多池串联、隔膜多室电化学装置（原卷版）-2025年高考化学一轮复习讲义（新教材新高考）

备战2025年高考化学【一轮•考点精讲精练】复习讲义

考点38多池串联、隔膜多室电化学装置

疆本讲•讲义概要

隔膜多室电化学装置的分析

知识精讲

二.多池串联电化学装置的分析

选择题：20题建议时长：60分钟

课后精练

实际时长：________分钟

非选择题：5题

曜夯基•知识精讲________________________________________________

一.隔膜多室电化学装置的分析

由于离子交换膜对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。

由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，实现资源的最优配置，考查学生学以致用的能力，

故近几年的电化学高考试题中年年涉及。

1.离子交换膜的含义和作用

(1)含义：离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。

(2)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，如：在电解饱和食盐水中，利

用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cb进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的

用混合发生爆炸；

②能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用；

③用于物质的分离、提纯等；

④用于物质的制备，电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质；

2.离子交换膜类型的判断方法

(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应。

(2)依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余。

(3)根据电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向。

(4)根据离子移动的方向，确定离子交换膜的类型。

3.离子交换膜的种类及作用

①只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过。

阳离子一透过阳离子交换膜—原电池正极(或电解池的阴极)

②以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开：

锌铜原电池

Zn

阳离子交换膜a

阳离子im°bL-1

1mobL-1

交换膜CuSO4(aq)

ZnSO4(aq)

负极：Zn—2e-=Zn2+

正极：Cu2++2e-^=Cu

Z/+通过阳离子交换膜进入正极区

①只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过。

阴离子一透过阴离子交换膜一》电解池阳极(或原电池的负极)

②以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开：

阴离子交换膜

/Pt

阴离子

一交换膜

阴极：2H2。+25=H2T+2OH-

阳极：2「一2e-=l2

阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应:3I2+6OH=IO3+51-+3H2O

①只允许H+和水分子通过，不允许其他阳离子和阴离子透过。

H+―►透过质子交换膜一►原电池正极（或电解池的阴极）

②在微生物作用下电解有机废水（含CH3COOH）,可获得清洁能源H2：

,AB,

厂|。电源。1|牛

一

惰

惰

性

质子交换膜性

电

电

极

极

」

侬

硫

有

水

稀

质子交换膜

阴极：2H++2e--H2T

+

阳极：CH3COOH-8e-+2H2O==2CO2t+8H

阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极

由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳

双极膜膜复合层间的H2。解离成H+和OH-并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动,

作为H+和0H-的离子源。

4.离子交换膜在物质制备、分离提纯中的应用

多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子

通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到物质制备、浓缩、净化、提纯的目的。

⑴两室电解池：

例如，工业上利用如图两室电解装置制备烧碱：

|H2

淡盐水半=二三jNaOH溶液

--U-————----'/-"/~\TY~T-TT=--U-

二二二二

精二制二饱编和T含少量NaOH)

NaCl溶液交换膜

阳极室中电极反应：2c「一2e-=CbT，

阴极室中的电极反应：2H2。+25=H2f+2OH-,

阴极区H+放电，破坏了水的电离平衡，使0H-浓度增大，阳极区C1-放电，使溶液中的c(C「)减小,

为保持电荷守恒，阳极室中的Na+通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH-结合，得到浓的NaOH溶液。

利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。

阳离子交换膜的作用：只允许Na+通过，而阻止阴离子(Cr)和气体(Cb)通过。这样既防止了两极产生

的H2和Cb混合爆炸，又避免了Cb和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。

(2)三室电解池

例如，利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。

阴极的NO被还原为NH上NO+5e-+6H+=NH：+H2O,NH1通过阳离子交换膜进入中间室;

阳极的NO被氧化为NC>3：NO-3e-+2H2O=NO3+4H+,NO3通过阴离子交换膜进入中间室。

电解

根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO+7H2O=====3NH4NO3+2HNO3,为使电解产物

