文档内容
第 04 讲 电化学原理综合应用
目录
01
考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
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..............................................................................................
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.......................................................................
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.............................................................................................
考点四 电化学综合计算........................................................................................................
04真题练习·命题洞见...................................................................................................................
04真题练习·命题洞见...................................................................................................................
考点要求 考题统计 考情分析
2024·甘肃卷，7，3 分；2024·辽吉黑 近年来，高考试题中电化学是重点内容之
卷，12，3 分；2024·山东卷，13，4 一，将原电池和电解池结合在一起，综合考
电解创新应用 分；2023•浙江省1月选考，11，3分； 查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、
2023•湖北省选择性考试，10，3分； 化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中
2023•山东卷，11，3 分；2022•重庆 电化学部分的重要题型。考查的电化学装置卷，12，4 分；2022•湖北卷，14，3
分；2021•辽宁选择性考试，13，3分；
2021•海南选择性考试，9，4分；2021· 常啋用串闻装置，且常采用交换膜，特别是
江苏卷，12，3分； 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
串联类连接装
2022•山东卷，13，4分； 目的考查内容通常有以下几个方面：电极的
置
判断、电极反应式及电池反应总方程式的书
2024·湖北卷，14，3分；2023•辽宁省 写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、
选择性考试，11，3分；2023•全国甲 溶液pH的变化、电解质溶液的恢复及运用
卷，12，6分；2023•浙江省6月选考， 得失电子守恒进行相关计算等。由于离子交
13，3 分；2023•北京卷，5，3 分； 换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，
离子交换膜装 实现资源的最优配置，考查学生学以致用的
2023•广东卷，16，4分；(2022•全国甲
置 能力，故近几年的电化学高考试题中年年涉
卷，10，6分；2022·浙江省6月选考，
及。通过陌生电化学的装置图，考查学生接
21，2分；2021•全国甲卷，13，6分；
受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了
2021•广东卷，16，4分；2021•湖北选
对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养
择性考试，15，3分；
考查。
电化学综合计 2024·广东卷，16，3 分；2021•天津
算 卷，11，3分；
复习目标：
1．掌握多池连接的分析应用。
2．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。
3．掌握电化学的计算。
4．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。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。
2．“5点”突破电解综合应用题
(1)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”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现 OH－，碱性介质不出现H＋；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( )
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： O+4e-=2O2-
2
C．工作时O2-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1molH O
2
【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( )
A．H+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
考点二 串联类连接装置
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。
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)
显然两图中，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。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。
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。
【名师点晴】
【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CO ，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO 转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转
2 2
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LiCoO +2H O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-
2 2
D．若甲室Co2+减少 ，乙室Co2+增加 ，则此时已进行过溶液转移
【思维建模】
“串联”类电池的解题流程
【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—N )，该电池在放电过
2
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：2LiN===N ↑＋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( )
3 2
A．乙电极上的反应为2LiN－6e－===N ↑＋6Li＋
3 2
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成LiN
3
C．石墨a电极和m、n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
考点三 离子交换膜装置
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
(1)交换膜类型及特点
交换膜
阳膜 阴膜 双极膜 特定的交换膜
类型
阳 离 阴 离 只允许特定的离子
中间层中的HO解离出H＋
允许通 子移向原电 子移向原电 2 或分子通过，如质子交
和OH－，H＋移向原电池的正极
过的离子及 池 的 正 极 池 的 负 极 换膜只允许H＋通过，氯
(电解池的阴极)，OH－移向原电
移动方向 (电解池的 (电解池的 离子交换膜只允许 Cl－
池的负极(电解池的阳极)
阴极) 阳极) 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
通性
的一极
(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
①隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。
②限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。
③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HO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
【名师点晴】知识点2 含膜电解池装置分析
(1)两室电解池：
例如，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－===Cl↑，
2
阴极室中的电极反应：2HO＋2e－===H ↑＋2OH－，
2 2
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。
(2)三室电解池
例如，利用三室电解装置制备NH NO ，其工作原理如图所示。
4 3阴极的NO被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋HO，NH通过阳离子交换膜进入中间室；
2
阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2HO===NO＋4H＋，NO通过阴离子交换膜进入中间室。
2
根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7HO=====3NH NO ＋2HNO ，为使电解产物全
2 4 3 3
部转化为NH NO ，补充适量NH 可以使电解产生的HNO 转化为NH NO 。
4 3 3 3 4 3
(3)多室电解池
例如，“四室电渗析法”制备HPO (次磷酸)，其工作原理如图所示：
3 2
电解稀硫酸的阳极反应：2HO－4e－===O ↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室
2 2
中的HPO穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质HPO ；
