第04讲 电化学原理综合应用（课件）(共96张PPT)-2025年高考化学一轮复习讲练测（新教材新高考）

(共96张PPT)
第04讲
电化学原理综合应用
目录
CONTENTS
01
考情透视
02
知识导图
03
考点突破
04
真题练习
考点要求 考题统计
电 解 创 新 应 用 甘肃卷，7，3分； 辽吉黑卷，12，3分；
山东卷，13，4分；浙江省1月选考，11，3分；
湖北省选择性考试，10，3分；
山东卷，11，3分；重庆卷，12，4分；
湖北卷，14，3分；辽宁选择性考试，13，3分；
海南选择性考试，9，4分；江苏卷，12，3分；
考点要求 考题统计 考点要求 考题统计
串联类连接装置 山东卷，13，4分； 电化学综合计算 广东卷，16，3分；
天津卷，11，3分；
离子交换 膜装置 湖北卷，14，3分； 辽宁省选择性考试，11，3分； 全国甲卷，12，6分； 浙江省6月选考，13，3 分；北京卷，5，3分； 广东卷，16，4分； (2022 全国甲卷，10，6分； 浙江省6月选考，21，2分； 全国甲卷，13，6分； 广东卷，16，4分； 湖北选择性考试，15，3分； 考情分析
近年来，高考试题中电化学是重点内容之一，将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。考查的电化学装置常采用串联装置，且常采用交换膜，特别是离子交换膜的应用及电解质介质对电极反应的影响的试题比较多，且常考常新，该类题目的考查内容通常有以下几个方面：
电极的判断
电极反应式及电池反应总方程式的书写
实验现象的描述
溶液中离子的移动
考情分析
溶液pH的变化
电解质溶液的恢复
运用得失电子守恒进行相关计算
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。通过陌生电化学的装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。
复习目标
掌握多池连接的分析应用。
了解离子交换膜的分类及特点，理解离子交换膜在电化学装置中的作用。
掌握电化学的计算。
提升应用电化学原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。
原电池
电解池
基础问题
原电池原理应用
特征：反应自发进行、化学能转化为电能
形成原电池条件分析、原电池原理分析
其他常用电池
金属防腐
银锌电池、微型电池、燃料电池、海水铝电池、普通干电池等
蓄电池
有关电解池、原电池的计算（电子守恒原理的应用）
电极反应式的书写
研究切入点：两级一液即两个电极电解质溶液
基础问题
电解原理应用
电解食盐水、电镀、电解精炼铜、电解冶炼铝
电解方式实现一些特殊反应：如
Cu+2H2O→Cu(OH)2↓+H2↑
电解反应类型、电解时电极上的离子放电顺序等
电解前后、电解过程中溶液pH变化分析等
特征：反应被迫进行，电能转化为化学能
注意差异
知识点1 电解原理
知识点2 电解原理创新应用
知识点1 常见串联装置图
知识点2 多池串联装置中电池类型判断
考点一
电解原理创新应用
考点二
串联类电化学装置
知识点1 离子交换膜类型
知识点2 含膜电解池装置分析
考点三
离子交换膜装置
考点一
电解原理创新应用
知识点1 电解原理
知识点2 电解原理创新应用
1. 电解池工作原理（惰性电极）
知识点1 电解原理
阳极
阴极
电解质溶液
阳离子移向
阴离子移向
还原反应
氧化反应
与电源正极相连
与电源负相连
2. 电解池阴、阳极的判断方法
知识点1 电解原理
阴极
与电源正极相连
阳极
氧化反应
电子流出
电极质量减小或有非金属单质生成（如O2、Cl2）
阴离子移向
与电源负极相连
还原反应
电子流入
析出金属或有气体放出等
阳离子移向
3. 明确电解池的电极反应及离子放电顺序
知识点1 电解原理
电极反应
阴极
阳极
活泼金属：电极材料本身失电子被氧化 M-ne-=Mn+
惰性电极：一般溶液中还原性强的阴离子优先失去电子被氧化
一般溶液中氧化性强的阳离子优先得到电子被还原
阳离子在阴极上的放电顺序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)
阴离子在阳极上的放电顺序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子
知识点2 电解原理创新应用
1.电解原理常见的考查点
电解原理及应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。
主要考查阴、阳极的判断、电极反应式、电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
知识点2 电解原理创新应用
2.“5点”突破电解综合应用题
分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”
剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现，碱性介质不出现；不
能想当然地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。
5. 注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
【例1】(2024·甘肃卷，7，3分)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
B
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：
C.工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供能分解
【例1】(2024·甘肃卷，7，3分)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
B
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：
多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O+4e-=2H2+2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-=O2。
电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积
电极2为阳极，发生氧化反应：2O2--4e-=O2
【例1】(2024·甘肃卷，7，3分)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
B
C.工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供能分解
工作时，阴离子O2-向阳极移动，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
电解总反应为2H2O(g) 2H2+O2，分解2molH2O转移4mol电子，则理论上电源提供2mol电子能分解1molH2O，
【变式训练】电化学修复技术是近年迅速发展的一种污染土壤绿色原位修复技术。处理土壤重金属污染时，在污染土壤区域插入电极(下图)，土壤中污染物定向迁移，富集在电极区域，再通过其他方法(电镀、沉淀/共沉淀、抽出、离子交换树脂等)去除。下列说法正确的是( )
D
A.在阳极区反应 B.土壤中胶体粒子不带电
C.阴极区抽提物发生的是阴离子交换 D.金属离子在碱性区域去除
【解析】
A项，H+在阴极区得电子产生氢气，A错误；
B项，土壤中污染物定向迁移，说明土壤中胶体粒子带电，B错误；
C项，阳离子定向移动到了有极区，故阴极区抽提物发生的是阳离子交换，C错误；
D项，金属离子在碱性区域产生氢氧化物而去除，D正确；故选D。
考点二
串联类电化学装置
知识点1 常见串联装置图
知识点2 多池串联装置中电池类型判断
知识点1 常见串联装置图
将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考中电化学部分的重要题型。
解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时得失电子守恒是数据处理的法宝。
知识点1 常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联
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。
知识点1 常见串联装置图
模型二　原电池与电解池的串联
A均为原电池
B均为电解池
知识点2 多池串联装置中电池类型的判断
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。
如图：A为原电池，B为电解池。
知识点2 多池串联装置中电池类型的判断
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。
如图：A为电解池，B为原电池。
知识点2 多池串联装置中电池类型的判断
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。
