨电极上的反应为：4OH- - 4e- = O2 + 2H2O B．甲池和乙池中溶液的pH均减小 C．甲池中负极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+ D．当甲池中消耗1.7 g NH3时，乙池中理论上最多产生6.4g固体 【答案】B 【详解】A．该装置中甲池为原电池，通入O2的电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，A错误； B．甲池总反应生成H2O，KOH溶液被稀释，OH-浓度降低，pH减小；乙池为电解池，电解CuSO4溶液时，生成硫酸、铜和氧气，溶液中H+浓度增大，pH减小，两池pH均减小，B正确； C．甲池为碱性环境（KOH溶液），负极NH3失电子生成N2，需结合OH-平衡电荷，正确反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，选项中生成H⁺不符合碱性环境，C错误； D．1.7g NH3（0.1mol）转移电子0.3mol（N从-3→0，1mol NH3转移3mol e-，乙池阴极Cu2+得电子生成Cu，根据电子守恒，生成Cu的物质的量为0.15mol，质量为9.6g，并非6.4g，D错误； 答案选B。 【变式3-3】【结合乙烷燃料电池处理废水】（2025·湖南·模拟预测）某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应。下列说法错误的是 A．M电极的电极反应为 B．铬元素最终以形式除去 C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大 D．若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2mol的，理论上N电极需要通入11.2L(已折算为标准状况) 【答案】D 【详解】A．由分析可知，M电极为燃料电池的负极，氧离子作用下乙烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为，故A正确； B．由分析可知，铬元素最终以氢氧化铬形式除去而达到处理酸性含铬废水的目的，故B正确； C．由分析可知，与M电极相连的右侧铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，右侧的铁电极更换为石墨电极，此时仍然是氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，不会影响对废水处理，故C正确； D．每处理掉0.2mol重铬酸根离子，需要1.2molFe2+，若电解过程中，电子的有效利用率为60%，由得失电子数目守恒可知，理论上N电极需要通入标准状况下氧气的体积为×22.4L/mol=22.4L，故D错误； 故选D。 方法总结 1.常见多池串联装置图 (1)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。 (2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙) 甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。 2.多池串联中，装置类型的判断 (1)装置类型的判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。 (2)常用规律 ①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。 ②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。 【方法技巧】判断电池类型 ①有外接电源时，各电池均为电解池。 ②无外接电源时，燃料电池、铅酸蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。 ③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。 ④根据电极反应现象判断。 题型04 电化学有关计算 举一反三 【例4】【结合电化学回收锂元素】（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）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 【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。 【变式4-1】【结合点解制备过氧化氢】（2025·浙江·高考真题）通过电化学方法制备，进而由与反应合成。为提高电流利用效率，某小组设计电化学合成示意图如下，已知氧化性：。下列说法不正确的是 A．电极A与电源正极相连 B．电极B的电极反应式为： C．电解液中可以用氢溴酸代替 D．原料足量的情况下，理论上电路中转移可得到 【答案】D 【详解】A．由分析可知电极A为阳极，应与电源正极相连，A正确； B．由分析可知电极B为阴极，在电解液中得电子生成，电极反应式为：，B正确； C．电解液中用氢溴酸代替，溴离子即起导电作用，又可在电极A上放电，所以可以用氢溴酸代替，提高电流利用效率，C正确； D．由得失电子守恒可知，电路中转移生成0.1mol，但由信息可知氧化性：，所以电极B上生成的H2O2也可将溴离子氧化为，所以电路中转移生成的物质的量大于0.1mol，则得到的物质的量大于0.1mol，D错误； 故选D。 【变式4-2】【结合含氟性质结构性质】（2026·浙江·一模）含氟化合物应用广泛。 请回答下列问题： (1)某含氟、铁、铯三种元素组成的化合物在电化学方面有良好的应用前景。其阴离子的结构和盐的晶胞结构如图所示。 ①该晶体的化学式为________。 ②化合物中Fe元素的化合价________。 ③该晶体中，桥连F原子的作用是连接2个Fe，端基F仅连接1个Fe，则该晶体中桥联F与端基F的个数比为________。 (2)HF是一种有特殊性质的氢化物。 ①HF的稀溶液表现为弱酸性、HF的浓溶液显强酸性，原因__________________。 ②液态HF中加入可以部分解离出和具有正四面体形结构的阴离子，写出该过程的离子方程式：__________________。 (3)二氟氧铵阳离子，化学式，是一种高能、强氧化性的氮氧氟阳离子。 制备方法：以三氟氧化氮()为前体，无水HF作溶剂，脱去的一个F并生成盐：。 ①该反应不能使用玻璃材质的容器，原因是__________； ②写出的结构式：__________； ③氧化性：________(填“大于”或“小于”)，原因__________。 【答案】(1) +3 1:2 (2) HF在稀溶液中仅部分电离；浓溶液中通过氢键发生缔合：，消耗游离的，促使HF的电离平衡正向移动，酸性显著增强 (3) 玻璃中含，能与HF反应生成 或 大于 F的电负性远大于Cl，吸电子能力更强，使中N原子正电性更高，得电子能力更强 【详解】（1）①左图中，两个Fe原子之间共有3个桥连F原子，每个Fe原子还分别连接3个端基F原子，因此一个阴离子单元含2个Fe原子和9个F原子。右图中，晶胞内部共有6个；沿c轴方向的四条棱上各有4个Fe原子，每个棱上的原子由4个晶胞共有，因此一个晶胞含有的Fe原子数为，相当于2个阴离子单元，含18个F原子。故Cs、Fe、F的个数比为，该晶体的化学式为。 ②化合物中Cs元素为+1价，F元素为−1价。设Fe元素的化合价为，根据化合物中各元素化合价的代数和为零，有，解得，故Fe元素的化合价为+3。 ③左图中，两个Fe原子之间的3个F原子均同时连接两个Fe原子，属于桥连F；两侧各有3个F原子只连接一个Fe原子，属于端基F。因此桥连F与端基F的个数比为。 （2）①HF是弱酸，在稀溶液中存在电离平衡，仅部分电离，表现为弱酸性。浓溶液中HF与通过氢键缔合，存在平衡。该过程消耗游离的，促使HF的电离平衡正向移动，酸性显著增强。 ②中的B原子可接受提供的孤电子对，形成含4个B—F键、呈正四面体形的；与此同时，一个HF分子提供的质子与另一个HF分子结合，形成。根据原子守恒和电荷守恒，并结合题干“部分解离”的条件，该过程的离子方程式为。 （3）①制备过程使用无水HF作溶剂，玻璃中的能与HF反应，生成和水，反应方程式为。该反应会腐蚀玻璃，因此不能使用玻璃材质的容器。 ②的价电子总数为。以N原子为中心，N与两个F原子分别形成一个单键，与O原子形成一个双键，再将其余电子分配为O和F上的孤电子对，各原子均满足8电子稳定结构，正电荷可标在N原子处，也可用方括号标明整个离子的电荷。因此，其结构式为或。 ③F的电负性比Cl大，对成键电子的吸引能力更强。因此，与相比，中N原子的正电性更高，得电子能力更强，故的氧化性大于。 【变式4-3】【结合电解二氧化碳制甲酸盐】（2026·广西·一模）电解法利用 CO2制备甲酸盐可实现 CO2资源化利用， 其装置如图所示： 下列说法错误的是 A．a 极为正极，K+由左向右通过交换膜 B．乙池中的反应为 CO2+HCO3-+2e-= HCOO-+ CO32- C．电解过程中，Pt 电极产生的气体可以用作燃料电池的负极反应 D．两池的溶液 KHCO3浓度均降低 【答案】C 【详解】A．根据以上分析，Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，所以b是电源负极，a 极为正极，K+由左向右通过交换膜，故A正确； B．乙池Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，电极反应为：CO2+HCO3－+2e－═HCOO－+CO32－，故B正确； C．