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模板 01 电化学装置分析
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识·题型解读 考情分析 + 命题预测 / 技巧解读
明 ·模板构建 答题模板 + 技巧点拨
技法01 原电池 技法02 二次电池
技法03 电解池 技法04 带离子交换膜电化学装置
通·模板运用 真题示例 + 模板答题 + 变式训练
练 ·模板演练 最新模拟、预测考向
电化学装置图是高考中电化学最常见的呈现方式，多以选择题的形式呈现，考查电极的判断，电极反
应式的书写、电极附近溶液性质的变化，电子、电流、离子移动方向的判断，利用守恒关系进行相关
的计算等。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。命题角度主要有新型一般电池、新型可充电电池、新型燃料电池、电解池原理及其应
用，另外有无离子交换膜也是关注的角度。在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现
了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。
第一步：细审题 阅读题目获取对解题有价值的信息，排除无效信息，并作标记。
第二步：定类型 判断装置类型是原电池、电解池、二次电池（放电为原电池，充电为电解
池）。
第三步：析装置 根据题目所给信息，判断电极名称、电极发生的反应、电子和离子移动情况
等。
第四步：巧计算 根据电化学原理及装置所处的环境，书写相关的电极反应式和总反应式，分
析电解液变化。技法01 原电池
1．原电池的工作原理
2．解题技巧
(1)原电池装置的分析方法
①判断电极：
负极：活泼金属、燃料、还原性物质等，物质中元素化合价升高，发生氧化反应。
正极：较活泼金属、O、氧化性物质等，物质中元素化合价降低，发生还原反应。
2
②电极反应：
负极：还原剂-ne-—→氧化产物；正极：氧化剂+ne-—→还原产物。
③电子移动：电子从负极流出，经外电路流向正极。
④离子移动：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
(2)电极反应式书写的一般步骤
3．燃料电池
(1)燃料电池结构分析
(2)解答燃料电池题目的几个关键点
①要注意燃料电池的介质电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质一般为氧气。
③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。
(3)燃料电池电极反应式书写的常用方法
第一步，写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：
CH＋2O===CO ＋2HO ①
4 2 2 2
CO＋2NaOH===Na CO＋HO ②
2 2 3 2
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH＋2O＋2NaOH===Na CO＋3HO。
4 2 2 3 2
第二步，写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O，因电解质溶液不同，故其
2
电极反应也会有所不同：
①酸性电解质：O＋4H＋＋4e－===2H O。
2 2
②)碱性电解质：O＋2HO＋4e－===4OH－。
2 2
③固体电解质(高温下能传导O2－)：O＋4e－===2O2－。
2
④熔融碳酸盐(如熔融KCO)：O＋2CO＋4e－===2CO。
2 3 2 2
第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
技法02 二次电池
1．二次电池的结构分析
2．解题技巧
技法03 电解池
1．电解池的工作原理
2．电解池中阴、阳极的判断方法3．电子和离子的移动方向(惰性电极)
4．阴、阳极放电离子的判断
(1)分析电解质的组成，找全离子并分为阴、阳两组，不要忽略水溶液中的H+和OH-离子。
(2)根据放电顺序确定两极放电物质或离子。
①阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
②阳极：
活泼电极：电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。
惰性电极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。
(3)判断电极产物，写出电极反应式。
(4)写出电解反应的总反应式。
技法04 带离子交换膜电化学装置
1．离子交换膜的作用
(1)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)选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2．离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)
以Pt为电极电解淀粉KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2HO＋2e-=H ↑＋2OH-
2 2
②阳极反应式：2I-_2e-=I
2
③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I＋6OH-=IO -＋5I-
2 3
＋3HO
2
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
(3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CHCOOH)，可获得清洁能源
3
H
2
①阴极反应式：2H＋＋2e-=H ↑
2
②阳极反应式：CHCOOH-8e-＋2HO=2CO↑＋8H＋
3 2 2
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(4)电渗析法
将含 AB 的废水再生为 HB 和
n m n
A(OH) 的原理：已知A为金属活
m
动顺序表H之前的金属，Bn-为含
氧酸根离子。
3．离子交换膜的应用
(1)海水淡化——阴、阳离子交换膜（电渗析法）
(2)燃料电池(3)物质制备——隔膜、质子交换膜
(4)氯碱工业——离子交换膜电解槽
4．“隔膜”电解池的解题步骤
(1)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)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)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。
5．离子交换膜的计算
(1)迁移离子所带的电荷数总是等于外电路上转移的电子数。
(2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。
类型01 原电池
1．（2024·安徽卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局
部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO 和KI混合液为电解质溶液。下列说
4
法错误的是
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D．放电时，消耗0.65gZn，理论上转移0.02mol电子
【答案】C
【第一步 定类型】该装置为二次电池
【第二步 析装置】【第三步 巧计算】
放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，因此消耗0.65 g Zn（物质的量为0.01mol），理论上转移
0.02 mol电子，D正确。
