高考化學一輪復習同步課件 大單元四　第九章　第33講　多池、多室電化學裝置

多池、多室電化學裝置第九章

第33講

1.了解離子交換膜的類型及作用。2.了解多池連接裝置的特點及分析方法。3.建立解答復雜電化學裝置的思維路徑。復習目標課時精練考點一離子交換膜在電化學中的應用考點二多池連接電化學裝置考點三電化學計算內容索引離子交換膜在電化學中的應用考點一1.離子交換膜的分類離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液中的離子具有選擇透過功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。離子交換膜分為：(1)陽離子交換膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H+通過，不允許其他陽離子或陰離子通過。(4)雙極隔膜，是一種新型離子交換膜，其膜主體可分為陰離子交換層、陽離子交換層和中間界面層，水解離催化劑被夾在中間的離子交換聚合物中，水電離產物H+和OH-可在電場力的作用下快速遷移到兩側溶液中，為膜兩側的半反應提供各自理想的pH條件。2.離子交換膜的作用(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應，提高產品的純度或避免不安全因素。(2)能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3.分析方法(1)根據膜的性質和離子在溶液中的遷移方向，畫出離子透過膜的方向；(2)尋找遷出室溶液中濃度較大的遷移離子；(3)分析離子在遷入室的濃度增大和在遷出室的濃度減小，以及帶來的實質變化。一、離子交換膜在原電池和新型電源中的應用1.某原電池裝置如圖所示，電池總反應為2Ag+Cl2===2AgCl。下列說法錯誤的是A.負極的電極反應式為Ag-e-+Cl-===AgClB.放電時，H+從左向右通過陽離子交換膜C.若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應不會改變D.當電路中轉移0.01mole-時，陽離子交換膜左側溶液中約減少0.01mol

離子√

負極是Ag，失去電子，化合價升高，電極反應式為Ag-e-+Cl-===AgCl，A正確；放電時，溶液中的陽離子移向正極，所以溶液中的H+從左向右通過陽離子交換膜，B正確；根據電池總反應可知，鈉離子和氫離子并未參與電極反應，所以用NaCl溶液代替鹽酸，電池總反應不會改變，C正確；當電路中轉移0.01

mol

e-時，根據負極電極反應式可推知左側溶液減少0.01

mol

Cl-，同時會有0.01

mol

H+從左向右通過陽離子交換膜，所以陽離子交換膜左側的溶液中約減少0.02

mol離子，D錯誤。2.(2025·廣東，14)一種高容量水系電池示意圖如圖。已知：放電時，電極Ⅱ上MnO2減少；電極材料每轉移1mol電子，對應的理論容量為26.8A·h。下列說法錯誤的是A.充電時Ⅱ為陽極B.放電時Ⅱ極室中溶液的pH降低C.放電時負極反應為MnS-2e-===S+Mn2+D.充電時16gS能提供的理論容量為26.8A·h√

根據題給已知信息可知，放電時，電極Ⅱ上MnO2減少，說明電極Ⅱ上MnO2得電子發生還原反應轉化為Mn2+進入溶液中，故電極Ⅱ作正極，由于MnSO4溶液呈酸性，故電極反應式為MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O，放電時電極Ⅰ為負極，電極反應式為MnS-2e-===S+Mn2+。結合上述分析可知，充電時電極Ⅱ為陽極，A正確；結合放電時電極Ⅱ上的反應可知，Ⅱ極室溶液中c(H+)減小，溶液pH升高，B錯誤；充電時，電極Ⅰ上發生的電極反應式為S+Mn2++2e-===MnS，16

g

S的物質的量為0.5

mol，完全反應可轉移1

mol

電子，結合題干信息可知，16

g

S能提供的理論容量為26.8

A·h，D正確。二、離子交換膜在電解池中的應用3.(2025·淮安一模)CO2資源化利用是控制能源危機、實現“碳達峰”“碳中和”的最有前途的技術之一。電解CO2制甲酸或甲酸鹽的原理如圖所示。(1)陽離子交換膜左室產生的氣體為

。

(2)以一定流速持續通入CO2，一部分CO2在電極表面轉化為HCOO-，電解一段時間后，陽離子交換膜右室中的KHCO3濃度增大，原因為_____________________________________________________________________________________________________________________。