2 3 2
电解NaOH稀溶液的阴极反应：4HO＋4e－===2H ↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入
2 2
阴极室，可得副产品NaOH。
3．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。
4．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法【例3】 (2024·湖北卷，14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用HC O 和NH OH电化
2 2 4 2
学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中HO解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶
2
液中，甲醛转化为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
2 2 2 2
反应为[OCH O]2--e-=HCOO-+H∙。下列说法错误的是( )
2
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
为
C．阳极总反应式 2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H ↑+2H O
2 2
D．阴极区存在反应HC O+2e-+2H+=OHC—COOH+H O
2 2 4 2
【思维建模】
“隔膜”电解池的解题步骤
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。
【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
NaB(OH) 溶液可制备HBO，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
4 3 3A．NaB(OH) 中B的化合价为+3价
4
B．N室发生的电极反应式为2HO+2e-=H ↑+2OH-
2 2
C．去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影响HBO 的纯度
3 3
D．a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜
考点四 电化学综合计算
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。
1．解题关键
(1)电极名称要区分清楚；
(2)电极产物要判断准确；
(3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。
2．三种计算方法
(1)根据总反应式计算
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。
(2)根据电子守恒计算
①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。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(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，n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。
【名师提醒】
在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×N ×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
A
【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( )
A．阳极反应：2Cl--2e-= Cl ↑
2
B．阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1molFe O，阳极室溶液减少
2 3
D．理论上每消耗1molFe O，阴极室物质最多增加
2 3
【名师点睛】
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H 2.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl 0.1 mol，C极上析出Cu6.4g。甲池中H＋被还原生成H，溶液
2 2 2
pH变大；乙池中是电解CuCl ，电解后再加入适量CuCl 固体可使溶液复原。
2 2
【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。
(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
4
物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(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)。
【思维建模】串联电化学装置中阴、阳两极产物，正负两极产物间的计算，常依据电子守恒计算，即每个电极上转
移的电子数相同。
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
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-=H ↑+2OH-
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：
3．(2023•浙江省1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO 和SiO 获得电池材料(TiSi)，电解装置
2 2
如图，下列说法正确的是( )
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A的电极反应：8H++TiO+SiO +8e-=TiSi+4H O
2 2 2
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
4．(2023•山东卷，11)利用热再生氨电池可实现CuSO 电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、
4
乙两室均预加相同的CuSO 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( )
4
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++4NH=[Cu(NH)]2+
3 3 4
D．NH 扩散到乙室将对电池电动势产生影响
3
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
KNO 溶液制氨。工作时，HO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
3 2说法不正确的是( )
A．电解总反应：KNO+3H O= NH ·H O+2O↑+KOH
3 2 3 2 2
B．每生成1mol NH ·H O，双极膜处有9 mol的HO解离
3 2 2
C．电解过程中，阳极室中 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
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WO2-/WO 2-数量不变
4 5
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
7．(2022•全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO 离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以
2
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SO 2-通过隔膜向Ⅱ区迁移
4
C． MnO 电极反应：MnO +2e-+4H+=Mn2++2H O
2 2 2
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO+4H+=Zn(OH) 2-+Mn2++2H O
2 4 2
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) ]，过程如图所示
2
( 为甲基)。下列说法正确的是( )
A．生成1 mol Li[P(CN) ]，理论上外电路需要转移2mol电子
2
B．阴极上的电极反应为：P+8CN--4e-=4[P(CN) ]-
4 2
C．在电解过程中CN-向铂电极移动
D．电解产生的H 中的氢元素来自于LiOH
2
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++2H O 2 Co +O ↑+4H+
2 2
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O 生成，Fe O 逐渐溶解，下列
2 2 3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，CuCl 溶液浓度变大
2
D．当0.01mol Fe O 完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
2 3
11．(2021•湖北选择性考试，15) Na Cr O 的酸性水溶液随着H浓度的增大会转化为CrO 。电解法制
2 2 7 3
备CrO 的原理如图所示。下列说法错误的是( )
3
A．电解时只允许H通过离子交换膜
B．生成O 和H 的质量比为8：1
2 2
C．电解一段时间后阴极区溶液OH的浓度增大
D．CrO 的生成反应为：Cr O2＋2H＝2CrO＋HO
3 2 7 3 2
12．(2021•海南选择性考试，9)液氨中存在平衡：2NH NH ++NH-。如图所示为电解池装置，
3 4 2
以KNH 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
2
( )A．b电极连接的是电源的负极 B．a电极的反应为2NH +2e-=H +2NH-
3 2 2
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
13．(2021·江苏卷，12)通过下列方法可分别获得H 和O ：①通过电解获得NiOOH和H(如图)；②在
2 2 2
90℃将NiOOH与HO反应生成Ni(OH) 并获得O。下列说法正确的是
2 2 2
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) +OH--e-=NiOOH+H O
2 2
C．电解的总反应方程式：2HO 2H↑+O ↑
2 2 2
D．电解过程中转移4mol电子，理论上可获得22.4LO
2