阳极为Pt电极，电解一段时间后，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应式为4HCO3－-4e－=O2↑+4CO2↑+2H2O，电解过程中，Pt 电极产生的气体O2和CO2可作氧化剂，不能用作燃料电池的负极反应，故C错误； D．甲池为阳极，电极反应式为4HCO3－-4e－=O2↑+4CO2↑+2H2O，乙池为阴极，电极反应为：CO2+HCO3－+2e－═HCOO－+CO32－，则两池中KHCO3溶液浓度均降低，故D正确； 故选C。 方法总结 原电池和电解池的计算包括：两极产物的定量计算、溶液的计算、相对原子质量的计算和阿伏伽德罗常数测定的计算、根据电荷守恒量求产物的量。电化学的反应本质是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 1．解题关键 (1)电极名称要区分清楚； (2)电极产物要判断准确； (3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。 2．三种计算方法 (1)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽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。 题型05 电化学装置中离子交换膜的分析 举一反三 【例5】【结合尿素燃料电池】（2026·山东济南·一模）我国科研人员设计了一种可处理含Cr（Ⅵ）污水的新型尿素燃料电池（如图所示）。下列说法错误的是 A．体系中每转移，最多可产生 B．电极电势：电极1＞电极2 C．工作时负极区pH降低 D．a是阴离子交换膜 【答案】B 【详解】A．尿素中的N元素为−3价，生成后变为0价，每个N原子失去3个电子，因此每生成需转移6 mol电子。体系中每转移6 mol电子，生成的物质的量最多为，A正确； B．电极1处尿素失去电子，电极1为负极；电极2处得到电子，电极2为正极。原电池正极的电极电势高于负极，因此电极电势应为电极1＜电极2，B错误； C．负极区的尿素被氧化为和，结合原子守恒和电荷守恒，负极反应式为。反应生成，使负极区的浓度增大，pH降低，C正确； D．膜a位于中间含、的溶液与左侧负极区之间。负极反应生成，为维持负极区溶液的电中性，中间溶液中的通过膜a向左迁移，进入负极区，因此a是阴离子交换膜，D正确； 故选B。 【变式5-1】【结合微生物脱盐电池】（2026·四川巴中·模拟预测）科研人员设计出一种微生物脱盐电池，实现了产电脱盐并去除污水，模拟其工作原理如图所示，忽略气体溶于水及与水反应，下列说法错误的是 A．微生物促进了反应中电子的转移 B．为了实现脱盐目的，离子交换膜Ⅰ和Ⅱ分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C．电池总反应为 D．当Ⅱ室脱出时，Ⅰ室溶液的质量理论上增加 【答案】B 【详解】A．微生物在反应中作催化剂，可加快氧化还原反应速率，促进电子的转移，A正确； B．原电池工作时，阴离子向负极（Ⅰ室的电极A）移动，阳离子向正极（Ⅲ室的电极B）移动，为实现脱盐，Ⅱ室的需通过离子交换膜Ⅰ进入Ⅰ室，需通过离子交换膜Ⅱ进入Ⅲ室，因此离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，B错误； C．负极反应为，正极反应为，两式相加可得总反应为，C正确； D．当Ⅱ室脱去时，有进入Ⅰ室，电路中转移，根据负极反应式可知，逸出的物质的量为，因此Ⅰ室溶液质量增加量为，D正确； 故选B。 【变式5-2】【结合离子移动可视化电解】（2025·广东·模拟预测）某课题组设计的离子移动“可视化”电化学装置如图所示，已知Cu2+可以与乙二胺形成配合物乙二胺合铜离子[Cu(en)2]2+，其水溶液为深紫色。下列说法不正确的是 A．Ⅰ室的电极反应：Ag-e-=Ag+ B．Ⅰ室可观察到产生白色沉淀，Ⅲ室可观察到溶液变紫色且越来越深 C．隔膜M为阴离子交换膜，隔膜N为阳离子交换膜 D．当外电路转移2 mol e-时， Ⅰ 室溶液的质量保持不变， Ⅱ 室溶液的质量减少135 g， Ⅲ 室溶液的质量减少152 g 【答案】A 【详解】A．Ⅰ室Ag做阳极，发生氧化反应，电极反应为：，A项不正确； B．Ⅰ室生成，可观察到产生白色沉淀，Ⅲ室生成，可观察到溶液变紫色，且电解时间越长，浓度越大，颜色越来越深，B项正确； C．移向Ⅰ室，移向Ⅲ室，故隔膜M为阴离子交换膜，隔膜N为阳离子交换膜，C项正确； D．当外电路转移2 mol 时，Ⅰ室溶解的Ag和转移过来的刚好形成沉淀，故Ⅰ室溶液的质量保持不变，Ⅱ室消耗1 mol ，故Ⅱ室溶液的质量减少135 g，Ⅲ室析出216 g Ag的同时有64 g 转移过来，故Ⅲ室溶液的质量减少152 g，D项正确； 故选A。 【变式5-3】【结合大型液流蓄电装置】（2025·河南濮阳·模拟预测）下图是一种大型蓄电装置的示意图，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环。放电前膜a两侧的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列说法错误的是 A．膜a为阴离子交换膜 B．放电前，左侧储罐中电解质为 C．放电时的总反应为 D．充电时，阴极有1 mol 生成时，转移1mol电子 【答案】A 【详解】A．放电时，为避免两侧电解质直接反应，且平衡电荷需要从负极侧迁移到正极侧，因此膜a为阳离子交换膜，不是阴离子交换膜，A错误； B．放电时左侧为正极，发生的还原反应，因此放电前左侧储罐电解质为，B正确； C．结合反应物和生成物的转化，配平可得总反应为，C正确； D．充电时阴极反应为，生成转移电子，因此生成转移电子，D正确。 故答案为A。 知识总结 1.离子交换膜的分类和应用 2.实例分析 用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用： ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 3.水溶液中电解制备金属钴的装置示意图 4.多室电化学装置思维流程 靶向突破·分层训练 根基夯实 1．（2025·河北·高考真题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置，其示意图如下： 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是 A．电极上发生的反应： B．产生标准状况下时，理论上可转化的 C．再锂化过程中，向电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高 【答案】B 【详解】A．由分析知，电极上发生的反应：，A错误； B．由电极反应式可知，产生标准状况下5.6L(即0.25 mol) 时转移1 mol 电子，理论上转化的，B正确； C．为阴离子，应向阳极移动，即向Pt电极迁移，C错误； D．由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生、消耗，酸性增强，则阳极附近pH降低，D错误； 故选B。 2．（2025·湖北·高考真题）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．电解一段时间后阳极区减小 B．理论上生成双极膜中有解离 C．阳极总反应式为 D．阴极区存在反应 【答案】B 【详解】A．根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确； B．根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B项错误； C．根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C项正确； D．根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D项正确； 答案选B。 3．（2025·陕西咸阳·模拟预测）用和电化学催化合成甘氨酸的原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为，存在平衡。Cu电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．阳极区存在反应 B．电解一段时间后阳极区pH减小 C．阴极区的总反应为 D．理论上生成，双极膜中有54gH2O解离 【答案】D 【详解】A．根据分析，阳极区即电极上发生反应，最终产生说明存在反应，A正确； B．根据分析，结合装置图，电解过程中阳极总反应式为，虽然双极膜提供，但阳极区消耗、同时生成，故电解一段时间后阳极区减小、减小，B正确； C．根据分析，阴极区的总反应为，C正确； D．根据阴极区的总反应为，则每产生时转移电子；又因为每解离成和，故理论上生成双极膜中有即解离，D错误； 故答案选D。 4．（2025·江西·模拟预测）海上工程钢筋混凝土易遭受氯离子的侵蚀，钢筋腐蚀，体积膨胀，导致混凝土开裂、剥落，甚至倒塌。一种电化学脱氯原理如图所示，下列说法错误的是 A．此方法为牺牲阳极法 B．从混凝土内部的钢筋向外部自腐蚀电极迁移，从而实现混凝土脱氯目的 C．正极的电极反应式为 D．标准状况下，钢筋电极上消耗22.4 L O2，可以脱除4 mol 【答案】D 【详解】A．此原理为原电池原理，负极为自腐蚀电极，故该方法为牺牲阳极法，A正确； B．Cl-移向混凝土外的自腐蚀电极，从而实现混凝土脱氯目的，B正确； C．依据分析，正极电极反应式为，C正确； D．钢筋电极上消耗标准状况下22.4 L即1 mol O2，转移4 mol 电子，阴离子有Cl-，还有OH-等，故能脱除的 Cl-的物质的量小于 4 mol，D错误； 故选D。 