O2和CO2反應的進行，電解池陰極室在消耗水的同時生成新的KHCO3，所以電解一段時間后陽離子交換膜右室中的KHCO3濃度增大隨著4.(2025·河南，12)一種液流電解池在工作時可以實現海水淡化，并以LiCl形式回收含鋰廢棄物中的鋰元素，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是A.Ⅱ為陽離子交換膜B.電極a附近溶液的pH減小C.電極b上發生的電極反應式為[Fe(CN)6]4-+e-===[Fe(CN)6]3-D.若海水用NaCl溶液模擬，則每脫除58.5gNaCl，理論上可回收1mol

LiCl√

電極a為陰極，發生反應：O2+4e-+2H2O===4OH-，電極b為陽極，發生反應：Li4[Fe(CN)6]-e-===Li3[Fe(CN)6]+Li+，C錯誤；為實現海水的淡化，海水中Na+應通過離子交換膜Ⅰ進入最左側，為以LiCl形式回收鋰元素，海水中Cl-應通過離子交換膜Ⅱ向右側遷移，Li+應通過離子交換膜Ⅲ向左側遷移，故離子交換膜Ⅱ為陰離子交換膜，A錯誤；由陰極反應知，電極a附近溶液的pH增大，B錯誤；每脫除58.5

g(1

mol)NaCl，轉移電子1

mol，所以可回收1

mol

LiCl，D正確。返回多池連接電化學裝置考點二1.外接電源與電解池的串聯模型(如圖)A、B為兩個串聯電解池，相同時間內，各電極得失電子數相等。2.原電池與電解池的串聯模型(如圖)甲、乙兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。1.(2025·甘肅，12)我國科研工作者設計了一種Mg-海水電池驅動海水(pH=8.2)電解系統(如圖)，以新型MoNi/NiMoO4為催化劑(生長在泡沫鎳電極上)，在電池和電解池中同時產生氫氣。下列關于該系統的說法錯誤的是A.將催化劑生長在泡沫鎳電極上可提高催化效率B.在外電路中，電子從電極1流向電極4C.電極3的反應為4OH--4e-===2H2O+O2↑D.理論上，每通過2mol電子，可產生1molH2√

由題圖可知，電極1上發生轉化Mg→Mg(OH)2，則電極1為原電池的負極，電極2為原電池的正極，電極3與原電池正極相連，為電解池陽極，電極4為電解池陰極，結合題目信息海水pH=8.2、電池和電解池中同時產生氫氣，可得各電極的電極反應式，電極1：Mg+2OH--2e-===Mg(OH)2；電極2：2H2O+2e-===H2↑+2OH-；電極3：4OH--4e-===O2↑+2H2O；電極4：2H2O+2e-===H2↑+2OH-。將催化劑生長在泡沫鎳電極上，可增大催化劑與反應物的接觸面積，提高催化效率，A正確；電極1為原電池負極，故外電路中電子從電極1流向電極4，B正確；由得失電子守恒可知，理論上，電路中每通過2

mol電子，電極2和電極4均產生1

mol

H2，共產生2

mol

H2，D錯誤。2.(2024·鎮江模擬)我國科學家研制一種新型化學電池成功實現廢氣的處理和能源的利用，用該新型電池電解CuSO4溶液，裝置如圖(H2R和R都是有機物)所示。下列說法正確的是A.b電極反應式為R+2H++2e-===H2RB.電池工作時，負極區要保持呈堿性C.工作一段時間后，正極區的pH變大D.若消耗標準狀況下112mLO2，則電解后的CuSO4溶液(忽略溶液體積變

化)的pH約為2√

a電極反應式為Fe2+-e-===Fe3+，a電極為負極，左側還發生反應：2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+，b電極為正極，電極反應式為R+2H++2e-===H2R，右側還發生反應：O2+H2R===R+H2O2，實現廢氣處理和能源利用。負極區生成Fe3+，為防止Fe3+水解生成Fe(OH)3，所以電池工作時，負極區要保持呈酸性，B項錯誤；氫離子通過質子交換膜進入正極區，所以正極區的pH基本不變，C項錯誤；

返回電化學計算考點三1.電化學計算的三種方法(1)根據總反應計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列出比例式計算。(2)根據電子守恒計算①用于串聯電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等。②用于混合溶液電解的分階段計算。

一、電極產物量的計算1.(2021·天津，11)如圖所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是A.a是電源的負極B.通電一段時間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色C.隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大D.當0.01molFe2O3完全溶解時，至少產生氣體336mL(折合成標準狀況下)√

