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第七章 第34讲 多池(或多室)电化学装置及分析-2025年高考化学一轮总复习课件
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这是一份第七章 第34讲 多池(或多室)电化学装置及分析-2025年高考化学一轮总复习课件，共58页。PPT课件主要包含了栏目索引，考点一，原电池，电解质，考点二，离子交换膜的种类，平衡电荷，闭合回路，离子交换膜的应用，课时作业34等内容，欢迎下载使用。
1．原电池与电解池的串联模型及分析
(1)装置中无外加直流电源时，一般情况下，两极金属的活动性相差较大的电池(或燃料电池)为_______，其余为_______。(2)图甲中，A为原电池，Zn是_______，Cu1是_______；B是电解池，Fe是_______，Cu2是_______。(3)图乙中通入O2的电极反应为_________________________，b电极反应为_________________________。
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2．电解池的串联模型及分析
(1)A、B为两个串联电解池，相同时间内，通过各个电极的电子数相等。(2)电极名称：Zn、Cu2电极是_______，Fe、Cu1电极是_______。(3)电极反应：Zn电极反应为_________________，Fe电极反应为________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
3．电化学计算的三种方法(1)根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据得失电子守恒计算：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定律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。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
考向一 原电池和电解池的串联及分析 [例1] (2024·河北邢台名校联考)利用氢氧燃料电池，以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4，其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂Y2O3的ZrO2晶体，在高温下能传导O2－。下列说法正确的是( )
A．电极b的电极反应为H2－2e－===2H＋B．电极d的材料是铁电极，电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2C．理论上，固体电解质中每迁移0.3 ml O2－，可以制得16.6 g Na2FeO4D．为提高Na2FeO4的产率，应使用阳离子交换膜
解答电池串联问题的思维流程
[练1] (2024·天津市部分区调研)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和食盐水，如图所示。下列说法正确的是( )
考向二 电解池的串联及分析[例2] (2024·湖南师大附中月考)钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池，用它作电源按下图装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列叙述正确的是( )
A．已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋6C，则m处Li1－xCO2作负极，失去电子B．当外电路中转移0.2 ml电子时，理论上装置 Ⅰ 中加入100 mL 2 ml/L盐酸可复原C.d电极为阴极，电解过程中发生反应Cu＋Cl－－e－===CuClD．随着电解的进行，U形管 Ⅱ 中发生转化：CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－
根据电池总反应Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋6C，LixC6作负极失电子发生氧化反应，则Li1－xCO2作正极，得到电子，A错误；盐酸中的水会稀释 Ⅰ 中的溶液，故不可复原，B错误；a电极一直有气泡，且a的材料为铜，故a极为阴极，d为阳极，d极反应为Cu＋Cl－－e－===CuCl，C错误；d电极先产生白色沉淀(CuCl)，白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)，发生的反应是CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－，D正确。
[练2] 如图甲、乙为相互串联的两个电解池。下列说法正确的是( )
A.甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜B．Fe极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后石墨极附近变浅红色D．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L
甲池中A为阴极、B为阳极，甲池若为精炼铜的装置，粗铜为电解池的阳极，则B极材料是粗铜，A错误；乙池中铁为阴极，石墨为阳极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；乙池中铁为阴极，石墨为阳极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后铁极附近变浅红色，C错误；缺标准状况下，无法计算甲池阴极增重12.8 g时，乙池阳极放出氯气的体积，D错误。
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)能选择性通过离子，起到_________、形成_________的作用。
考向 带离子交换膜的电解池及分析 [例] (2024·河北省定州一中模拟)双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的，其内层为水层，装置工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是( )
[练] (2023·辽宁大连模拟)为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电时，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是( )
1．电解硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥，电解装置如图所示。下列说法错误的是( )
2．(2024·辽宁抚顺模拟)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应B．电极c上的电极反应为N2O4—2e－＋H2O===N2O5＋2H＋C．乙装置电极d附近溶液的pH增大D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
3．在如图串联装置中，通电片刻后发现乙装置左侧Pt电极表面出现红色固体。下列说法不正确的是( )
A．丙中Ag电极连接的是电源的正极B．向乙中加入适量的Cu(OH)2固体，一定能使溶液恢复到电解前的状态C．电解过程中丙中c(Ag＋)无变化D．标准状况下当甲中产生4.48 L气体时，丙中Cu电极质量可能增加21.6 g