5．（2025·安徽·模拟预测）电极材料是影响硝酸及其硝酸盐电化学还原的主要因素之一，以Cu-Ni双金属催化剂电催化硝酸还原反应的电氯化机理如下图所示： 下列说法正确的是 A．HClO的电子式为 B．电路中电子流向为a→M极→电解液→N极→b C．生成的电极反应式为 D．生成1 mol N2，电路中理论上转移16 mol电子 【答案】D 【详解】 A．HClO的电子式为，A错误； B．电解池中电路中电子流向为负极(a)→(阴极)M极、(阳极)N极→(正极)b，电子不能通过电解质溶液，B错误； C．生成的电极反应式为，选项中电解质中不能出现氢氧根，C错误； D．生成1 mol N2，需要电极生成，电路中理论上转移16 mol电子，D正确； 故选D。 6．（2026·山东济南·模拟预测）某新型钠离子二次电池电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基以增强电化学活性，充电时工作原理如图所示。已知：电荷量电流时间；；单个电子的电荷量。下列说法错误的是 A．充电时，电极质量减小 B．充电一段时间，电解质溶液中浓度基本保持不变 C．放电时，电极电极反应为 D．放电时，以恒定电流工作14分钟，电极质量减少，化学能转化为电能的转化率为30% 【答案】D 【详解】A．充电时，电极A（阳极）中的脱离电极进入电解质，质量减小，A正确； B．充电时，阳极A每释放到电解质，阴极B就会结合，电解质中总物质的量不变，因此浓度基本保持不变，B正确； C．放电时该装置为原电池，充电时B为阴极，因此放电时B为负极，负极发生失电子的氧化反应，电极反应为，C正确； D．计算转化率：电极B减少的质量为Na的质量，反应的Na的物质的量：，即总反应转移电子总物质的量为实际输出总电荷量：，实际转移电子物质的量： ，D错误； 故选D。 7．（2026·湖南株洲·模拟预测）我国科学家研究的自驱动高效制取的电化学装置示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电极Ⅱ的电势小于电极Ⅰ的电势 B．工作一段时间后装置b的溶液组成不变 C．装置a消耗时，整个装置消耗 D．装置b生成时，理论上装置a负极区溶液质量减少了28g 【答案】D 【详解】A．装置a为原电池，放电时电极Ⅰ为正极，电极Ⅱ为负极，正极电势大于负极电势，A正确； B．工作一段时间装置b的总反应为，所以装置b的溶液组成不变，B正确； C．装置a消耗时，转移4电子，装置a、b中均被氧化生成，根据得失电子守恒，装置a、b各消耗，则整个装置消耗，C正确； D．装置b生成时，转移，装置a负极区电极反应式为，每转移，有由装置a正极区经过阴离子交换膜移向负极区，消耗32 g N2H4，所以负极区溶液的质量增加了，D错误； 故选D。 8．（2026·河南·模拟预测）过氧苯甲酸(Ph-COOOH，其中-Ph表示苯基)常用于有机合成，还可用于不饱和化合物的分析、双键数的测定等。我国科学工作者通过电化学手段发展了苯甲酸(Ph-COOH)耦合电解水的中间产物羟基自由基(·OH)再生过氧苯甲酸(Ph-COOOH)，实现环烯烃环氧化的高选择性催化合成，合成方法如图所示。下列说法正确的是 A．电极发生的反应： B．离子交换膜a为质子交换膜，理论上阴极区电解质溶液的质量减少 C．生成过氧苯甲酸的反应为 D．外电路中转移1 mol电子时，理论上消耗0.5 mol 【答案】D 【详解】A．由题图可知，题图装置为电解池，Pt电极上转化为，发生得电子的还原反应，Pt电极为阴极，则电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为，A错误； B．由题图可知，阳极区存在苯甲酸与过氧苯甲酸，则阳极产生的移向阴极区，故离子交换膜a为质子交换膜，阴极电极反应为，若外电路中转移2 mol电子，根据关系式： ，理论上阴极区有逸出的同时有移入，故理论上阴极区电解质溶液的质量不变，B错误； C．OH氧化苯甲酸生成过氧苯甲酸，则生成过氧苯甲酸的反应为 ，C错误； D．转化为时引入1个氧原子，失去2个电子，可得关系式，则外电路中转移1 mol电子时，理论上消耗0.5 mol ，D正确； 故选D。 9．（2025·江西·模拟预测）某研究人员以磷钼酸(PMA)溶液作为阳极液，与sLFP粉末进行快速的固液氧化还原反应。高氧化性的PMA从sLFP中选择性提锂后，被还原的物质通过蠕动泵泵入阳极室中电化学再生，用于后续锂的持续提取。下列叙述正确的是 A．电极a发生还原反应，锂离子进入溶液 B．电极b附近溶液pH降低，可回收绿氢燃料 C．PMA溶液可以循环利用，体现绿色化学要求 D．收集11.2 L(标准状况)时向阴极迁移 【答案】C 【详解】A．电极连接电源正极，做阳极，发生氧化反应，A项错误； B．电极的电极反应为，溶液pH升高，B项错误； C．PMA在阳极再生后用于提锂，减少试剂消耗与废物排放，符合绿色化学原则，C正确； D．标准状况下，11.2 L的物质的量为，生成时向阴极迁移，D项错误； 答案选C。 10．（2025·浙江·模拟预测）下图为阴极还原法制备金纳米粒子的电化学装置示意图，在电解液中加入0.1 g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂，a，b为外加电源的两个电极，Ag电极为旋转电极。电解结束后，金纳米粒子分散在电解液中，呈现粉红色。下列说法错误的是 A．a为负极，金纳米粒子在Ag电极区域生成 B．Pt电极发生的电极反应为：，离子向Pt电极移动 C．使用旋转电极和加入PVP的目的都是为了防止金纳米颗粒聚集形成沉淀 D．用激光笔照射电解结束后的粉红色溶液，会产生丁达尔效应 【答案】B 【详解】A．中元素的化合价为+3价，题目制备金纳米粒子，故为氧化剂，故a电极为负极，金纳米粒子在Ag电极区域生成，A正确； B．由A选项分析得，Ag电极为阴极，得电子，则Pt电极为阳极，失电子，由于氯离子的浓度较低，故氢氧根在阳极放电，电极方程式为：，但应向Ag电极移动，B错误； C．电解结束后，金纳米粒子分散在电解液中，故使用旋转电极和加入PVP的目的都是为了防止金纳米颗粒聚集形成沉淀，C正确； D．当分散质粒子的直径在之间时，会产生丁达尔效应，金纳米粒子的直径符合此区间范围，D正确； 故答案为B。 11．（2025·四川雅安·一模）催化裂化(FCC)是石油精炼中最重要的转化之一、FCC催化剂中含有多种金属元素，一种针对FCC废催化剂(含较多的CeO2、铁铝的氧化物和少量其他可溶于酸的物质)综合回收利用的工艺流程如下： 已知：①CeO2不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液 ②常温下，，， ③当溶液中的某离子浓度时视为沉淀完全 回答下列问题： (1)Ce元素(原子序数为58)在元素周期表的位置为________________________。 (2)“酸溶”前，需将废催化剂磨碎，其目的是________________________。 (3)“反应1”中H2O2的作用为________________________；“物质X”为____________，若利用pH传感器监测“反应2”，当pH=____________时，Fe3+沉淀完全。 (4)“反应3”的化学反应方程式为________________________。 (5)从溶液中获得晶体的“一系列操作”包括____________、过滤、洗涤、常温晾干。 (6)以为媒介的间接电化学氧化法可以同时除去烟气中的NO2和SO2，装置如图所示： 已知模拟烟气中NO2和SO2的体积比为，写出“气-液吸收柱”中发生主要反应的离子方程式____________________________________。 【答案】(1)第六周期第ⅢB族 (2)增大固体与酸反应的接触面积，加快反应速率，增大浸取率 (3) 将铁元素全部转化为 氨水或氨气 3.3 (4) (5)蒸发浓缩、冷却结晶 (6) 【详解】（1）Ce元素(原子序数为58)在元素周期表的位置为：第六周期第ⅢB族； （2）“酸溶”前，需将废催化剂磨碎，其目的是：增大固体与酸反应的接触面积，加快反应速率，增大浸取率； （3）“反应1”中H2O2的作用为：将铁元素全部转化为；加入物质X将硫酸铝转化为硫酸铝铵晶体，同时将铁离子除去，则物质X为氨水或氨气，反应2中铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀，若利用pH传感器检测反应2，，； （4）反应3是与在硫酸条件下发生氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒，化学反应方程式为； （5）从溶液中获得晶体的“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、常温晾干； （6）由图示可知，NO2和SO2将Ce4+还原为Ce3+，则NO2被氧化成，SO2被氧化成，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为。 12．（2025·广西南宁·模拟预测）为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题： 方法Ⅰ：CO2催化加氢制甲醇。 以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下： 反应i： 反应ii： 反应iii： (1)计算反应ⅲ的_______；升高温度，的值将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)在恒温恒容的密闭容器中，将CO2和H2按物质的量之比投料发生反应i，下列能说明反应已达平衡的是_______(填序号)。 A．体系的温度保持不变 B．