通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ為陽極，則b為電源的正極，a為電源的負極，石墨電極Ⅰ為陰極，故A正確；石墨電極Ⅱ為陽極，通電一段時間后，產生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色，故B正確；隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯誤；當0.01

mol

Fe2O3完全溶解時，消耗0.06

mol氫離子，根據陽極電極反應式2H2O-4e-===O2↑+4H+，產生0.015

mol氧氣，體積為336

mL(折合成標準狀況下)，故D正確。2.NO-空氣質子交換膜燃料電池實現了制硝酸、發電、環保一體化，某興趣小組用該電池模擬工業處理廢氣和廢水的過程，裝置如圖。下列說法錯誤的是

√

二、電極或溶液質量變化量計算3.用兩塊相同的純銅片作為電極，電解硫酸銅溶液，電解時，若電流強度為0.5A，電解時間為10min，每個電子的電量為1.60×10-19C，NA=6.02×1023mol-1。(1)電路中通過的電量Q=

C。

300

根據Q=It可知，電路中通過的電量Q=0.5

A×10×60

s=300

C。(2)兩塊銅片質量相差了

g。

0.2

4.某甲醇燃料電池的工作原理如圖所示，質子交換膜(只有質子能夠通過)左右兩側的溶液均為1L2mol·L-1H2SO4溶液。當電池中有1mol電子發生轉移時，左右兩側溶液的質量之差為

g。(假設反應物耗盡，忽略氣體的溶解)

12

根據電極反應式，結合得失電子守恒和差量法進行計算。通入甲醇的一極為負極，電極反應式為CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+

Δm

6

mol

44

g-32

g=12

g

1

mol

2

g通入氧氣的一極為正極，電極反應式為O2+4e-+4H+===2H2O

Δm

4

mol

32

g

1

mol

8

g當有1

mol電子發生轉移時，左側還有1

mol

H+通過質子交換膜進入右側，故Δm左(減少)=3

g，Δm右(增加)=9

g，左右兩側溶液的質量之差為Δm右(增加)+Δm左(減少)=9

g+3

g=12

g。練后反思返回計算原電池或電解池中“膜”兩側溶液質量變化時，要注意氣體的排出或吸收、沉淀的析出或溶解，尤其不能忽略離子的轉移對溶液質量的影響。精練高頻考點提升關鍵能力課時精練對一對題號1234567答案BCDCCDB答案123456789答案1234567898.(1)CO2+2e-+2H+===HCOOH

(2)2∶19.

1.(2025·無錫期末)第二代鈉離子電池是以嵌鈉硬碳(NaxCy)和錳基高錳普魯士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}為電極的新型二次電池，充電時Na+嵌入硬碳，放電時發生脫嵌，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是A.充電時，a接電源的負極B.充電時，B極反應為Cy+xNa++xe-===NaxCyC.放電時，Na+穿過離子交換膜向B極移動D.放電時，每轉移1mol電子，A極質量減少

23g123456789答案√

B項，充電時，B極為陰極，鈉離子得到電子發生還原反應嵌入硬碳：Cy+xNa++xe-===NaxCy，正確；C項，放電時，陽離子向正極移動，故Na+穿過離子交換膜向A極移動，錯誤；D項，放電時，A極是正極，在鈉離子作用下，Mn[Mn(CN)6]在正極得到電子發生還原反應生成Na2Mn[Mn(CN)6]，電極反應式為Mn[Mn(CN)6]

+2Na++2e-===Na2Mn[Mn(CN)6]，結合電子守恒，放電時，每轉移1

mol電子，A極增加1

mol鈉離子，質量增加23

g，錯誤。123456789答案2.如圖所示，甲池的總反應式為N2H4+O2===N2+2H2O，下列關于該裝置工作時的說法正確的是A.該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成B.甲池中負極反應式為N2H4-4e-===N2+4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均減小D.當甲池中消耗3.2gN2H4時，乙池中理論上最多產生6.4g固體√123456789答案123456789答案

該裝置圖中，甲池為燃料電池，其中左邊電極為負極，右邊電極為正極，乙池為電解池，石墨電極為陽極，Ag電極為陰極，陰極上Cu2+得電子生成銅，無氣體生成，A錯誤；甲池溶液呈堿性，電極反應式不出現H+，B錯誤；根據甲池的總反應式可知有水生成，電解液被稀釋，故堿性減弱，pH減小，乙池的總反應式為2CuSO4+2H2O