丙中Ag电极为阳极，连接的是电源的正极，A正确；乙池阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极电极反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电解后加入CuO，能使溶液恢复到电解前的状态，加入Cu(OH)2固体则不一定，B错误；丙池为电镀池，电解过程中丙中溶液AgNO3的浓度保持不变，故溶液中c(Ag＋)无变化，C正确；标准状况下当甲中产生4.48 L气体时即产生的H2和Cl2的物质的量之和为 4.48 L/(22.4 L/ml)＝0.2 ml，则有n(H2)＝0.1 ml，转移的电子的物质的量为0.2 ml，根据电极反应，丙中Cu电极质量增加0.2 ml×108 g/ml＝21.6 g，D正确。
4．高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂，以光伏电池为电源先制备高铁酸钠，再将其转化为高铁酸钾，装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．石墨为阴极，铁电极发生氧化反应B．a可能是H2，b为Na2FeO4溶液C．铁电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2OD．若电路中转移1 ml电子，则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
依题意，本装置模拟制备高铁酸钠的工作原理，铁电极发生氧化反应生成高铁酸钠；石墨电极为阴极，发生还原反应，A正确；石墨电极的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，a可能为H2、NaOH溶液，b为高铁酸钠溶液，B正确；铁电极发生氧化反应，浓氢氧化钠溶液中的OH－向右侧迁移，C正确；每转移1 ml电子，浓氢氧化钠溶液中有1 ml Na＋向左迁移，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，石墨电极区的溶液质量净增22 g，D错误。
5．(2024·河北邯郸名校联考)电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场的作用下，双极膜内中间界面层的水会解离为H＋和OH－，分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是( )
A. a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜B．电流流向：电源正极→电极X→电极Y→电源负极C．若去掉电极X与a膜之间的双极膜，电极X区产物不变D．若外电路中通过1 ml电子，双极膜内有4 ml H2O解离
该装置为电解池，根据浓缩海水中Na＋、Cl－移动方向可知，a膜为阴离子交换膜，c膜为阳离子交换膜，A错误；电极X为阳极、电极Y为阴极，阳极与电源正极相接、阴极与电源负极相接，则工作时电流流向：电源正极→电极X→电解质溶液→电极Y→电源负极，B正确；电极X为电解池的阳极，若去掉电极X与a膜之间的双极膜，放电能力： Cl－> OH－，Cl－放电生成Cl2，电极产物发生改变，C错误；水的电离方程式为H2O⥫⥬H＋＋OH－，外电路中通过1 ml电子，双极膜内定向移动的H＋、OH－各1 ml，即有1 ml H2O解离，D错误。
6．(2022·山东卷，改编)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CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2＋，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，乙室应补充蒸馏水C．乙室电极反应为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
7．(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB．每生成1 ml NH3·H2O，双极膜处有9 ml H2O解离C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
1．原电池与电解池的串联模型及分析
(1)装置中无外加直流电源时，一般情况下，两极金属的活动性相差较大的电池(或燃料电池)为_______，其余为_______。(2)图甲中，A为原电池，Zn是_______，Cu1是_______；B是电解池，Fe是_______，Cu2是_______。(3)图乙中通入O2的电极反应为_________________________，b电极反应为_________________________。
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2．电解池的串联模型及分析
(1)A、B为两个串联电解池，相同时间内，通过各个电极的电子数相等。(2)电极名称：Zn、Cu2电极是_______，Fe、Cu1电极是_______。(3)电极反应：Zn电极反应为_________________，Fe电极反应为________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
3．电化学计算的三种方法(1)根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据得失电子守恒计算：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定律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。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
考向一 原电池和电解池的串联及分析 [例1] (2024·河北邢台名校联考)利用氢氧燃料电池，以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4，其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂Y2O3的ZrO2晶体，在高温下能传导O2－。下列说法正确的是( )
A．电极b的电极反应为H2－2e－===2H＋B．电极d的材料是铁电极，电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2C．理论上，固体电解质中每迁移0.3 ml O2－，可以制得16.6 g Na2FeO4D．为提高Na2FeO4的产率，应使用阳离子交换膜
解答电池串联问题的思维流程
[练1] (2024·天津市部分区调研)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和食盐水，如图所示。下列说法正确的是( )
考向二 电解池的串联及分析[例2] (2024·湖南师大附中月考)钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池，用它作电源按下图装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列叙述正确的是( )
A．已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋6C，则m处Li1－xCO2作负极，失去电子B．当外电路中转移0.2 ml电子时，理论上装置 Ⅰ 中加入100 mL 2 ml/L盐酸可复原C.d电极为阴极，电解过程中发生反应Cu＋Cl－－e－===CuClD．随着电解的进行，U形管 Ⅱ 中发生转化：CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－