CO2和H2的转化率相等 C．单位时间内体系中断裂3 mol H-H键的同时断裂2 mol H-O键 D．混合气体平均密度保持不变 (3)一定温度和催化剂条件下，在密闭恒容容器中按照投料发生反应(N2不参与反应)，平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性(如CH3OH的选择性)随温度的变化曲线如图所示。 ①图中曲线b表示物质_______的变化(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)。曲线b趋势变化的原因：_______。 ②保持温度不变，在恒容反应器中，初始总压为5p kPa，只发生反应ⅰ和ⅱ，达到平衡时CO2的转化率为80%，CO的选择性为25%，则H2的转化率为_______，反应i的压强平衡常数_______。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数) 方法II：利用电化学可以将CO2有限转化为有机物 (4)如图所示，电解装置中分别以多晶Cu和Pt作电极材料，用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，反应前后浓度基本不变.温度控制在左右，阴极生成的电极反应式为_______。 (5)装置工作时，阴极主要生成C2H4，还可能生成副产物降低电解效率.标准状况下，当阳极生成O2的体积为2.24 L时，测得阴极区生成C2H4 0.448 L，则电解效率为_______(忽略电解前后溶液体积的变化)。已知：电解效率 【答案】(1) 减小 (2)C (3) 低温时反应i为主反应，反应放热，升高温度平衡逆向移动，CO2的转化率降低，高温时反应ii为主反应，反应吸热，升高温度平衡正向移动，CO2的转化率升高 （或者66.7%） (4) (5)60% 【详解】（1）由盖斯定律可知，反应iii：CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)可由“反应i－反应ii”得到，即 CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)减去 CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) 得到 CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)。 因此ΔH3=ΔH1－ΔH2=-49.0kJ/mol－41.0kJ/mol=-90.0kJ/mol。 对于K1·K2，相当于将反应i与反应ii相加，总反应热为ΔH1+ΔH2=-49.0kJ/mol+41.0kJ/mol=-8.0kJ/mol，该总过程为放热过程，升高温度平衡逆向移动，所以K1·K2减小。 （2）A．题干已说明在恒温恒容的密闭容器中进行反应，体系温度保持不变是外界条件决定的，不能说明反应达到平衡，A错误； B．初始投料n(CO2):n(H2)=1:3，且反应i中CO2和H2按1:3消耗，所以CO2和H2的转化率在反应过程中始终相等，不能说明反应达到平衡，B错误； C．单位时间内体系中断裂3molH-H键，表示正反应进行1mol；同时断裂2molH-O键，可对应逆反应中1molH2O参与反应，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡，C正确； D．恒容密闭容器中气体总质量不变，容器体积不变，所以混合气体平均密度始终不变，不能说明反应达到平衡，D错误；   故答案为C； （3）①曲线b表示物质CO2的变化。低温时反应i为主反应，反应i为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，CO2转化率降低；高温时反应ii逐渐成为主反应，反应ii为吸热反应，升高温度时平衡正向移动，CO2转化率升高，所以CO2转化率随温度升高呈现先降低后升高的趋势，对应曲线b； ②设初始n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，n(N2)=1mol，初始总物质的量为5mol，初始总压为5p kPa。平衡时CO2转化率为80%，则消耗CO2为0.8mol。CO的选择性为25%，所以生成CO的物质的量为0.8mol×25%=0.2mol，生成CH3OH的物质的量为0.8mol－0.2mol=0.6mol。对应反应i进行0.6mol，反应ii进行0.2mol，则消耗H2的物质的量为0.6mol×3+0.2mol×1=2.0mol，所以H2的转化率为=，即66.7%； 平衡时各物质的物质的量为：n(CO2)=0.2mol，n(H2)=1.0mol，n(CH3OH)=0.6mol，n(H2O)=0.8mol，n(CO)=0.2mol，n(N2)=1mol，总物质的量为3.8mol。恒温恒容下压强与气体总物质的量成正比，所以平衡总压为3.8p kPa，各气体分压可直接写为“对应物质的量×p”，即p(CO2)=0.2p，p(H2)=1.0p，p(CH3OH)=0.6p，p(H2O)=0.8p。反应i的压强平衡常数为：； （4）阴极生成C2H4，说明CO2在阴极得到电子发生还原反应。先写成弱碱性条件下的基本还原形式： 2CO2+8H2O+12e-=C2H4+12OH-。 由于装置中持续通入CO2，且溶液为KHCO3溶液，生成的OH-会继续与CO2反应生成： 。 两式相加可得阴极电极反应式：。 （5）标准状况下，阳极生成O2的体积为2.24L，则，。阳极生成1molO2转移4mol电子，所以电解池中转移电子总数为0.1mol×4=0.4mol。阴极生成C2H4的体积为0.448L，则。由阴极反应式可知，生成1molC2H4需要转移12mol电子，所以生成目标产物C2H4所对应的电子数为0.02mol×12=0.24mol。 综合进阶 1．（2026·重庆·三模）重庆大学王丹团队利用电解原理构建了一种新型生物酶()-离子液体-电化学耦合系统，以为底物高效合成乳酸。下列说法不正确的是     已知：吡嗪()结构中所有原子共面。 A．极 B．标准状况下，电极产生约时，可得到乳酸 C．电解前后／数量不变 D．型离子液体结构中原子有两种杂化方式 【答案】B 【详解】A．B为阳极，水放电生成氧气，电极反应，A正确； B．标准状况下物质的量为，生成转移电子；合成乳酸（）时，中C从价变为乳酸中价，总得到电子，根据电子守恒，电子只能得到乳酸，不是，B错误； C．还原后转化为，在阴极A又得到电子重新生成，循环反应，电解前后总数不变，C正确； D．该离子液体中，烷基链上的饱和N原子（氨基、亚氨基、质子化氨基）均为杂化；环中的N原子，因环上所有原子共面，N均为杂化，共两种杂化方式，D正确； 故选B。 2．（2026·河北保定·三模）武汉大学某科研团队提出了电化学浸出与溶剂萃取耦合的方法，从废锂离子电池中分离和回收锂和钴，示意图如图所示。有机相为P507(表示为，常以二聚体的形式存在)，可选择性萃取。已知：。下列说法正确的是 A．电极为阴极 B．参与的电极反应为 C．萃取过程中不断提供质子，溶液的保持不变 D．电子转移方向：电极电极溶液电极 【答案】B 【详解】A．Pt电极为电解池的阳极，不是阴极，A错误； B．得电子生成和，结合酸性环境配平得电极反应为，电荷、原子均守恒，B正确； C．萃取过程中生成，溶液中浓度增大，pH减小，C错误； D．电子仅能在外电路中移动，无法通过溶液，溶液中依靠离子定向移动导电，D错误； 故选 B。 3．（2026·辽宁沈阳·三模）我国科研团队研发了一种基于微生物燃料电池的肿瘤治疗系统，其简化电化学原理如图所示，电极N为经表面修饰后的厌氧微生物脱硫弧菌(Dsv)，消耗肿瘤微环境中抑制免疫的乳酸(2-羟基丙酸)作为“燃料”，并产生电子。下列说法错误的是 A．电极电势：电极M>电极N B．电路中每转移1mol电子，正极室溶液质量增加44.5 g C．电池工作时，负极区溶液的pH变大 D．理论上电极N每产生CO2体积3.36 L(标况下)，电路中转移0.6 mol电子 【答案】C 【详解】A．正极电势高于负极，电极电势：电极M>电极N，A正确； B．正极反应式为，电路中转移2 mol电子时，正极消耗4mol氢离子，同时生成1mol和2mol水，还有2 mol通过质子交换膜进入正极室溶液，故正极室溶液质量增加55+2+2-4=89 g；那么当电路中转移1mol电子时，正极室溶液质量增加44.5 g，B正确； C．电池工作时，负极反应方程式为：，负极生成，负极区溶液的pH变小，C错误； D．电极N为负极，每生成1 mol，转移4 mol电子，，电路中转移0.6 mol电子，D正确； 故选C。 4．（2026·河南安阳·三模）中国科学院理化技术研究所提出以木质素衍生的酚类化合物为原料，利用电化学策略实现己二酸的绿色电合成，其电解原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极a的电势高于电极b B．工作过程中由左侧向右侧移动 C．为了增强电解质溶液的导电性，M极区可添加适量NaCl D．随着电解的进行，N极区溶液的几乎不变 【答案】C 【详解】A．由分析可知，a是正极，b是负极，电解池中，电源正极的电势高于负极，因此电极 a 的电势高于电极 b，A正确； B．电解池中，阳离子会向阴极定向移动。本装置中，M为阳极（左侧），N为阴极（右侧），质子交换膜允许H+通过，因此H+会由左侧（阳极区）向右侧（阴极区）移动，B正确； C．M 极为阳极，若在 M 极区加入NaCl，溶液中的Cl-会优先于有机物发生放电反应，反应为：，这不仅会产生有毒的氯气，还会与环己醇氧化为己二酸的主反应竞争电极反应，消耗电能并降低目标产物的产率，因此不能添加NaCl，C错误； D．