2027届高三化学（鲁科版）一轮复习课件第34讲 多池（或多室）电化学装置及分析

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考点一　多池串联装置及分析
考点二　离子交换膜电解池
1.电解池的串联装置
(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)Zn电极的电极反应为____________________,Fe电极的电极反应为_______________________。 
Zn-2e-══Zn2+　
2H++2e-══H2↑
2.原电池与电解池的串联装置
(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装置(或两极通入燃料和氧化剂的装置)为_________,其余为_________。(2)图甲和图乙中,A均为原电池,B均为电解池。图乙中通入O2的电极反应为____________________,b电极的电极反应为____________________。
O2+4H++4e-══2H2O
2H2O+2e-══H2↑+2OH-
(2022·山东卷)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,乙室应补充盐酸C.乙室电极反应式为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
2.如图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>d。符合上述实验结果的溶液是(　　)
解析:当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不增加,A错误;当X为FeSO4、Y为Al2(SO4)3时,b、d极上均产生气体,C错误;当X为CuSO4、Y为AgNO3时,b极上析出Cu,d极上析出Ag,其中d极增加的质量大于b极增加的质量,D错误。
命题角度2　原电池和电解池的串联及分析3.(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MNi/NiMO4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4C.电极3的反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑D.理论上,每通过2 ml电子,可产生1 ml H2
解析:由题干中的“Mg-海水电池”,可判断电极1为负极(Mg失电子),则电极2为正极,电极3为阳极,电极4为阴极。使用催化剂可加快反应速率,将催化剂生长在泡沫镍电极上可增大接触面积,提高催化效率,A项正确;在外电路中,电子从负极流出,可判断电子从电极1流向电极4,B项正确;电极3为阳极,发生的电极反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确;电极2为正极,由题干信息可知在电池和电解池中同时产生氢气,则正极发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,电极4为阴极,可发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,故理论上每通过2 ml电子,可产生2 ml H2,D项错误。
4.(双选)(2025·山东青岛模拟)电有机合成可以缩短传统有机合成路线,以丙烯腈(CH2═CHCN)为原料通过如下装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。下列说法正确的是(　　)
A.①室有无色气体产生B.c电极上发生氧化反应C.d电极发生的反应为2CH2═CHCN+2H++2e-══NC(CH2)4CND.每当b电极消耗22.4 L气体,会有4 ml H+由③室向④室迁移
1.离子交换膜的种类
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)能选择性地通过离子,起到__________、形成__________的作用。 3.离子交换膜的应用
命题角度1　单膜电解池及分析1.(2026·河北名校联考)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]广泛应用于化工、材料、电镀等领域,常用作强氧化剂和自由基引发剂,可用电化学方法制备,装置如图所示,两侧电解质溶液为等量(NH4)2SO4和H2SO4的混合溶液。下列说法正确的是(　　)
2.(2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。
下列说法错误的是(　　)A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍B.阴极反应:2H2O+2e-══2OH-+H2↑C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-══2HCOO-+2H2O+H2↑
解析:由题中反应机理可知,HCHO在阳极发生反应,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-══2HCOO-+H2↑+2H2O,D正确;阴极水放电得H2,电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,B正确;传统电解水时每转移2 ml电子可生成1 ml H2,而此原理中两电极均生成H2,每转移2 ml电子共可得到2 ml H2,所以相同电量下H2的理论产量是传统电解水的2倍,A错误;根据电解原理可知,阴离子向阳极移动,则OH-通过阴离子交换膜向阳极(b极)移动,C正确。
命题角度2　多膜电解池及分析3.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)A.Ⅱ为阳离子交换膜B.电极a附近溶液的pH减小C.电极b上发生的电极反应为[Fe(CN)6]4-+e-══[Fe(CN)6]3-D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,理论上可回收1 ml LiCl
解析:由图可知电极a为阴极,电极b为阳极,题干中描述电解池工作的目的有:①淡化海水,②回收含锂废弃物中的锂元素;则电极a的电极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-,Na+透过离子交换膜Ⅰ向左移动,Ⅰ为阳离子交换膜,Cl-向右移动,所以离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,A项错误;由于电极a附近生成OH-,则电极a附近溶液的pH增大,B项错误;电极b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-══[Fe(CN)6]3-,C项错误;脱除58.5 g NaCl,就有1 ml Cl-跟Li+结合生成1 ml LiCl,D项正确。
4.(2021·广东卷)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)
命题角度3　双极膜电解池及分析5.(2025·云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示,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↑+2H2OB.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室每生成1 ml NaOH,同时Ⅱ室最多生成1 ml B(OH)3
解析:电解池中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,故从图中可以看出, Pt电极为阳极,石墨电极为阴极。Pt电极为阳极,OH-放电发生氧化反应,A项正确;外加电源促使阴、阳两极离子放电,从而促进水的电离,B项正确; Ⅲ中NaCl浓溶液变稀,说明Cl-、Na+向两边移动,阴离子Cl-向Pt电极移动,X膜为阴离子交换膜,阳离子Na+向石墨电极移动,Y膜为阳离子交换膜,C项错误;每生成1 ml NaOH,Ⅱ中进入1 ml H+,则生成1 ml B(OH)3,D项正确。
6.(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图),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(　　)
题组1　前沿模拟演练1.(双选)(2026·山东实验中学诊断)使用惰性电极及阳离子交换膜和阴离子交换膜电解磷酸钠溶液同时制备氢气、氧气、氢氧化钠溶液和磷酸溶液四种产品。E、F是气体出口,下列说法错误的是(　　)
A.a、b电极材料分别为石墨棒和铁棒B.C、D两口开始时分别输入稀磷酸溶液和稀氢氧化钠溶液C.A、B口输出的溶液,反应生成溶质的物质的量比为3∶1D.若G口输入硫酸钠溶液,则A口输出的是硫酸溶液
题组2　高考真题集训3.(2025·安徽卷)研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示),使用前需先充电,其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法正确的是(　　)
A.放电时电解质溶液质量减小B.放电时电池总反应为H2+2Li══2LiHC.充电时Li+移向惰性电极D.充电时每转移1 ml电子,c(H+)降低1 ml·L-1
4.(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x ml·h-1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e-══H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h-1