根据电池总反应Li1－xCO2＋LixC6===LiCO2＋6C，LixC6作负极失电子发生氧化反应，则Li1－xCO2作正极，得到电子，A错误；盐酸中的水会稀释 Ⅰ 中的溶液，故不可复原，B错误；a电极一直有气泡，且a的材料为铜，故a极为阴极，d为阳极，d极反应为Cu＋Cl－－e－===CuCl，C错误；d电极先产生白色沉淀(CuCl)，白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)，发生的反应是CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－，D正确。
[练2] 如图甲、乙为相互串联的两个电解池。下列说法正确的是( )
A.甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜B．Fe极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后石墨极附近变浅红色D．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L
甲池中A为阴极、B为阳极，甲池若为精炼铜的装置，粗铜为电解池的阳极，则B极材料是粗铜，A错误；乙池中铁为阴极，石墨为阳极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；乙池中铁为阴极，石墨为阳极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后铁极附近变浅红色，C错误；缺标准状况下，无法计算甲池阴极增重12.8 g时，乙池阳极放出氯气的体积，D错误。
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)能选择性通过离子，起到_________、形成_________的作用。
考向 带离子交换膜的电解池及分析 [例] (2024·河北省定州一中模拟)双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的，其内层为水层，装置工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是( )
[练] (2023·辽宁大连模拟)为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电时，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是( )
1．电解硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥，电解装置如图所示。下列说法错误的是( )
2．(2024·辽宁抚顺模拟)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应B．电极c上的电极反应为N2O4—2e－＋H2O===N2O5＋2H＋C．乙装置电极d附近溶液的pH增大D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
3．在如图串联装置中，通电片刻后发现乙装置左侧Pt电极表面出现红色固体。下列说法不正确的是( )
A．丙中Ag电极连接的是电源的正极B．向乙中加入适量的Cu(OH)2固体，一定能使溶液恢复到电解前的状态C．电解过程中丙中c(Ag＋)无变化D．标准状况下当甲中产生4.48 L气体时，丙中Cu电极质量可能增加21.6 g
丙中Ag电极为阳极，连接的是电源的正极，A正确；乙池阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极电极反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电解后加入CuO，能使溶液恢复到电解前的状态，加入Cu(OH)2固体则不一定，B错误；丙池为电镀池，电解过程中丙中溶液AgNO3的浓度保持不变，故溶液中c(Ag＋)无变化，C正确；标准状况下当甲中产生4.48 L气体时即产生的H2和Cl2的物质的量之和为 4.48 L/(22.4 L/ml)＝0.2 ml，则有n(H2)＝0.1 ml，转移的电子的物质的量为0.2 ml，根据电极反应，丙中Cu电极质量增加0.2 ml×108 g/ml＝21.6 g，D正确。
4．高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂，以光伏电池为电源先制备高铁酸钠，再将其转化为高铁酸钾，装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．石墨为阴极，铁电极发生氧化反应B．a可能是H2，b为Na2FeO4溶液C．铁电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2OD．若电路中转移1 ml电子，则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
依题意，本装置模拟制备高铁酸钠的工作原理，铁电极发生氧化反应生成高铁酸钠；石墨电极为阴极，发生还原反应，A正确；石墨电极的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，a可能为H2、NaOH溶液，b为高铁酸钠溶液，B正确；铁电极发生氧化反应，浓氢氧化钠溶液中的OH－向右侧迁移，C正确；每转移1 ml电子，浓氢氧化钠溶液中有1 ml Na＋向左迁移，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，石墨电极区的溶液质量净增22 g，D错误。
5．(2024·河北邯郸名校联考)电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场的作用下，双极膜内中间界面层的水会解离为H＋和OH－，分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是( )
A. a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜B．电流流向：电源正极→电极X→电极Y→电源负极C．若去掉电极X与a膜之间的双极膜，电极X区产物不变D．若外电路中通过1 ml电子，双极膜内有4 ml H2O解离
该装置为电解池，根据浓缩海水中Na＋、Cl－移动方向可知，a膜为阴离子交换膜，c膜为阳离子交换膜，A错误；电极X为阳极、电极Y为阴极，阳极与电源正极相接、阴极与电源负极相接，则工作时电流流向：电源正极→电极X→电解质溶液→电极Y→电源负极，B正确；电极X为电解池的阳极，若去掉电极X与a膜之间的双极膜，放电能力： Cl－> OH－，Cl－放电生成Cl2，电极产物发生改变，C错误；水的电离方程式为H2O⥫⥬H＋＋OH－，外电路中通过1 ml电子，双极膜内定向移动的H＋、OH－各1 ml，即有1 ml H2O解离，D错误。
6．(2022·山东卷，改编)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CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2＋，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，乙室应补充蒸馏水C．乙室电极反应为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
7．(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB．每生成1 ml NH3·H2O，双极膜处有9 ml H2O解离C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
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