N 极（阴极）的电极反应为：，由阳极迁移过来的H+在阴极反应被消耗，因此N极区溶液的pH几乎不变，D正确； 故答案选C。 5．（2026·甘肃金昌·二模）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。下图是在铅电极上电化学活化过硫酸铵电解合成乙酰基吡嗪的示意图(CEM为阳离子交换膜)。下列叙述错误的是 A．a电极与电源的负极相连 B．b电极附近溶液的减小 C．反应过程中从右侧通过阳离子交换膜移向左侧 D．若b电极上生成标准状况下，则a电极上生成的物质的量最多为 【答案】D 【详解】A．a电极为电解池阴极，与电源的负极相连，A正确； B．b电极反应：，生成，溶液的减小，B正确； C．反应过程中，b电极生成，a电极消耗阳离子，故从右侧通过阳离子交换膜移向左侧，C正确； D．a电极处得到电子生成，方程式为+2e-=2，每生成1 mol 转移1 mol电子；b电极处失去电子生成，O的化合价从-2价升到0价，每生成1 mol 转移4 mol电子，所以b电极上生成标准状况下时，转移0.4mol电子，a电极上生成的物质的量最多为0.4 mol，D错误； 故选D。 6．（2026·北京石景山·一模）通过电化学方法制备，进而与反应合成。利用氧化性：，某小组设计下图所示电解装置提高合成的电流利用效率。 下列说法正确的是 A．电极A与电源负极相连 B．电极B的电极反应为： C．原料足量的情况下，理论上电路中转移可获得 D．电解液中的可以用代替 【答案】C 【详解】A．电极A（阳极）发生氧化反应：2Br--2e-=Br2，应连接电源正极，A错误； B．电极B（阴极）发生还原反应，酸性介质中O2+2H++2e-=H2O2，不生成OH⁻，B错误； C．每转移2 mol e⁻，阳极生成1 mol Br2，阴极生成1 mol H2O2。H2O2因氧化性强于Br2，可进一步氧化Br⁻。即H2O2+2Br-+2H+=Br2+2H2O，再生成1 mol Br2，总计得2 mol Br2，与2 mol环己烯反应生成2 mol 1,2-二溴环己烷。即转移1 mol e⁻生成1 mol目标产物，C正确； D．若用HI代替H2SO4，引入I⁻，H2O2优先氧化I⁻，H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O，致Br2生成减少，目标产物产率下降，且可能产生副产物碘代物，D错误； 故答案选C。 7．（2026·天津·模拟预测）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略。因此研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。 I．在催化剂作用下，CO2可被H2还原为CH3OH等化学品，主要反应如下： 反应1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-50 kJ·mol-1 反应2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1 (1)反应3：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH3=___________； (2)恒温恒容条件下，若起始按n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料，只发生反应1，能作为反应达到平衡的标志是___________(填字母)。 A．CO2浓度不再发生变化 B．CO2百分含量不再发生变化 C．气体平均相对分子质量不再发生变化 D．3v正(H2) = v逆(H2O) (3)一定条件下，向1 L恒容密闭容器中充入0.23 mol CO2和0.19 mol H2，只发生反应1，平衡时测得生成甲醇0.03 mol，保持温度不变再通入0.1 mol CO2和0.1 mol水蒸气，此时v(正)___________v(逆)(填“>”，“<”，“=”)。 (4)在300℃恒压密闭容器中，加入2 mol CO2和6 mol H2，发生上述反应2和反应3，反应达平衡时，CO2的转化率为75%，容器体积减小25%，CH3OH的物质的量为___________mol，反应2的平衡常数K=___________。 Ⅱ．捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。 (5)下列物质中能作为捕碳剂的是___________。 A．K2CO3 B．NaOH C．Na2SO4 D．NH4Cl (6)已知：25℃，NH3·H2O的Kb=1.7×10-5，H2CO3的Ka1=4.3×10-7、Ka2=5.6×10-11.工业生产尾气中的CO2捕获技术之一是利用氨水吸收，工艺流程是将烟气冷却至25℃后用氨水吸收过量的CO2，所得溶液显__________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。 Ⅲ．电化学还原法：利用太阳能光伏电池进行电化学还原CO2制甲醇的装置如图所示。 (7)工作电极的制作：将铜箔放入煮沸的饱和CuSO4溶液中进行反应，可制得Cu2O薄膜电极。生成Cu2O的离子方程式：___________。 (8)工作电极上Cu2O作催化剂，工作时电极上CO2转化为甲醇的电极反应式为___________。 【答案】(1) (2)AC (3)< (4) 1 0.6 (5)AB (6)碱性 (7) (8) 【详解】（1）反应3可由反应1减去反应2得到，故； （2）A．恒温恒容条件下，浓度不变可说明反应达到平衡，A正确； B．设起始时CO2和H2的物质的量均为1 mol，任一时刻时消耗CO2的物质的量为x mol，则消耗H2的物质的量为3x mol，生成CH3OH和H2O的物质的量为x mol，CO2的百分含量等于：，说明反应过程中CO2的百分含量始终不变，则CO2的百分含量不变不能说明反应达到平衡状态，B错误； C．反应过程中气体总质量不变，总物质的量增加，故气体平均相对分子质量始终随反应进行而变化，故气体平均相对分子质量不再发生变化可说明反应达到平衡，C正确； D．可说明反应达到平衡，不能说明反应达到平衡，D错误； 故答案为：AC； （3）平衡时生成甲醇0.03 mol，此时容器中有0.03 mol 、0.2 mol 、0.1 mol ，平衡常数，再通入0.1 mol 和0.1 mol ，浓度商，平衡逆向移动，故此时； （4）仅考虑反应2和反应3，依据题目条件列出三段式： 由的转化率为75%可得x=1.5，由可知总压强恒定时，体积与物质的量成正比，容器体积减小25%说明气体总物质的量减少了25%，故，解得y=1，故生成物质的量为1 mol，反应2的平衡常数； （5）可与反应得到，NaOH可与过量反应得到，和均不能与反应，故答案为：AB； （6）氨水与过量的反应得到溶液，该溶液中主要存在平衡、、，由上述各个平衡常数可知溶液中的水解平衡占据主导地位，故所得溶液显碱性； （7）将铜箔放入煮沸的饱和溶液中进行反应，发生归中反应得到，离子方程式为； （8）工作时被还原为甲醇，中碳的平均化合价为-2价，每个分子得到6个电子，电极反应式为，又由于过量的可与继续反应：，故最终的电极反应式为。 8．（2026·广东深圳·模拟预测）在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。 采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下图： (1)基态镍原子的价层电子排布式为_____。 (2)混合气体进入反应器后发生如下反应： 反应i：　 反应ii：　 已知　。则反应ii的反应热____，该反应____（填标号）。 A．低温自发        B．高温自发 C．高温低温均不自发        D．高温低温均自发 (3)一定温度下，CO、和（物质的量之比为）按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器（入口压强为）发生反应和。有存在时，反应和的反应进程如图1所示。随着的增加，的转化率和产物的选择性如图2所示。（选择性） ①根据图1（实线表示生成的路径），以为催化剂，生成的反应历程中决速步的反应式为_____。 ②关于反应ii，以下说法不正确的是_____。 A．据图2可知，越大，的选择性越大 B．升高温度，逆反应速率增大，正反应速率减小 C．保持不变，增大乙烯与氢气的投料比，有利于提高氢气的平衡转化率 D．增大压强平衡正向移动，K增大 ③结合图2，当时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡。当时，起始投入和，达到平衡时，的选择性为_____，物质的量为_____mol，反应ii的_____（写出计算过程，结果用计算式表示。以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。 【答案】(1) (2) -230.7 A (3) BD 20% 0.18 mol 【详解】（1）Ni是28号元素，价电子包含轨道，价层电子排布式为； （2）（2），该反应，，，低温下，因此选A； （3）①决速步对应最高能垒TSⅡ，反应物； ②A．根据图像可知，x增大，的选择性越大，A正确； B．升温，正、逆反应速率一定同步增大，B错误； C．增加投料，平衡正向移动，消耗变多，转化率上升，C正确； D．K只与温度有关，压强改变不影响平衡常数，K不变，D错误； 故答案选BD； ③守恒法：起始时：，，。