1．(2023•全国新课标卷，10)一种以VO 和Zn为电极、Zn(CF SO ) 水溶液为电解质的电池，其示意
2 5 3 3 2
图如下所示。放电时，Zn2+可插入VO 层间形成ZnVO·nHO。下列说法错误的是( )
2 5 x 2 5 2
A．放电时VO 为正极
2 5
B．放电时Zn2+由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn+V O+nHO===ZnVO·nHO
2 5 2 x 2 5 2
D．充电阳极反应：ZnVO·nHO-2xe- ===xZn2++V O+nHO
x 2 5 2 2 5 2
2．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温
钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素
纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S+e-→ S ， S +e-→S ，2Na++ S +2(1- )e-
8
→NaS
2 x下列叙述错误的是( )
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++ S+2e-→NaS
8 2 x
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
类型02 电解池
2．（2024·山东卷）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H 和O，装置如图所示。下列说法错误的是
2 2
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-+3H O=====BrO-+3H ↑
2 3 2
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)：n(Br-)=3:2
【答案】B
【第一步 定类型】该装置为电解池
【第二步 析装置】【第三步 巧计算】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1molO 失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比
2
n(O )∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D正确。
2
1．（2024·湖南卷）在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质KC N 时，伴随少量O 生成，电解
4 6 16 2
原理如图所示，下列说法正确的是
A．电解时，OH-向Ni电极移动
B．生成 的电极反应：
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成1molH 的同时，生成0.5molKC N
2 4 6 16
2．（2024·甘肃卷）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是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
类型03 带离子交换膜的电化学装置
3．（2024·湖北卷）我国科学家设计了一种双位点 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 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A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH N+CHCOOH双极膜中有4molH 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HC O+2H++2e- == CHOCOOH+H O
2 2 4 2
【答案】B
【第一步 定类型】该装置为带双极膜电解池
【第二步 析装置】
【第三步 巧计算】1molH O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH N+CHCOOH双极膜中有
2 3 2
6molH O解离，B错误。
2
1．（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：2HO+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
2．(2023•湖北省选择性考试，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
2
说法错误的是( )
A．b电极反应式为2HO+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
1．铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他
复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是( )
A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu
B．电池工作时，导线中电子流向为Zn→Cu
C．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动
2．风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过
储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列
有关其说法不正确的是( )
A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富
B．铝储能电池是二次电池
C．放电时，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面
D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能
3．科学家报道了一种新型可充电 Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是
( )
A．充电时，X极为阴极，发生了氧化反应
B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO ＋0.5Na O-e-=CaFeO ＋Na＋
2.5 2 3
C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液
D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li
4．香港城市大学化学工作者首次提出了Al-N 电池(如图)，该电池使用N 为原料，以离子液体(Al Cl--
2 2 2 7
AlCl-)为电解质，既实现了能量的存储，又实现了AlN的生产， 和碱反应能产生NH ，可进一步生产
4 3
氮肥。下列说法错误的是( )
A．Al极为负极，发生氧化反应
B．电池总反应为2Al+N =2
2
C．石墨烯电极反应式为8Al Cl-+N +6e- =2AlN+14AlCl-
2 7 2 4
D．生成标准状况下33.6LNH ，电池中转移3mol电子
3
5．如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的嵌入式反应，电池总反应为Li+MnO LiMnO 。下列说法不正确的是( )
2 2
A．锂片做负极，发生氧化反应
B．放电时，电子移动方向为：电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1
C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中