有电源或电极材料相同
有电源或电极材料相同
知识点2 多池串联装置中电池类型的判断
名师点睛
先判断
装置类型
电解池
原电池
看电极
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
看电极
正极：还原反应
负极：氧化反应
BD
【例2】(2022 山东卷，13)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LiCoO2转化为Co2+，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LiCoO2+2H2O+e+4H+=Li++Co2++4OH-
D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
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
依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小
对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e+4H+=Li++Co2++4OH-
D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，
乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+ 4H+=Li++Co2++2H2O，
若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)= ，
乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)= ，说明此时已进行过溶液转移
思维建模
判断电池类型
确定电极名称
书写电极反应
解答实际问题
有外接电源
无外接电源
电解池
能自发发生氧化还原反应
不能自发发生氧化还原反应
原电池
电解池
原电池
电解池
正极、负极
阳极、阴极
根据原电池原理书写
根据电解池原理书写
阴、阳极反应式
正、负极反应式
根据电化学原理及电极反应式
根据“串联”电池各级转移电子数相等
进行计算
判断正误
【变式训练】中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是(　　)
D
A.乙电极上的反应为
B.充电过程由甲电极迁移向乙电极，并
在多孔碳布表面生成
C.石墨a电极和处均可能有铜析出
D.锂氮电池为绿色固氮提供了一种可能
【解析】
A.放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：项错误；
B.充电过程是电解池原理， 由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面分解
C.生成和项错误；石墨a是阳极，阳极电极反应式：，产生氧气，C项错误；
D.反应属于氮的固定，锂氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D项正确。
考点三
离子交换膜装置
知识点1 离子交换膜类型
知识点2 含膜电解池装置分析
知识点1 离子交换膜类型
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。因它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。
知识点1 离子交换膜类型
交换膜类型 阳膜 阴膜 双极膜 特定的交换膜
允许通过的离子及移动方向 阳离子移向原电池的正 极(电解池的阴极) 阴离子移向原电池的负 极(电解池的阳极) 中间层中的解离出和移向原电池的正极(电解池的阴极移向原电池的负极(电解池的阳极) 只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许通过，氯离子交换膜只允许通过
通性 无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极 1．交换膜类型及特点
知识点1 离子交换膜类型
隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。
限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。
双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。
2．离子交换膜的功能
选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路。
3．离子交换膜的作用及意义
知识点1 离子交换膜类型
名师点睛
离
子
交
换
膜
功能
类型
作用
类型判断
使离子选择性定向移动，平衡整个溶液的离子浓度和电荷
阳离子交换膜
质子交换膜
阴离子交换膜
只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过
只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过
只允许质子（H+）通过
隔离某些物质，防止发生反应
用于物质的制备
物质分离、提纯
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型
(1) 首先写出两电极上的电极反应，根据电极反应式确定该电极负极哪种离子剩余
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型
知识点2 含膜电解池装置分析
1.两室电解池
工业上利用如图两室电解装置制备烧碱：
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，
阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，
阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)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。
知识点2 含膜电解池装置分析
2.三室电解池
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NH4＋：NO＋5e－＋6H＋=NH4＋＋H2O
NH4＋通过阳离子交换膜进入中间室；
阳极的NO被氧化为NO3-：NO－3e－＋2H2O=NO3-＋4H＋
NO3-通过阴离子交换膜进入中间室。
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HNO3转化为NH4NO3。
知识点2 含膜电解池装置分析
3.多室电解池
“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示：
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO2－穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；
电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋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。
知识点2 含膜电解池装置分析
4．离子交换膜类型的判断方法
首先写出阴、阳两极上的电极反应。
依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余。
根据电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向。
根据离子移动的方向，确定离子交换膜的类型。
知识点2 含膜电解池装置分析
5．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
电池装置
阳离子移向电解池阴极（或原电池的正极）；
阳离子交换膜会阻断阴离子定向移动；
阴离子移向电解池阳极（或原电池的负极）；
阴离子交换膜会阻断阳离子定向移动；
【例3】 (2024·湖北卷， 我国科学家设计了一种双位点PbCu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KOH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( )
B
A.电解一段时间后阳极区减小
B.理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有解离
C.阳极总反应式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O :2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