达到平衡时：选择性为20%，，，；根据C守恒：，根据H守恒：，平衡时，，，， 1 / 47 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 电化学原理的综合应用 内容导航 题型精讲·举一反三 题型 01 原电池和电解池的一池两用 题型 02 电解原理在物质制备中的应用 题型 03 多池串联装置分析 题型 04 电化学有关计算 题型 05 电化学装置中离子交换膜的分析 靶向突破·分层训练 题型精讲·举一反三 题型01 原电池和电解池的一池两用 举一反三 【例1】【结合电解装置判断】（2025·天津·高考真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是 A．a是电源的负极 B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色 C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大 D．当完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下) 【变式1-1】【结合电解处理废气】（2025·贵州贵阳·模拟预测）某工厂通过如图所示装置处理两个车间的废气(电极均为惰性电极)，既处理了污染物，又变废为宝。下列说法错误的是 A．电极电势： B．工作时由甲池移向乙池 C．甲池反应式： D．通电一段时间后乙池的pH减小 【变式1-2】【结合双极膜电解制CO】（2025·山西朔州·模拟预测）以铅酸蓄电池为电源（如图甲），采用双极膜电解池电催化制取CO的装置如图乙（双极膜中间层的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M极接电极、N极接Pb电极 B．M极的电极反应式为 C．理论上，N极产生，甲中消耗 D．铅酸蓄电池充电时Pb电极的电极反应式为 【变式1-3】【结合电化学脱氯反应】（2026·河南南阳·模拟预测）在饱和的甲醇溶液中，2-氯-5-三氯甲基吡啶()电化学脱氯生成6-氯烟酸甲酯(MCN)的过程如图所示。 下列说法错误的是 A．电极连接电源正极 B．电极的电极反应式： C．若使用阴离子交换膜，Pt电极上会产生黄绿色气体 D．理论上电极上产生的与电极通入的的质量相等 技巧点拨 一池两用分析 用如图所示装置进行实验： 1.若开始时K与N连接，则构成原电池，铁电极发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；石墨电极产生的现象为有无色气泡产生。 2.若开始时K与M连接，则构成电解池，铁电极发生的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；石墨电极产生的现象为有淡黄绿色气泡产生。一段时间后，溶液的pH增大。 3.若用铝条和镁条分别代替图中石墨和铁电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O。 题型02 电解原理在物质制备中的应用 举一反三 【例2】【结合双极膜合成乙醛酸】乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子 D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移 【变式2-1】【结合电镀污泥回收工艺】（2025·四川绵阳·模拟预测）易溶于水，其水溶液显酸性。从电镀污泥[含、、、和等]中回收制备和其他金属的工艺流程如图所示。 下列叙述不正确的是 A．“除铁铬”时通入更有利于生成沉淀 B．“酸浸”时，为增大浸出速率，可加入相同体积、高浓度的硫酸 C．用惰性电极“电解”后的电解液中主要存在的阳离子有、等 D．溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作可得到 【变式2-2】【结合基础化学实验】（2025·甘肃平凉·模拟预测）下列操作不能达到实验目的的是 A．红色喷泉试验 B．证明水的组成 C．制备[Cu(NH3)4](OH)2 D．收集氢气 A．A B．B C．C D．D 【变式2-3】【结合三腔室电解处理尿液】（2026·辽宁朝阳·一模）为回收尿液中的氮资源(真实尿液中的氮以计)并减少水体富营养化，某三腔室电解系统处理尿液的原理如图所示。下列说法错误的是 A．M极为阳极 B．N极的电极反应式为，生成的将转化为 C．向“真实尿液”中不断加入持续加入，有利于提高电解液的导电性，从而提高的产量 D．当电路中转移1 mol电子时，M极区电解液的质量理论上减轻26 g 知识总结 利用电解原理进行物质制备解题思路 题型03 多池串联装置分析 举一反三 【例3】【结合电化学还原二氧化碳制乙烯】（2026·河南信阳·模拟预测）利用电化学法还原CO2不仅能够降低空气中CO2的含量，还可以得到乙烯，装置如图所示。若电解后溶液pH基本不变，下列说法错误的是 A．装置中隔膜为阴离子交换膜 B．A电极反应式为 C．若该装置外接电源为铅蓄电池，每生成2.8 g乙烯，理论上铅蓄电池消耗1.2mol H2SO4 D．A电极反应的CO2和B电极生成的CO2的物质的量之比为6：7 【变式3-1】【结合电催化分解硫化氢】（2026·湖北襄阳·二模）我国院士团队研发的离场电催化技术实现了硫化氢的高效全分解，原理如图所示。 下列说法正确的是 A．离子交换膜M为阳离子交换膜 B．电极上发生的反应为 C．处理34 g大约可以回收22.4 L（标准状况）高纯度的 D．吸收塔中发生的反应为 【变式3-2】【结合原电池串联电解池】（2026·陕西西安·模拟预测）如图所示，甲池的总反应式为4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，石墨电极上的反应为：4OH- - 4e- = O2 + 2H2O B．甲池和乙池中溶液的pH均减小 C．甲池中负极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+ D．当甲池中消耗1.7 g NH3时，乙池中理论上最多产生6.4g固体 【变式3-3】【结合乙烷燃料电池处理废水】（2025·湖南·模拟预测）某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应。下列说法错误的是 A．M电极的电极反应为 B．铬元素最终以形式除去 C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大 D．若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2mol的，理论上N电极需要通入11.2L(已折算为标准状况) 方法总结 1.常见多池串联装置图 (1)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。 (2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙) 甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。 2.多池串联中，装置类型的判断 (1)装置类型的判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。 (2)常用规律 ①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。 ②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。 【方法技巧】判断电池类型 ①有外接电源时，各电池均为电解池。 ②无外接电源时，燃料电池、铅酸蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。 ③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。 ④根据电极反应现象判断。 题型04 电化学有关计算 举一反三 【例4】【结合电化学回收锂元素】（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）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 【变式4-1】【结合点解制备过氧化氢】（2025·浙江·高考真题）通过电化学方法制备，进而由与反应合成。为提高电流利用效率，某小组设计电化学合成示意图如下，已知氧化性：。下列说法不正确的是 A．电极A与电源正极相连 B．电极B的电极反应式为： C．电解液中可以用氢溴酸代替 D．原料足量的情况下，理论上电路中转移可得到 【变式4-2】【结合含氟性质结构性质】（2026·浙江·一模）含氟化合物应用广泛。 请回答下列问题： (1)某含氟、铁、铯三种元素组成的化合物在电化学方面有良好的应用前景。其阴离子的结构和盐的晶胞结构如图所示。 ①该晶体的化学式为________。 ②化合物中Fe元素的化合价________。 ③该晶体中，桥连F原子的作用是连接2个Fe，端基F仅连接1个Fe，则该晶体中桥联F与端基F的个数比为________。 (2)HF是一种有特殊性质的氢化物。 ①HF的稀溶液表现为弱酸性、HF的浓溶液显强酸性，原因__________________。 ②液态HF中加入可以部分解离出和具有正四面体形结构的阴离子，写出该过程的离子方程式：__________________。 (3)二氟氧铵阳离子，化学式，是一种高能、强氧化性的氮氧氟阳离子。 制备方法：以三氟氧化氮()为前体，无水HF作溶剂，脱去的一个F并生成盐：。 ①该反应不能使用玻璃材质的容器，原因是__________； ②写出的结构式：__________； ③氧化性：________(填“大于”或“小于”)，原因__________。 