全部转化为NH4NO3,补充适量NH3可以使电解产生的HNC>3转化为NH4NO3。

(3)多室电解池

例如，“四室电渗析法”制备H3Po2(次磷酸)，其工作原理如图所示：

I阳离子阴离子阳离子1

石墨・交换膜交换膜交换膜・石墨

HPO,NaH,PONaOH

稀硫酸稀3溶液浓溶液2稀溶液

阳极室产品室原料室阴极室

电解稀硫酸的阳极反应：2H2。一4e-=O2T+4H+,产生的H+通过阳离子交换膜进入产品室，原料室

中的H2PO5穿过阴离子交换膜进入产品室，与H+结合生成弱电解质H3P。2；

电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O+4e-=2H2f+4OH-,原料室中的Na+通过阳离子交换膜进入阴

极室，可得副产品NaOH。

(4)电渗析法

竞争放电:H+>A"+竞争放电：OHnB"-

+

2H2O+2e-=H2t+2OH-2H2O-4e==4H+O2t

将含A„B„,的废水再生为H„B和A(OH)m的

原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金

属，B"-为含氧酸根离子。

A(OH)m浓A,BM(aq)H„B

若无膜只能得到A.B,“浓溶液

5.“隔膜”电解池的解题步骤

(1)第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。

(2)第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

(3)第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避

免产物因发生反应而造成危险。

二.多池串联电化学装置的分析

1.常见多池串联装置图

(1)直接判断：非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。

A为原电池，B为电解池

（2）根据电池中的电极材料和电解质溶液判断:

原电池一般是两个不同的金属电极或一个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，如两个粕电极或两个碳棒电极。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。

NaCl溶液稀硫酸

AB

A为电解池,B为原电池

（3）根据电极反应现象判断:

在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。

如图：若C极溶解，D极上析出Cu,B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池,

D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。

-@-

JCBc71

NaCk酚猷溶液CuSO”溶液

甲乙

（4）外接电源与电解池的串联：所有都为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电

池为电镀池。

AgN（）3溶液NaCl溶液CuSC）4溶液

甲乙丙

A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电

甲为电镀池，乙、丙均为电解池。

极得失电子数相等。

2.综合装置中的有关计算：

原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点:

①串联电路中各支路电流相等；

②并联电路中总电流等于各支路电流之和。

在此基础上分析处理其他各种数据。

图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2mol电子转移，则Zn极溶解6.5g,Cu极上析出

H?2.24L（标准状况），Pt极上析出Cb01mol,C极上析出Cu6.4g。甲池中H+被还原，生成Z11SO4，溶液

pH变大；乙池中是电解CuCb由于CM+浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCb固体

可使溶液复原。

逐提能•课后精练_________________________________________________

1.羟基自由基（OH）有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚

（C6H6。）氧化为CO?和H2。的原电池⑤电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。

下列说法正确的是

abc

质

C6H50H子

M

Cr20riN00000交

幽微!