【解析】在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH- [OCH2O]2-+H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。
【例3】 (2024·湖北卷， 我国科学家设计了一种双位点PbCu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KOH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( )
B
A.电解一段时间后阳极区减小
B.理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有解离
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
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
【例3】 (2024·湖北卷， 我国科学家设计了一种双位点PbCu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KOH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( )
B
C.阳极总反应式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O :2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
思维建模
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。
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。
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。
“隔膜”电解池的解题步骤
方法技巧
注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。
通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C元素为+4 价的CO32-或HCO3-,，则转移电子数为C数×4+H数×1+O数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C数×4+H数×1+O数×(-2)+电荷数。
【变式训练】现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解溶液可制备，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
C
A.中B的化合价为价
B.N室发生的电极反应式为
C.去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影响的纯度
D.膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜
【解析】
A项，设B化合价为x，根据化合价为o计算，得正确；
B项，N与电源的负极相连为电解池的阴极，该极为发生还原反应：或正确；
C项，若撤去a膜，经b膜进入稀硫酸中而形成，得到混有错误；
D项，装置中得到，需要经b膜进入产品室而经a膜进入产品室，所以 分别为阳离子和阴离子交换膜。原料室中的需要经c膜进入N室形成NaOH，所以c膜为阳极膜，D正确。
考点四
电化学综合计算
知识点1 解题关键
知识点2 三种计算方法
知识点1 解题关键
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。
知识点1 解题关键
电极名称要区分清楚；
电极产物要判断准确；
各产物间量的关系遵循得失电子守恒。
知识点2 三种计算方法
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
1.根据总反应式计算
2.根据电子守恒计算
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。
用于混合溶液中电解的分阶段计算。
知识点2 三种计算方法
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，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。
4e-~2Cl2（Br2、I2）~O2~2H2~2Cu~4Ag ~ M
阳极产物
阴极产物
知识点2 三种计算方法
名师提醒
在电化学计算中，还常利用和来计算电路中通过的电量。
【例4】 (2024·广东卷，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
C
e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
A．阳极反应：2Cl--2e-= Cl2↑
B．阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1molFe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1molFe2O3，阴极室物质最多增加138 g
e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
A．阳极反应：2Cl--2e-= Cl2↑
B．阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
【解析】右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为：2Cl--2e-= Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-；中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动。
阳极反应为：2Cl--2e-= Cl2↑
阴极反应为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，消耗水产生OH-，阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
【例4】 (2024·广东卷，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
C
e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
C．理论上每消耗1molFe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1molFe2O3，阴极室物质最多增加138 g
理论上每消耗1molFe2O3，转移6mol电子，产生3mol Cl2，同时有6mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71g +6×23g =351g
理论上每消耗1molFe2O3，转移6mol电子，有6mol Na+由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23g =138g
名师提醒
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是得失电子守恒，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，装置乙是电解池，
若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解 6.5g，Cu极上析出H2 2.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu6.4g。
甲池中H＋被还原生成H2，溶液pH变大；
乙池中是电解CuCl2，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
【变式训练】在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的____极。
负
【解析】三个装置是串联的电解池。电解溶液时，在阴极发生还原反应
生成，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知X是电源负极。
【变式训练】在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(2)变化：A______(填“增大”“减小”或“不变”，下同______，C______。
增大
减小
不变
【解析】电解KCl溶液生成KOH，溶液增大；电解溶液生成，
溶液减小；电解溶液，银为阳极，不断溶解，在阴极不断析出，
溶液浓度基本不变，不变。
(3)通电时，B中共收集标准状况下)气体，溶液体积为，则通电