【变式4-3】【结合电解二氧化碳制甲酸盐】（2026·广西·一模）电解法利用 CO2制备甲酸盐可实现 CO2资源化利用， 其装置如图所示： 下列说法错误的是 A．a 极为正极，K+由左向右通过交换膜 B．乙池中的反应为 CO2+HCO3-+2e-= HCOO-+ CO32- C．电解过程中，Pt 电极产生的气体可以用作燃料电池的负极反应 D．两池的溶液 KHCO3浓度均降低 方法总结 原电池和电解池的计算包括：两极产物的定量计算、溶液的计算、相对原子质量的计算和阿伏伽德罗常数测定的计算、根据电荷守恒量求产物的量。电化学的反应本质是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 1．解题关键 (1)电极名称要区分清楚； (2)电极产物要判断准确； (3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。 2．三种计算方法 (1)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽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。 题型05 电化学装置中离子交换膜的分析 举一反三 【例5】【结合尿素燃料电池】（2026·山东济南·一模）我国科研人员设计了一种可处理含Cr（Ⅵ）污水的新型尿素燃料电池（如图所示）。下列说法错误的是 A．体系中每转移，最多可产生 B．电极电势：电极1＞电极2 C．工作时负极区pH降低 D．a是阴离子交换膜 【变式5-1】【结合微生物脱盐电池】（2026·四川巴中·模拟预测）科研人员设计出一种微生物脱盐电池，实现了产电脱盐并去除污水，模拟其工作原理如图所示，忽略气体溶于水及与水反应，下列说法错误的是 A．微生物促进了反应中电子的转移 B．为了实现脱盐目的，离子交换膜Ⅰ和Ⅱ分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C．电池总反应为 D．当Ⅱ室脱出时，Ⅰ室溶液的质量理论上增加 【变式5-2】【结合离子移动可视化电解】（2025·广东·模拟预测）某课题组设计的离子移动“可视化”电化学装置如图所示，已知Cu2+可以与乙二胺形成配合物乙二胺合铜离子[Cu(en)2]2+，其水溶液为深紫色。下列说法不正确的是 A．Ⅰ室的电极反应：Ag-e-=Ag+ B．Ⅰ室可观察到产生白色沉淀，Ⅲ室可观察到溶液变紫色且越来越深 C．隔膜M为阴离子交换膜，隔膜N为阳离子交换膜 D．当外电路转移2 mol e-时， Ⅰ 室溶液的质量保持不变， Ⅱ 室溶液的质量减少135 g， Ⅲ 室溶液的质量减少152 g 【变式5-3】【结合大型液流蓄电装置】（2025·河南濮阳·模拟预测）下图是一种大型蓄电装置的示意图，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环。放电前膜a两侧的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列说法错误的是 A．膜a为阴离子交换膜 B．放电前，左侧储罐中电解质为 C．放电时的总反应为 D．充电时，阴极有1 mol 生成时，转移1mol电子 知识总结 1.离子交换膜的分类和应用 2.实例分析 用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用： ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 3.水溶液中电解制备金属钴的装置示意图 4.多室电化学装置思维流程 靶向突破·分层训练 根基夯实 1．（2025·河北·高考真题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置，其示意图如下： 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是 A．电极上发生的反应： B．产生标准状况下时，理论上可转化的 C．再锂化过程中，向电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高 2．（2025·湖北·高考真题）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．电解一段时间后阳极区减小 B．理论上生成双极膜中有解离 C．阳极总反应式为 D．阴极区存在反应 3．（2025·陕西咸阳·模拟预测）用和电化学催化合成甘氨酸的原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为，存在平衡。Cu电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是 A．阳极区存在反应 B．电解一段时间后阳极区pH减小 C．阴极区的总反应为 D．理论上生成，双极膜中有54gH2O解离 4．（2025·江西·模拟预测）海上工程钢筋混凝土易遭受氯离子的侵蚀，钢筋腐蚀，体积膨胀，导致混凝土开裂、剥落，甚至倒塌。一种电化学脱氯原理如图所示，下列说法错误的是 A．此方法为牺牲阳极法 B．从混凝土内部的钢筋向外部自腐蚀电极迁移，从而实现混凝土脱氯目的 C．正极的电极反应式为 D．标准状况下，钢筋电极上消耗22.4 L O2，可以脱除4 mol 5．（2025·安徽·模拟预测）电极材料是影响硝酸及其硝酸盐电化学还原的主要因素之一，以Cu-Ni双金属催化剂电催化硝酸还原反应的电氯化机理如下图所示： 下列说法正确的是 A．HClO的电子式为 B．电路中电子流向为a→M极→电解液→N极→b C．生成的电极反应式为 D．生成1 mol N2，电路中理论上转移16 mol电子 6．（2026·山东济南·模拟预测）某新型钠离子二次电池电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基以增强电化学活性，充电时工作原理如图所示。已知：电荷量电流时间；；单个电子的电荷量。下列说法错误的是 A．充电时，电极质量减小 B．充电一段时间，电解质溶液中浓度基本保持不变 C．放电时，电极电极反应为 D．放电时，以恒定电流工作14分钟，电极质量减少，化学能转化为电能的转化率为30% 7．（2026·湖南株洲·模拟预测）我国科学家研究的自驱动高效制取的电化学装置示意图如图所示。下列说法错误的是 A．电极Ⅱ的电势小于电极Ⅰ的电势 B．工作一段时间后装置b的溶液组成不变 C．装置a消耗时，整个装置消耗 D．装置b生成时，理论上装置a负极区溶液质量减少了28g 8．（2026·河南·模拟预测）过氧苯甲酸(Ph-COOOH，其中-Ph表示苯基)常用于有机合成，还可用于不饱和化合物的分析、双键数的测定等。我国科学工作者通过电化学手段发展了苯甲酸(Ph-COOH)耦合电解水的中间产物羟基自由基(·OH)再生过氧苯甲酸(Ph-COOOH)，实现环烯烃环氧化的高选择性催化合成，合成方法如图所示。下列说法正确的是 A．电极发生的反应： B．离子交换膜a为质子交换膜，理论上阴极区电解质溶液的质量减少 C．生成过氧苯甲酸的反应为 D．外电路中转移1 mol电子时，理论上消耗0.5 mol 9．（2025·江西·模拟预测）某研究人员以磷钼酸(PMA)溶液作为阳极液，与sLFP粉末进行快速的固液氧化还原反应。高氧化性的PMA从sLFP中选择性提锂后，被还原的物质通过蠕动泵泵入阳极室中电化学再生，用于后续锂的持续提取。下列叙述正确的是 A．电极a发生还原反应，锂离子进入溶液 B．电极b附近溶液pH降低，可回收绿氢燃料 C．PMA溶液可以循环利用，体现绿色化学要求 D．收集11.2 L(标准状况)时向阴极迁移 10．（2025·浙江·模拟预测）下图为阴极还原法制备金纳米粒子的电化学装置示意图，在电解液中加入0.1 g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂，a，b为外加电源的两个电极，Ag电极为旋转电极。电解结束后，金纳米粒子分散在电解液中，呈现粉红色。下列说法错误的是 A．a为负极，金纳米粒子在Ag电极区域生成 B．Pt电极发生的电极反应为：，离子向Pt电极移动 C．使用旋转电极和加入PVP的目的都是为了防止金纳米颗粒聚集形成沉淀 D．用激光笔照射电解结束后的粉红色溶液，会产生丁达尔效应 11．（2025·四川雅安·一模）催化裂化(FCC)是石油精炼中最重要的转化之一、FCC催化剂中含有多种金属元素，一种针对FCC废催化剂(含较多的CeO2、铁铝的氧化物和少量其他可溶于酸的物质)综合回收利用的工艺流程如下： 已知：①CeO2不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液 ②常温下，，， ③当溶液中的某离子浓度时视为沉淀完全 回答下列问题： (1)Ce元素(原子序数为58)在元素周期表的位置为________________________。 (2)“酸溶”前，需将废催化剂磨碎，其目的是________________________。 (3)“反应1”中H2O2的作用为________________________；“物质X”为____________，若利用pH传感器监测“反应2”，当pH=____________时，Fe3+沉淀完全。 (4)“反应3”的化学反应方程式为________________________。 (5)从溶液中获得晶体的“一系列操作”包括____________、过滤、洗涤、常温晾干。 (6)以为媒介的间接电化学氧化法可以同时除去烟气中的NO2和SO2，装置如图所示： 已知模拟烟气中NO2和SO2的体积比为，写出“气-液吸收柱”中发生主要反应的离子方程式____________________________________。 12．