D．放电时，正极反应为：MnO +Li++e-═LiMnO
2 2
6．(2024·河北邢台王岳联盟高三联考)我国最近在太阳能光电催化一化学耦合处理硫化氢研究中获得
新进展，相关装置如图所示。
下列说法错误的是( )
A．该装置中能量转化形式有化学能转化为电能
B．该装置工作时，b极为正极
C．a极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+
D．电路中每通过1 mol e-，可处理34 g HS
2
7．如图，科学家基于Cl 易溶于CCl 的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能
2 4
设备，总方程式为：NaTi (PO )+2NaCl NaTi (PO )+Cl。下列说法正确的是( )
2 4 3 3 2 4 3 2
A．放电时NaCl溶液的 减小
B．放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl 中迁移
4C．充电时的阴极反应为NaTi (PO )+2Na++2e- NaTi (PO )
2 4 3 3 2 4 3
D．充电时，电路中每转移2mol e-，理论上从CCl 中释放1molCl
4 2
8．光催化微生物燃料电池的工作原理如图所示：
已知：电极a在光激发条件下会产生电子(e-)-空穴(h+)。下列说法错误的是( )
A．电极电势：电极a>电极b
B．光激发时，光生电子会与O 结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合
2
C．电极b发生的电极反应式为
D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH保持不变(不考虑CO 的溶解)
2
9．(2024·辽宁沈阳市第一二〇中学校高三期中)哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫
化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，
其工作原理和反应机理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．UOR的电化学反应总过程为CO(NH)-6e-+6OH-= CO↑+ N ↑+5 H O
2 2 2 2 2
B．电解过程中，电极A附近溶液的pH不变
C．OER分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂
D．若将光伏电池换成铅蓄电池，电极A应连接铅蓄电池的PbO 电极
2
10．(2024·山东德州高三期中)中国科学院将分子I 引入电解质中调整充电和放电反应途径，实现了高
2
功率可充电LiSOCl 电池，工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是( )
2A．分子I 的引入催化了电池放电和充电过程
2
B．电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行
C．充电时阴极反应式：2LiCl+I +2e-=2ICl+2Li+
2
D．电池的放电总反应：4Li+2SOCl =4LiCl+S+SO ↑
2 2
11．(2024·山东省新高考联合质量测评高三联考)中国科学技术大学某课题组发明一款可充放电的全固
态钠电池，本发明提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适用于大规模
产业化生产。工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．放电时，电极电势N极高于M极
B．充电时， 由M极迁移至N极
C．充电时，M极电极反应式为NaV(PO )+2e-=NaV(PO )+2Na+
3 2 4 3 2 4 3
D．为了降低成本，可以将固态聚合物电解质换为NaPO 溶液
3 4
12．铜基配合物电催化还原CO 的装置原理如图所示，下列说法不正确的是( )
2A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO+2e-+2H+=HCOOH
2
B．Pt电极附近溶液的pH值减小
C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g
D．该装置可减少CO 在大气中累积和实现可再生能源有效利用
2
13．某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：
① Zn-2e-=Zn2+；② Zn2++4OH-=[Zn((OH) ]2-；③ Zn [Zn((OH) ]2-=ZnO+2OH-+H O。下列说法不正确的是
4 4 2
( )
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C H+2H O+2e-=C H+2OH-
2 2 2 2 4
D．电解足量CuSO 溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C H 时，生成6.4gCu
4 2 2
14．高铁酸钠(Na FeO)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取NaFeO 的原理如图所示。下列叙
2 4 2 4
述错误的是( )
A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO 2-＋4HO
4 2
B．离子交换膜b为阴离子交换膜
C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成
D．每生成0.1 mol Na FeO，II室中溶液减少的质量为32.0 g
2 415．一种电解法制备Ca(HPO ) 并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是( )
2 4 2
A．与a、b相连的分别是电源的负极、正极
B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2HO+2e-=H ↑+2OH-
2 2
C．A膜、C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
D．产品室中的Ca2+和原料室的 物质的量浓度同等程度增大
16．(2024·江西赣州中学高三月考)利用细菌处理有机废水产生的电能可以进行脱硫，从而达到废物利
用同时有利于环境保护。脱硫原理：利用羟基自由化基( ，氧元素为-1价)将燃煤中的含硫物质(主要是
)氧化除去，其装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．X为阴离子交换膜
B．a为负极，电极反应式为CHCOO-+2H O-8e-═2CO ↑+7H+
3 2 2
C．理论上处理12.0gFeS ，b极消耗标况下空气(氧气占空气体积分数21%)约为42L
2
D．利用羟基自由基除去煤中FeS 的离子方程式：FeS+15·OH=Fe3++2 SO 2-+7H O+H+
2 2 4 2
17．钠硒电池是一类以单质硒或含硒化合物为正极、金属钠为负极的新型电池，具有能量密度大、导
电率高、成本低等优点。以Cu xSe填充碳纳米管作为正极材料的一种钠硒电池工作原理如图所示，充放
2-
电过程中正极材料立方晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法错误的是( )A．每个Cu xSe 晶胞中Cu2+个数为4x
2-
B．在NaSe晶胞结构中，Se2-占据的位置是项点和面心
2
C．充分放电时，正极的电极反应式为Cu xSe + 2Na++2e-=Na Se+(2-x)Cu
2- 2
D．充电时外电路中转移lmol电子，两极质量变化差为23g
