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电化学中的多室、多池装置
1.交换膜类型及特点
交换膜 特定的
阳膜 阴膜 双极膜
类型 交换膜
中间层中的H O解离出 只允许特定的离子或
2
阳离子移向原电 阴离子移向原电 H+和OH-，H+移向原电 分子通过，如质子交
允许通过的离子及
池的正极(电解池 池的负极(电解 池的正极(电解池的阴 换膜只允许H+通过，
移动方向
的阴极) 池的阳极) 极)，OH-移向原电池的 氯离子交换膜只允许
负极(电解池的阳极) Cl-通过
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
通性
一极
2.离子交换膜的作用
如：(1)三室式电渗析法处理Na SO 废水
2 4
①阴极产生氢气；阳离子Na+通过阳离子交换膜进入阴极区。
②阳极产生氧气，阴离子SO2-通过阴离子交换膜进入阳极区。
4
③离子交换膜的作用：平衡电荷，使产品NaOH和H SO 分开，不反应。
2 4
(2)形成浓差电池①左池为稀AgNO 溶液，左侧Ag电极为负极，右池为浓AgNO 溶液，右侧Ag电极为正极。只有两边
3 3
AgNO 溶液浓度不同，才能形成浓差电池。
3
②正、负电极均为Ag单质。随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电
流表指针偏转幅度逐渐变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时
溶液中左、右两边硝酸银溶液的物质的量浓度相等。
③离子交换膜的作用是不允许Ag+穿过，只允许NO-
通过，所以是阴离子交换膜。负极Ag失电子变成
3
Ag+，为了平衡电荷，正极区的NO-
就通过阴离子交换膜向负极移动。
3
(3)物质制备中的离子交换膜
次磷酸钴[Co(H PO ) ]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，
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原理如图：
①根据产物Co(H PO ) 确定离子移动方向；Co2+向产品室移动，A是阳离子交换膜；H
PO-
向产品室移
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动，B是阴离子交换膜。
②Co为阳极，阳极反应式为Co-2e-===Co2+。
③石墨为阴极，阴极反应式为2H O+2e-===H ↑+2OH-，Na+移向阴极，C是阳离子交换膜。
2 2
1.(2024·湖北，14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H C O 和NH OH电化学催化合成
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甘氨酸，原理如图，双极膜中H O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲
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醛转化为HOCH O-，存在平衡HOCH O-+OH- [OCH O] 2- +H O。Cu电极上发生的电子转移反应为
2 2 2 2
[OCH O] 2- -e-===HCOO-+H·。下列说法错误的是( )
2A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 mol H N+CH COOH双极膜中有4 mol H O解离
3 2 2
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H ↑+2H O
2 2
D.阴极区存在反应H C O +2H++2e-===OHCCOOH+H O
2 2 4 2
2.(2024·黑吉辽，12)“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H 的方法，装置如图所示。部分反应机理为
2
。下列说法错误的是( )
A.相同电量下H 理论产量是传统电解水的1.5倍
2
B.阴极反应：2H O+2e-===2OH-+H ↑
2 2
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-+2H O+H ↑
2 2
3.(2023·湖北，10)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Cl 生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(
2
)
A.b电极反应式为2H O+2e-===H ↑+2OH-
2 2
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 mol·h-1
4.(2022·全国甲卷，10)一种水性电解液Zn⁃MnO
2
离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以
Zn(OH) 2- 存在]。电池放电时，下列叙述错误的是( )
4A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的SO2-通过隔膜向Ⅱ区迁移
4
C.MnO 电极反应：MnO +2e-+4H+===Mn2++2H O
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D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO +4H+===Zn(OH) 2- +Mn2++2H O
2 4 2答案精析
精练高考真题
1.B [由题意可知，Cu电极为阳极，电极总反应为2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+H ↑+2H O，阳极区消耗
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OH-、同时生成H O，c(OH-)减小，A、C正确；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电
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子的还原反应转化为OHC—COOH：H C O +2e-+2H+===OHC—COOH+H O，OHC—COOH与HO—N+H
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反应生成HOOC—CH==N—OH：OHC—COOH+HO—N+H HOOC—CH==N—OH+H O+H+，HOOC—
3 2
CH N—OH发生得电子的还原反应转化成H N+CH COOH：HOOC—CH==N—OH+4e-+5H+===
3 2
H N+CH COOH+H O，阴极总反应为H C O +NH OH+6e-+7H+===H N+CH COOH+3H O，1 mol H O解离成
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1 mol H+和1 mol OH-，故理论上生成1 mol H N+CH COOH双极膜中有6 mol H O解离，B错误、D正确。]
3 2 2
2.A [据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO-，HCHO发生氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为
1
阴极，HCHO为阳极反应物，阳极反应：①HCHO+OH--e-===HCOOH+ H ↑，②HCOOH+OH-===HCOO-
2 2
+H O，阴极反应：2H O+2e-===H ↑+2OH-，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H ，共2 mol
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H ；而传统电解水：2H O 2H ↑+O ↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H ，所以相同电量下H
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理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，OH-通
过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；由分析可知阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-
===2HCOO-+2H O+H ↑，故D正确。]
2 2
3.D [b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H O+2e-===H ↑+2OH-，故A正确；该装置工作时阳极
2 2
无Cl 生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-===O ↑+2H O，为保持OH-浓度不变，则阴
2 2 2
极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽
中不断有水被消耗，海水中动能高的水以“汽”的形式穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解
总反应可知，每生成1 mol H 要消耗1 mol H O，生成H 的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x
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mol·h-1，故D错误。]
4.A [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) 2- ，Ⅰ区MnO 为电池的正极，电极反应为MnO +2e-+4H+===Mn2++2H O，K+从Ⅲ区通过隔膜向
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Ⅱ区迁移，A错误、C正确；Ⅰ区的SO2-
通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；电池的总反应为Zn+4OH-
4
+MnO +4H+===Zn(OH) 2- +Mn2++2H O，D正确。]
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