（2025·广西南宁·模拟预测）为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题： 方法Ⅰ：CO2催化加氢制甲醇。 以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下： 反应i： 反应ii： 反应iii： (1)计算反应ⅲ的_______；升高温度，的值将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)在恒温恒容的密闭容器中，将CO2和H2按物质的量之比投料发生反应i，下列能说明反应已达平衡的是_______(填序号)。 A．体系的温度保持不变 B．CO2和H2的转化率相等 C．单位时间内体系中断裂3 mol H-H键的同时断裂2 mol H-O键 D．混合气体平均密度保持不变 (3)一定温度和催化剂条件下，在密闭恒容容器中按照投料发生反应(N2不参与反应)，平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性(如CH3OH的选择性)随温度的变化曲线如图所示。 ①图中曲线b表示物质_______的变化(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)。曲线b趋势变化的原因：_______。 ②保持温度不变，在恒容反应器中，初始总压为5p kPa，只发生反应ⅰ和ⅱ，达到平衡时CO2的转化率为80%，CO的选择性为25%，则H2的转化率为_______，反应i的压强平衡常数_______。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数) 方法II：利用电化学可以将CO2有限转化为有机物 (4)如图所示，电解装置中分别以多晶Cu和Pt作电极材料，用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，反应前后浓度基本不变.温度控制在左右，阴极生成的电极反应式为_______。 (5)装置工作时，阴极主要生成C2H4，还可能生成副产物降低电解效率.标准状况下，当阳极生成O2的体积为2.24 L时，测得阴极区生成C2H4 0.448 L，则电解效率为_______(忽略电解前后溶液体积的变化)。已知：电解效率 综合进阶 1．（2026·重庆·三模）重庆大学王丹团队利用电解原理构建了一种新型生物酶()-离子液体-电化学耦合系统，以为底物高效合成乳酸。下列说法不正确的是     已知：吡嗪()结构中所有原子共面。 A．极 B．标准状况下，电极产生约时，可得到乳酸 C．电解前后／数量不变 D．型离子液体结构中原子有两种杂化方式 2．（2026·河北保定·三模）武汉大学某科研团队提出了电化学浸出与溶剂萃取耦合的方法，从废锂离子电池中分离和回收锂和钴，示意图如图所示。有机相为P507(表示为，常以二聚体的形式存在)，可选择性萃取。已知：。下列说法正确的是 A．电极为阴极 B．参与的电极反应为 C．萃取过程中不断提供质子，溶液的保持不变 D．电子转移方向：电极电极溶液电极 3．（2026·辽宁沈阳·三模）我国科研团队研发了一种基于微生物燃料电池的肿瘤治疗系统，其简化电化学原理如图所示，电极N为经表面修饰后的厌氧微生物脱硫弧菌(Dsv)，消耗肿瘤微环境中抑制免疫的乳酸(2-羟基丙酸)作为“燃料”，并产生电子。下列说法错误的是 A．电极电势：电极M>电极N B．电路中每转移1mol电子，正极室溶液质量增加44.5 g C．电池工作时，负极区溶液的pH变大 D．理论上电极N每产生CO2体积3.36 L(标况下)，电路中转移0.6 mol电子 4．（2026·河南安阳·三模）中国科学院理化技术研究所提出以木质素衍生的酚类化合物为原料，利用电化学策略实现己二酸的绿色电合成，其电解原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极a的电势高于电极b B．工作过程中由左侧向右侧移动 C．为了增强电解质溶液的导电性，M极区可添加适量NaCl D．随着电解的进行，N极区溶液的几乎不变 5．（2026·甘肃金昌·二模）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。下图是在铅电极上电化学活化过硫酸铵电解合成乙酰基吡嗪的示意图(CEM为阳离子交换膜)。下列叙述错误的是 A．a电极与电源的负极相连 B．b电极附近溶液的减小 C．反应过程中从右侧通过阳离子交换膜移向左侧 D．若b电极上生成标准状况下，则a电极上生成的物质的量最多为 6．（2026·北京石景山·一模）通过电化学方法制备，进而与反应合成。利用氧化性：，某小组设计下图所示电解装置提高合成的电流利用效率。 下列说法正确的是 A．电极A与电源负极相连 B．电极B的电极反应为： C．原料足量的情况下，理论上电路中转移可获得 D．电解液中的可以用代替 7．（2026·天津·模拟预测）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略。因此研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。 I．在催化剂作用下，CO2可被H2还原为CH3OH等化学品，主要反应如下： 反应1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-50 kJ·mol-1 反应2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1 (1)反应3：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH3=___________； (2)恒温恒容条件下，若起始按n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料，只发生反应1，能作为反应达到平衡的标志是___________(填字母)。 A．CO2浓度不再发生变化 B．CO2百分含量不再发生变化 C．气体平均相对分子质量不再发生变化 D．3v正(H2) = v逆(H2O) (3)一定条件下，向1 L恒容密闭容器中充入0.23 mol CO2和0.19 mol H2，只发生反应1，平衡时测得生成甲醇0.03 mol，保持温度不变再通入0.1 mol CO2和0.1 mol水蒸气，此时v(正)___________v(逆)(填“>”，“<”，“=”)。 (4)在300℃恒压密闭容器中，加入2 mol CO2和6 mol H2，发生上述反应2和反应3，反应达平衡时，CO2的转化率为75%，容器体积减小25%，CH3OH的物质的量为___________mol，反应2的平衡常数K=___________。 Ⅱ．捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。 (5)下列物质中能作为捕碳剂的是___________。 A．K2CO3 B．NaOH C．Na2SO4 D．NH4Cl (6)已知：25℃，NH3·H2O的Kb=1.7×10-5，H2CO3的Ka1=4.3×10-7、Ka2=5.6×10-11.工业生产尾气中的CO2捕获技术之一是利用氨水吸收，工艺流程是将烟气冷却至25℃后用氨水吸收过量的CO2，所得溶液显__________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。 Ⅲ．电化学还原法：利用太阳能光伏电池进行电化学还原CO2制甲醇的装置如图所示。 (7)工作电极的制作：将铜箔放入煮沸的饱和CuSO4溶液中进行反应，可制得Cu2O薄膜电极。生成Cu2O的离子方程式：___________。 (8)工作电极上Cu2O作催化剂，工作时电极上CO2转化为甲醇的电极反应式为___________。 8．（2026·广东深圳·模拟预测）在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。 采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下图： (1)基态镍原子的价层电子排布式为_____。 (2)混合气体进入反应器后发生如下反应： 反应i：　 反应ii：　 已知　。则反应ii的反应热____，该反应____（填标号）。 A．低温自发        B．高温自发 C．高温低温均不自发        D．高温低温均自发 (3)一定温度下，CO、和（物质的量之比为）按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器（入口压强为）发生反应和。有存在时，反应和的反应进程如图1所示。随着的增加，的转化率和产物的选择性如图2所示。（选择性） ①根据图1（实线表示生成的路径），以为催化剂，生成的反应历程中决速步的反应式为_____。 ②关于反应ii，以下说法不正确的是_____。 A．据图2可知，越大，的选择性越大 B．升高温度，逆反应速率增大，正反应速率减小 C．保持不变，增大乙烯与氢气的投料比，有利于提高氢气的平衡转化率 D．增大压强平衡正向移动，K增大 ③结合图2，当时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡。当时，起始投入和，达到平衡时，的选择性为_____，物质的量为_____mol，反应ii的_____（写出计算过程，结果用计算式表示。以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。 1 / 47 学科网（北京）股份有限公司 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