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第 43 讲 多池、多室的电化学装置
[复习目标] 1.了解串联装置的连接特点，了解离子交换膜的特点及作用。2.掌握多池、多
室问题分析的一般方法。3.能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1．常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
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。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。2．二次电池的充电
(1)可充电电池原理示意图
充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作“正接正，
负接负”。
(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、
放电不是可逆反应。
(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相
反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
例：Fe＋Ni O＋3HOFe(OH)＋2Ni(OH)，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH
2 3 2 2 2
－
===Fe(OH) ，则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH) ＋2e－===Fe＋2OH－。
2 2
3．电化学计算的三种方法
如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：
4e－～ ～
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总览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。
1．如图所示，甲池的总反应式为NH ＋O===N ＋2HO，下列关于该装置工作时的说法正
2 4 2 2 2
确的是( )A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为NH－4e－===N＋4H＋
2 4 2
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N H 时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
2 4
答案 C
解析 该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解
池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；
甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电
解液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO ＋2HO=====2Cu＋O↑＋
4 2 2
2HSO ，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N H 的物质的量为0.1 mol，转移电子的
2 4 2 4
物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。
2．铅酸蓄电池是典型的可充电电池，正、负极是惰性材料，电池总反应式为 Pb＋PbO ＋
2
2HSO 2PbSO ＋2HO，回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
2 4 4 2
(1)放电时，正极的电极反应式是__________________。电解液中 HSO 的浓度将变
2 4
________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________ g。
(2)在完全放电耗尽PbO 和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在 A电极上生成
2
________，B电极上生成________，此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将________(填“不
变”或“对换”)。
答案 (1)PbO ＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO ＋2HO 小 48 (2)Pb PbO 对换
2 4 2 2
解析 (1)根据总反应式可知放电时，正极PbO 得到电子，电极反应式是PbO ＋4H＋＋SO＋
2 2
2e－===PbSO ＋2HO，负极电极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO ；由反应式知放电时消耗
4 2 4
H SO ，则H SO 浓度变小；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加 0.5
2 4 2 4
mol×96 g·mol－1＝48 g。(2)若按题图连接，B为阳极，失去电子发生氧化反应，A为阴极，得到电子发生还原反应，B电极上发生的反应为PbSO ＋2HO－2e－===PbO ＋4H＋＋SO，A
4 2 2
电极发生的反应为PbSO ＋2e－===Pb＋SO，所以A电极上生成Pb，B电极上生成PbO ，此
4 2
时铅酸蓄电池的正、负极的极性将对换。
3．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。
(2)pH 变化：A__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，
C________。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为 200 mL，则通电前
CuSO 溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
4
(4)常温下，若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的 pH 为
__________(设电解前后溶液体积无变化)。
答案 (1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 mol·L－1 (4)13
解析 (1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO 溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成
3
Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知X是电源负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO 、KSO 溶液生成HSO ，溶液pH
4 2 4 2 4
减小；电解AgNO 溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋在阴极不断析出，AgNO 溶液浓度基
3 3
本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子；B中共收集0.01 mol气
体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解
分为两个阶段，先电解CuSO 溶液，生成O ，后电解水，生成O 和H ，B中收集到的气体
4 2 2 2
是O 和H 的混合物。设电解CuSO 溶液时生成O 的物质的量为x mol，电解HO时生成
2 2 4 2 2
O 的物质的量为y mol，则4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解
2
得x＝y＝0.002 5，所以 n(CuSO )＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO )＝＝0.025
4 4
mol·L－1。
(4)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 mol H ，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝
2
0.1 mol·L－1，pH＝13。考点二 多室装置的分析
为实现特定功能需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池分隔成两个或多
个相对独立的室。
1．离子交换膜的分类和应用
2．分析某室质量变化的关键
分析某室质量的变化，既要考虑该区(或该电极)的化学反应，又要考虑通过“交换膜”的离
子带来的质量变化。
1．钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电
池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B．充电时，光照可促进电子的转移
C．充电时，TiO 光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I
2
D．放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移2 mol电子
答案 D解析 由图中信息知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，Na＋由M极移向N极，A
正确；根据题图：TiO 光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，光可以促进I－在
2
TiO 光电极上转移电子，B正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，根据图示，阳极
2
电极反应式为3I－－2e－===I，C正确；充电时Na S 被还原为Na S，电极反应式为S＋6e－
2 4 2
===4S2－，则放电时负极反应式为4S2－－6e－===S，由此可知若负极室有2 mol阴离子发生
反应，则电路中转移3 mol电子，D错误。
2．我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，
其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极电势：Zn/ZnO电极
