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专题42 多池串联与膜装置
考点
十年考情（2015-2024）
命题趋势
考点1 多池串
联装置
2022•山东卷
交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材
料与能发生反应的电解质溶液直接接触，
能提高电流效率。这类试题均以“文字叙
述+离子交换膜+电化学装置图”的方式呈
现，考查的并不是离子交换膜的具体结
构，而是以离子交换膜在化学电源、电解
制备物质或电渗析等方面的实际应用为载
体，考查电化学基础知识及基本的化学思
想与方法。
考点2 单膜装
置
2023•山东卷、2020•山东卷、2016·浙
江理综、2015·天津卷
考点3 双膜装
置
2022•全国甲卷、2021•广东选择性卷、
2021•天津卷、2020•山东卷、2016·全
国I 卷
考点1 多池串联装置
1．(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-
1
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D．若甲室Co2+减少
，乙室Co2+增加
，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】A 项，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，A 错误；B 项，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，B 正确；C 项，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，C 错误；D 项，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，D 正确；故选BD。
考点2 单膜装置
1．(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
【答案】CD
【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。
2．(2020•山东卷，13)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所
示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
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A．阳极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH 未变
C．电解过程中，H+由a 极区向b 极区迁移
D．电解一段时间后，a 极生成的O2与b 极反应的O2等量
【答案】D
【解析】a 极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b 极通入氧气，生成过氧化氢，氧元
素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。A 项，依据分析a 极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所
以阳极的反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A 正确，但不符合题意；B 项，电解时阳极产生氢离子，氢离子
是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH 值不变，故B 正确，但不符合
题意；C 项，有B 的分析可知，C 正确，但不符合题意；D 项，电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H+
+O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a 极生成的氧气
小于b 极消耗的氧气，故D 错误，符合题意；故选D。
3．(2016·浙江理综，11)金属(M)–空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源
汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理
论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面
B．比较Mg、Al、Zn 三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高
C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n
D．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜
【答案】C
【解析】根据题给放电的总反应4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n，氧气在正极得电子，由于有阴离子交换
膜，正极反应式为O2+2H2O+4e–=4OH-，故选C。
4．(2015·天津卷，4)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列
有关叙述正确的是( )
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A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO4
2-)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
【答案】C
【解析】由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发生氧化反应，铜电极为正极，得电子，
发生还原反应，A 项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO4
2-)不变，B 项错误；电
解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2++2e-=Cu，其溶液中的离子转换为
Cu2+→Zn2+，摩尔质量M(Cu2+)<M(Zn2+)，乙池溶液的总质量增加，C 项正确；阳离子交换膜只允许阳离子
和水分子通过，电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过
交换膜，D 项错误。
考点3 双膜装置
1．(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) 4
2-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SO4
2-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) 4
2-+Mn2++2H2O
【答案】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) 4
2-，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SO4
2-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成
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Zn(OH) 4
2-，Ⅱ区的SO4
2-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SO4
2-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) 4
2-+Mn2++2H2O，D 正确；故选A。
2．(2021•广东选择性卷，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+
【答案】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；故选D。
3．(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
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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)
【答案】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。
4．(2020•山东卷，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得
电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl 溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含
CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为 CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+
B．隔膜1 为阳离子交换膜，隔膜2 为阴离子交换膜
C．当电路中转移1mol 电子时，模拟海水理论上除盐58.5g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：1
【答案】B
【解析】据图可知a 极上CH3COOˉ 转化为CO2和H+，C 元素被氧化，所以a 极为该原电池的负极，则b
极为正极。A 项，a 极为负极，CH3COOˉ 失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为
CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A 正确；B 项，为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向
负极，即a 极，则隔膜1 为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b 极，则隔膜2 为阳离子交换膜，故B
错误；C 项，当电路中转移1mol 电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ 移向负极，同时有
1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C 正确；D 项，b 极为正极，水溶液为酸性，所以
氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol 电子时，正极产生4mol 气体，根
据负极反应式可知负极产生2mol 气体，物质的量之比为4：2=2：1，故D 正确；故选B。
5．(2016·全国I 卷，11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd
均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO4
2－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被
阻挡不能进入中间隔室。
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下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO4
2－离子向正极迁移，正极区溶液pH 增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH 和H2SO4产品
C．负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH 降低
D．当电路中通过1mol 电子的电量时，会有0.5mol 的O2生成
【答案】B
【解析】A 项，电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间隔室的SO4
2－离子向正极迁移；正极
区氢氧根放电，产生氢离子，所以正极区溶液pH 减小，错误；B 项，阳极区氢氧根放电，产生硫酸，阴
极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH 和H2SO4产品，正确；
C 项，负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H+)增大，所以负极区溶液pH 升高，错误；D 项，当电路中通
过1mol 电子的电量时，会有0.25mol 的O2生成，错误。
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