2Cu+O2↑+2H2SO4，電解液酸性增強，pH減小，C正確；3.2

g

N2H4的物質的量為0.1

mol，轉移電子的物質的量為0.4

mol，產生0.2

mol

Cu，質量為12.8

g，D錯誤。3.有學者研制出可持久放電的Cu-PbO2雙極膜二次電池，其工作原理示意圖如圖。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-，并分別向兩極遷移。已知：Cu電極的電極反應式為Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。下列說法正確的是A.膜p適合選用陰離子交換膜B.放電時，理論上硫酸和NaOH溶液的濃度

均不變C.放電時，兩極上均有氣體生成D.導線中通過1mole-，理論上兩極質量變化之差為15g√123456789答案

123456789答案4.工業上利用電解食鹽溶液制取鹽酸和氫氧化鈉的裝置如圖所示。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-。下列有關說法錯誤的是A.N表示陰離子交換膜B.甲室流出的為氫氧化鈉溶液C.電解總反應：NaCl+H2O

NaOH+HClD.相比現有氯堿工業制取氫氧化鈉，該方法更環?！?23456789答案123456789答案

由圖可知，左邊石墨電極為陰極，右邊石墨電極為陽極，Na+由乙室向甲室遷移，OH-由雙極膜向甲室遷移，甲室流出的為氫氧化鈉溶液，M為陽離子交換膜，氯離子由乙室向丙室遷移，氫離子由雙極膜向丙室遷移，丙室流出的是鹽酸，N為陰離子交換膜，A、B項正確；電解總反應為2H2O

2H2↑+O2↑，C項錯誤；相比現有氯堿工業制取氫氧化鈉，該方法無氯氣產生，更環保，D項正確。5.(2025·徐州高三下學期2月調研)利用成對電合成即在陰、陽兩極同時得到有用的產物可提高電流效率并降低成本，如圖是利用成對電合成

和HOOCC≡CCOOH的原理示意圖。下列說法正確的是A.a為直流電源的正極B.H+通過質子交換膜向右側移動，右側溶液pH下降C.理論上

與HOCH2C≡CCH2OH消耗的物質的量之比為4∶1D.若使用鉛酸蓄電池作電源，則每生產1mol

，消耗98gH2SO4√123456789答案123456789答案

由示意圖可知，Pb電極發生加氫的還原反應，為陰極，PbO2/Ti電極發生氧化反應，為陽極，a為直流電源的負極，b為直流電源的正極，據此作答。B項，H+應向陰極移動，即向左側移動，錯誤；C項，陰極的電極反應為

+2H++2e-===

，陽極的電極反應式為HOCH2C≡CCH2OH+2H2O-8e-===HOOCC≡CCOOH+8H+，根據得失電子守恒可知，

與HOCH2C≡CCH2OH消耗的物質的量之比為4∶1，正確；123456789答案

D項，每生產1

mol

轉移2

mol電子，由Pb+PbO2+

2H2SO4===2PbSO4+2H2O可知，消耗2

mol

H2SO4，質量為196

g，錯誤。

√123456789答案

123456789答案

√123456789答案

123456789答案

123456789答案

123456789答案(1)當電解電壓為0.7V，陰極發生的電極反應式為___________________________。

123456789答案HCOOHCO2+2e-+2H+===

當電解電壓為0.7

V，由圖2可知，主要產生的是HCOOH，二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成HCOOH，電極反應式為CO2+2e-+2H+===HCOOH。(2)電解電壓為0.95V時，電解生成的HCHO和HCOOH的物質的量之比為

。

123456789答案2∶1123456789答案

9.某研究性學習小組用如圖所示的裝置進行實驗，探究原電池、電解池和電解制備鈷的工作原理。一段時間后裝置甲的兩極均有氣體產生，且X極處溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗，觀察到鐵電極明顯變細，電解液仍然澄清。請根據實驗現象及所查資料，回答下列問題：123456789答案

123456789答案(1)上述裝置中，發生還原反應的電極有

(填字母)。

A.X(Fe) B.Y(C)C.Co D.ZnBC

從圖中可知，丙裝置構成原電池結構，Zn電極為負極，失電子生成Zn2+，Cu電極為正極，Cu2+得電子生成Cu，則甲中X電極為陽極，Fe失