换石墨烯复合导

i!+

膜a

OH+H,电凝胶颗粒

NaCl溶液蜘I林

Cr(OH)3：C0

2Na2sO,高浓度含

溶液苯酚废水

A.该装置工作时，电流方向为电极b—ni室—n室—I室一电极a

B.装置工作时，c极区溶液碱性明显增强

C.电极d的电极反应式为H20+e-=H++QH

D.当电极b上有0.6molCC>2生成时，电极c、d两极共产生气体22.4L（标准状况）

2.工业上用双阴极微生物燃料电池处理含NH：和CH3c00一的废水.废水在电池中的运行模式如图1所示,

电池的工作原理如图2所示.已知ni室中除了在电极上发生反应，还在溶液中参与了一个氧化还原反应。

下列说法正确的是

©~~r-^>

NO,CILCOO

I室II室III室XY/。2

交

N,交

换

换

8—C^H2O

膜

膜

含NH：和CH3coeT的废水

室

I室in室

图1图2

A.电流从ii室电极经导线流向i室电极和in室电极

B.n室电极反应式为CH3coeT+8e-+2凡0=282T+7H+

C.X交换膜为阳离子交换膜，Y交换膜为阴离子交换膜

D.若双阴极上各转移lOmol电子，III室消耗0］大于2.5mol

3.H2O2同时作为燃料和氧化剂的直接过氧化氢燃料电池（DPPFC）的工作原理如图所示（电解过程中K2SO4

溶液中溶质的种类不变且其质量减轻）。下列有关说法错误的是

AA

石墨1

H.O.-KOH

离子交换膜1JSC>4溶液离子交换膜2

A.石墨1为负极，发生氧化反应

B.石墨2的电极反应式为H2（）2+2H++2e一=2凡0

C.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜

D.当外电路中转移0.3mole一时，K2s0,溶液的质量减轻52.2g

0

4.一种新型醍类（1|lJTJ）酸碱混合电池具有高能量密度和优异的循环稳定性。该电池工作示意

图如下，下列说法错误的是

离子交换膜

A.放电时，a极周围溶液pH增大

B.c为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜

C.充电时，中间室K2s。4溶液浓度增大（假设溶液体积保持不变）

5.2022年冬奥会期间，我国使用了铁-铭液流电池作为备用电源，其工作原理如图示。已知充电时C产被

还原，下列说法不正确的是

A.放电时，a极电极电势低于b极

B.充电时，a极的电极反应式为Fe?+-e-=Fe"

C.充电时，若有ImolC产被还原，则电池中有lmolH+由左向右移动

D.若用该电池做电源给镀件镀铜，镀件增重0.64g时，理论上有0.02molFe3+被还原

6.某研究所构建了Zn-CO2新型二次电池，为减少CO2的排放和实现能源的开发利用提供了新的研究方向,

该电池以Zn和多孔Pd纳米片为两极材料，以KOH和NaCl溶液为电解液，工作原理如图所示。下列说法

错误的是

—►放电

充电

双极膜

A.b极电势高于a极

B.当双极膜中离解1molH2O时，外电路转移2mol电子

-

C.放电时，总反应为：Zn+CO2+2OH-+2H2O=Zn（OH）J+HCOOH

D.充电时，双极膜中OH-移向b极，H+移向a极

7.一种新型Zn-NO?电池，可以有效地捕获NO?,将其转化为NO2,再将产生的NO/电解制NH；,装置如图

所示,下列说法正确的是

A.b为正极，发生氧化反应

B.电池工作中电子的流向：a-d,b-c

+

C.d电极的电极反应式：NO；-6e+8H=NH：+2H2O

D.捕获0.5molNC>2,c极产生2.8LO2(标准状况)

8.一种自生酸和碱的电化学回收体系如图所示。PO表示H2PO4等含磷微粒，HAP为

Ca10(PO4)6(OH)2(M=1004g/mol)。下列说法错误的是

I室n室脱盐室皿室吸收室

A.a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜

B.X为H2SO4,将其泵入吸收室用于吸收NH,

C.当电路中通过0.14mol电子，阴极增重10.04g

2+

D.in室可发生反应：6H2PO4+14OH-+10Ca=Ca10(PO4)6(OH)2；+12H2O

9.全钢液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如图。当完成储能时，右端储液罐溶液为紫色。

下列说法错误的是

离子种类VO；vo2+v3+v2+

颜色黄色蓝色绿色紫色

A.放电时，正极颜色由黄色一蓝色

B.放电时，H+由电极A-电极B

C.充电时，总反应为v3++vc)2++H2O=vo；+v2++2H+

D.充电时，阳极反应为VO2++H2。-e-=VO；+2H+

10.四甲基氢氧化镂［(CHs^NOH］常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化镂［(CKhNCl］为原料，采用电