前溶液的物质的量浓度为______________(设电解前后溶液体积无变化)。
【解析】通电时，C中析出，电路中通过电子；B中共收集气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解溶液，生成，后电解水，生成和中收集到的气体是和的混合物。设电解溶液时生成的物质的量为，电解时生成的物质的量为，则电子转移守恒气体体积之和)，解得，所以
【变式训练】在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
【变式训练】在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是，电解后，溶液的为____
(设电解前后溶液体积无变化)。
13
【解析】常温下，通电时，A中放出，溶液中生成
。
思维建模
根据总反应式
根据电子守恒
根据关系式
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
①用于串联电路的阴阳两级产物、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电子数目相等
② 用于混合溶液中电解的分阶段计算
根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的计算式
1、(2024·山东卷，13，4分)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( )
B
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z) ∶n(Br-)=3∶2
【解析】电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成BrO3-，电极b为阳极，电极反应为Br- -6e-+3H2O= BrO3-+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H++6e-=3H2↑；电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑；催化循环阶段BrO3-被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。
A项，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；
B项，根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段BrO3-被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；
C项，根据分析电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑，C项正确；
D项，催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确；

A
2.(2024·辽吉黑卷，12，3分) “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。部分反应机理为： 。
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-=H2↑+2OH-
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：
【解析】据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理:
可知：反应 后生成的 转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
A项，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ 1/2H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：2H2O 2H2↑+O2↑，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；
B项，阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正确；
C项，由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，C正确；
D项，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：2HCHO+4OH--2e-=2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确；故选A。
C
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl-参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
3.(2023 浙江省1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-。
A项，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；B项，电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-，B错误；
C项，根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl-参与反应，C正确；
D项，电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误；故选C。
CD
4.(2023 山东卷，11)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是( )
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【解析】
A项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；
B项， 再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；
C项，左侧负极是Cu+4NH3-2e- =[Cu(NH3)4]2+，正极是Cu 2++2e- = Cu，则电池总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+，故C正确；
D项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。故选CD。
B
5．(2023 广东卷，16)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↑+KOH
B．每生成1mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol的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
【解析】由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为NO3- +8e－+7H2O= NH3·H2O+9OH-，电极b为阳极，电极方程式为4OH--4e－=O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。
A项，由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3+3H2O= NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正确；
B项，每生成1mol NH3·H2O，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8mol H+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；
C项，电解过程中，阳极室每消耗4mol OH-，同时有4mol OH-通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；
D项，相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH-，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。
C
6．(2022 重庆卷，12)硝酮是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。
下列说法错误的是( )
A．惰性电极2为阳极
B．反应前后WO42-/WO52-数量不变
C．消耗1mol氧气，可得到1mol硝酮
D．外电路通过1mol电子，可得到1mol水
【解析】
A项，惰性电极2，Br-被氧化为Br2，惰性电极2为阳极，故A正确；