渗析法合成四甲基氢氧化镂［(CH3)4NOH］,工作原理如图所示。下列说法不正确的是

____________太阳也1m

(CH3)4NCI

浓溶液「

型半导体■片*

JTI111_III}NJ,

(CH3)4NOH1*CdeJ

p型半导体,

-1-^NaOH电极

(CH3)4NOHJ-y-.-；......................:国

溶液产产

溶液光伏并网发电装置

X溶液

A.光伏并网发电装置中n电极的电势高于m电极

+

B.a电极反应式为2（CH,）4N+2H2O+2e「=2（CH3）4NOH+H2T

C.若c、e均为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，则X为NaCl

D.每生成18.2g（CH?%NOH,理论上两极共产生气体4.48L（标准状况下）

11.在工业中电化学处理有机废水是一种高效绿色的氧化技术，可用于海水的淡化，其原理示意图如下。

下列说法正确的是

A.X为阳离子交换膜

B.一段时间后，b极附近pH降低

C.a极反应式为CH3COO-8e+7OH=2CO2T+5H2O

D.当电路通过0.2mol电子时，正极区质量增加6.2g

HO—GN/

12.电解苯酚的乙月青（CH3CN）水溶液可在电极上直接合成扑热息痛（。/），电极材料均为石墨。

已知：装置工作时，电极a上有生成且能逸出；双极膜中间层中的H?O解离为H+和OH'并分别通过

其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是

甲乙丙

三在扑热息痛把

[H2O2和KOH三理。刑后60三三母酚+CH3CC

二混合液二三混合液--

双极膜

A.该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜

B.装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变

C.电极c的电极反应式为C>—OH+CH3CN+H2O-2e-->+2H+

D.每合成Imol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g

13.装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电时的总反应为2K2s2+KIs=K2s“+3KI。

,K

离子交换膜

All/

甲

图中的离子交换膜只允许K+通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。工作一段时间后，断开K,此时

E电极质量减少1.28g。

下列说法正确的是

A.电池工作过程中K+通过离子交换膜向左侧移动

B.装置乙中C电极产生的气体是。2，体积为112mL(标准状况下)

C.装置乙工作过程中溶液pH先减小后不变

D.装置丙中F电极的电极反应式为2H2。+26-=旦T+201r

14.硼酸(H3BO3)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表述正确的是

。电源*

石墨石墨

a膜bl莫C膜

b%NaOH

溶液

-NaB(OH)”

,稀硫酸；:浓溶液-a%NaOH

溶液

M室产品室原料室N室

A.M室的石墨为电解池的阴极

B.N室的电极反应式为OH--4片=0/+4可

C.b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H++[B(OH)4[=H3BC)3+H2O

D.理论上每生成ImolHjBOs，阳极室可生成11.2L(标准状况)气体

15.电解硫酸钠溶液制取电池正极材料LN乜CozM'O?的前驱体N乜COIM，(OH)2,其工作原理如图所示:

333333

石墨oab»纯钛

电极

直流电源电极

NiSCL

I室II室CoS。4in室,

Na2s。4溶液一二二浓度均为0.2mol・L-蠲%-V-Na2s。4溶液

'前驱体

交换膜A交换膜B

下列说法正确的是

A.a是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应

B.交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，I室pH上升

C.当产生O.hnol的NLCOzM'(OH)2时，理论上纯钛电极上产生标准状况下2.24L气体

333

D.若将纯钛电极直接放入II室，则前驱体产率升高

16.研究人员利用电化学原理吸收废气中的NO,,其工作原理如下图所示。

溶

液X

郃

弋

CNAH

P+N。

惰

惰

惰

性

性

庖ZnCl性

电

电

2电

极溶液

极

极

极

NO-质子交换膜

下列说法不正确的是

A.a电极为负极，c电极为阳极B.b电极的电极反应式为：NO,+e-=NO；

C.反应一段时间后，c极区溶液pH减小D.每吸收ImolNOz，理论上可以得至(JImolNH：

17.一种新型酸碱混合锌铁液流电池放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是

用电器

1XY/

[Zn(OH)J2-

2Fe3+

aNa+crb

cr

Zn

2Fe2+

①区②区③区

A.离子交换膜X为阳离子交换膜

B.放电时，每转移Imol电子，中间腔室内的溶液中将增加ImolNaCl

C.充电时，每转移2moi电子，参与反应的铁元素质量为112g

D.充电时，③区溶液的酸性减弱

18.利用双极膜电解Na2sO4制备NaOH,捕集烟气中CO2,制备NaHCC^。电解原理如图所示:

0Hse◎

浓NaOHH2SO4

离

离

阴

H阳

子

子b

离

离

一J

茂

迂

在

存H

换

父

+父

换+

换

换

膜

膜0

膜

IHH膜

，

稀NaOHNa2SO4双极膜Na2SO4稀硫酸

已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的应0解离，提供H+和OHJ

下列说法正确的是

A.阴极反应式：2H2O+2e-=H2T+2OH-

B.1为阴离子交换膜，n阳离子交换膜

C.电路中转移2moi电子时共产生2moiNaOH

电解

D.该装置总反应的方程式为4H2(3-2H2T+02T+2H++2OH「

19.利用CR燃料电池电解制备Ca(H2Po。2并得到副产物NaOH、印、Cl2,装置如图所示。下列说法

不正确的是

A膜B月C膜

二氧石墨石墨

化碳

Ca（HPO）

CaCl2242NaH2PO4NaOH

浓溶液稀溶液浓溶液稀溶液

甲烷氧气

a极电解质b极阳极室产品室原料室阴极室

2

A.a极反应：CH4-8e-+4O-=CO2+2H2O

B.A膜和C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜

C.可用铁电极替换阴极的石墨电极

D.a极上通入标况下2.24L甲烷，理论上产品室可新增0.4molCa(H2Po力

20.一种双阴极微生物燃料电池的工作原理如图所示(燃料为C2HQ?)。下列说法正确的是

出水出水出水

-5

生物膜HO

co2co22

O2

NOj

2O-

C2H4。2C2H4。2。好氧QO南极

ICT缺1氧阴极___________厌氧阳极

质子交换膜1质子交换膜2

进水：含

NO.进水：含C2H4。2进水

A.放电时，缺氧阴极和好氧阴极相当于原电池的负极

B.“缺氧阴极”的电极反应式为2NO；+10e+6H2。=N2+12OH

C.若“厌氧阳极”流出Imol电子，则该区域理论上消耗C2HQz的质量为7.5g

D.放电时，“缺氧阴极”区域质量增加，“好氧阴极”区域质量减轻

21.如图所示，其中甲池的总反应式为2cH3OH+3C)2+4KOH=2K2co3+6H2O,完成下列问题:

甲池乙池丙池

(1)甲池燃料电池的负极反应为:

(2)写出乙池石墨电极的名称为(填“正极”“负极”或“阴极”“阳极”)。写出乙池中电解总反应的化学

方程式：«

(3)甲池中消耗224mL(标准状况下)。2,此时丙池中理论上最多产生___________g沉淀，此时乙池中溶液的

体积为400mL,该溶液的pH=o

(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaOH溶液，开关闭合一段时间后，甲中溶液的pH将(填“增

大”“减小”或“不变”，下同)，丙中溶液的pH将0

(5)某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图)。若用于制漂白液，a为电

池的极，电解质溶液最好用-若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，

阳极选用作电极。阳极反应的电极方程式为。

22.某同学设计如下电化学串联装置图，反应起始从装置甲右侧打开止水夹，通入一定时间b气体后，关

闭止水夹，串联电化学装置亦会继续运行，可见丙装置湿润红色布条褪色，回答下列问题。

(1)甲装置中a通入的气体是，写出通入该气体一极的电极反应方程式：.

（2）乙装置中，息反应的化学方程式是。

（3）丙装置中使红色布条褪色的具体物质的结构式为,淀粉KI溶液中发生反应的离子方程式:。

（4）丁装置为电解精炼粗铜装置，当c极质量______（填“增加”或“减少”）12.8g时，装置乙中产生气体的总物

质的量为，装置戊中电解质溶液质量减少。

23.某研究性学习小组用如图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解制备钻的工作原理。一段

时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电

解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：

查阅资料：高铁酸根（FeOj）在溶液中呈紫红色。

X(Fe)Y（C）Zn—1I—Cu

石墨阳离子阴离子Co

ZnSO'4：CuSO

溶液4

隔膜溶液

6mol/LNaOH溶液1室n室m室

（只允许SO：通过）

甲乙丙

（1）上述装置中，发生还原反应的电极有（填字母）。

A.X(Fe)B.Y(C)C.CoD.Zn

⑵丙池中的S0；~（填“从左向右”“从右向左”或“不”）移动。

（3）若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除。2外，还