B项，WO42-/WO52-循环反应，反应前后WO42-/WO52-数量不变，故B正确；
C项，总反应为氧气把二丁基-N-羟基胺氧化为硝酮，1mol二丁基-N-羟基胺失去2molH原子生成1mol硝酮，氧气最终生成水，根据氧原子守恒，消耗1mol氧气，可得到2mol硝酮，故C错误；
D项，外电路通过1mol电子，生成0.5molH2O2，H2O2最终生成水，根据氧原子守恒，可得到1mol水，故D正确；故选C。
7．(2022 全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH) 42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O
A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH) 42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。
A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；
C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 42-+Mn2++2H2O，D正确；
8．(2022 湖北卷，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A．生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子
B．阴极上的电极反应为：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]-
C．在电解过程中CN-向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
D
【解析】
A项，石墨电极发生反应的物质：P4→Li[P(CN)2]化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]-，则生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 mol电子，A错误；
B项，阴极上发生还原反应，应该得电子，P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]-为阳极发生的反应， B错误；
C项，石墨电极：P4→Li[P(CN)2]发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，CN-应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；
D项，由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN-和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确；故选D。
9．(2021 广东卷，16)钴(Co)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( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：为2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+
D
【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+。
A项，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；
B项，由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；C项，若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；
D项，由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2 Co +O2↑+4H+，故D正确
10．(2021 天津卷，11)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0.01mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
C
【解析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极。
A项， a是电源的负极，故A正确；
B项，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项，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项，当0.01mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式2H2O-4e-=4H++O2，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。
11．(2021 湖北选择性考试，15) Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．电解时只允许H+通过离子交换膜
B．生成O2和H2的质量比为8：1
C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大
D．CrO3的生成反应为：Cr2O72-＋2H+＝2CrO3＋H2O
A
【解析】
左侧电极上产生O2，右侧电极上产生H2，说明左极为阳极，电极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑，左侧制备三氧化铬：Cr2O72-＋2H+＝2CrO3＋H2O；右极为阴极，电极反应式为4H2O＋4e-＝4OH-＋2H2↑。在阳极区参与反应制备三氧化铬，故不通过离子交换膜，通过交换膜向阴极区迁移，A项错误；
根据电子守恒，产生O2、H2的质量之比为32：4＝8：1，B项正确；
由阴极反应式知，阴极产生OH-；如果阴极通过交换膜向左侧迁移，OH-必然会中和H+，与题意相矛盾，所以，钠离子由左侧向右侧迁移，阴极区氢氧化钠溶液浓度增大，C项正确；
根据原料和产物组成知，Cr2O72-＋2H+＝2CrO3＋H2O；D项正确。
12．(2021 海南选择性考试，9)液氨中存在平衡：2NH3 NH4++NH2-。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A．b电极连接的是电源的负极
B．a电极的反应为2NH3+2e-=H2+2NH2-
C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小
D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1：1
B
【解析】
A项，根据图示可知：在b电极上产生N2，N元素化合价升高，失去电子，发生氧化反应，所以b电极为阳极，连接电源的正极，A错误；
B项，电极a上产生H2，H元素化合价降低得到电子，发生还原反应，所以a电极为阴极，电极反应式为：2NH3+2e-=H2+2NH2-，B正确；
C项，电解过程中，阴极附近产生NH2-，使附近溶液中阴离子浓度增大，为维持溶液电中性，阳离子K+会向阴极区定向移动，最终导致阴极附近K+浓度增大，C错误；D项，每反应产生1 mol H2，转移2 mol电子，每反应产生1 mol N2，转移6 mol电子，故阴极产生H2与阳极产生的N2的物质的量的比是3：1，D错误；故选B。
13．(2021·江苏卷，12)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图)；②在90℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A．电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B．电解时阳极电极反应式：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O
C．电解的总反应方程式：2H2O 2H2↑+O2↑
D．电解过程中转移4mol电子，理论上可获得22.4LO2
B
【解析】
A项，阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极失电子生成NiOOH，电解过程总反应为，电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，故A错误；
B项，电解时阳极失电子生成NiOOH，电极反应式为，故B正确；
C项，阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极失电子生成NiOOH，电解过程总反应为，故C错误；
D项，电解过程中转移电子，生成，根据
生成氧气，非标准状况下的体积不一定是，故D错误；故选B。