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第04 讲 电化学原理的综合应用
目录
一、题型精
讲
题型01 考查原电池和电解池的一池两用.......................................................................................................1
题型02 考查电解原理在物质制备中的应用...................................................................................................4
题型03 考查多池串联装置分析.......................................................................................................................7
题型04 考查电化学原理在环境保护中的应用.............................................................................................11
题型05 考查电化学有关计算......................................................................................................................... 14
题型06 考查电化学装置中离子交换膜的分析.............................................................................................18
二、靶向突破
题型01 考查原电池和电解池的一池两用
【解题通法】一池两用分析
用如图所示装置进行实验：
1.若开始时K 与N 连接，则构成原电池，铁电极发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；石墨电极产生的现
象为有无色气泡产生。
2.若开始时K 与M 连接，则构成电解池，铁电极发生的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；石墨电极产生的
现象为有淡黄绿色气泡产生。一段时间后，溶液的pH 增大。
3.若用铝条和镁条分别代替图中石墨和铁电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反
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应式：Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O。
【例1】 （2025·湖南长沙·一模）如图所示装置，下列说法不正确的是( )
选项
开关状态
溶液A
电极B
说明
A
打开K1，闭合K2
NaCl
石墨
正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B
打开K1，闭合K2
NaCl
Zn
金属Zn 逐渐溶解
C
打开K2，闭合K1
CuSO4
Cu
铁表面镀铜
D
打开K2，闭合K1
CuSO4
粗铜
电解精炼铜
【答案】D
【解析】打开K1、闭合K2为原电池，Fe 为负极，石墨为正极，正极上氧气得电子，则正极反应：O2＋
2H2O＋4e－===4OH－，A 正确；打开K1、闭合K2为原电池，Zn 为负极，Zn 失去电子生成Zn2＋，负极逐渐
溶解，B 正确；打开K2、闭合K1为电解池，Fe 为阴极，Cu 为阳极，阳极的金属铜逐渐溶解，阴极上Cu2＋
得电子生成Cu 附着在铁的表面，C 正确；打开K2、闭合K1为电解池，Fe 为阴极，粗铜为阳极，电解精炼
铜时阴极应该是纯铜，D 错误。
【变式1-1】（2025·江苏南通·一模）如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl 溶液的U 形管中，下列分
析错误的是( )
A．闭合K1构成原电池，闭合K2构成电解池
B．闭合K1，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
C．闭合K2，铁棒不会被消耗
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D．闭合K1，石墨棒周围溶液pH 逐渐减小
【答案】D
【解析】闭合K1构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，B 正确；
闭合K2构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极不会被消耗，C 正确；闭合K1构成原电池，石墨棒
是正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒周围溶液pH 逐渐升高，D 错误。
【变式1-2】（2025·湖北宜昌·一模）如图是铅酸蓄电池的工作原理示意图，已知放电时电池反应为PbO2
＋Pb＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O。下列有关说法正确的是( )
A．K 与N 连接时，该装置中电能转化为化学能
B．K 与N 连接时，H＋向负极移动
C．K 与M 连接时，a 为电源的负极
D．K 与M 连接时，阳极附近溶液的pH 逐渐增大
【答案】C
【解析】K 与N 连接时，该装置是原电池，放电过程中化学能转化为电能，A 错误；形成原电池时H＋向
正极移动，B 错误；K 与M 连接时，装置进行充电过程，Pb 作为原电池的负极连接到电源的负极，所以a
是电源的负极，C 正确；K 与M 连接时，阳极生成PbO2和H＋，附近溶液的pH 逐渐减小，D 错误。
【变式1-3】（2025·吉林·二模） “容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。闭
合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a 电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是( )
A．充电时，a 电极连接电源的负极
B．放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋
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C．放电时，H＋从a 极区移向b 极区
D．充电时，BiHx只起导电的作用
【答案】D
【解析】充电时为电解池，根据总反应：Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋可知，Cr3＋发生得电子的还原反应生
成Cr2＋，a 电极为阴极，应连接电源的负极，A 正确；放电时，b 电极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应
生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B 正确；电池放电时，a 电极为负极，b 电极为正极，则H＋从a
极区移向b 极区，C 正确；充电时，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，左侧发生的反应为BiHx ＋ Cr3
＋===Bi＋Cr2＋＋H，BiHx起导电和转移电子的作用，D 错误。
题型02 考查电解原理在物质制备中的应用
电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多
不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，
即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到
浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
【解题通法】利用电解原理进行物质制备解题思路
【例2】（2025·江西赣州·一模）一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(
)
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A．a 为直流电源的正极
B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
C．工作时，乙池中溶液的pH 不变
D．若有1 mol 离子通过A 膜，理论上阳极生成0.25 mol 气体
【答案】D
【解析】A 项，电解法制备铬，则Cr 电极应该是阴极，即a 为直流电源的负极，错误；B 项，阴极反应式
为Cr3＋＋3e－===Cr，错误；C 项，工作时，甲池中硫酸根离子移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中
硫酸浓度增大，溶液的pH 减小，错误；D 项，若有1 mol 离子通过A 膜，即丙池产生1 mol 氢离子，则理
论上阳极生成0.25 mol 氧气，正确。
【变式2-1】（2025·安徽滁州·一模）NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制
备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A．若直流电源为铅酸蓄电池，则b 极为Pb
B．阳极反应式为ClO2＋e－===ClO
C．交换膜左侧NaOH 的物质的量不变，气体X 为Cl2
D．制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由交换膜左侧向右侧迁移
【答案】C
【解析】二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程发生了还原反应，应该发生在阴极，所以a 是负极，b
是正极，若直流电源为铅酸蓄电池，则b 极为正极，应该是PbO2，故A 错误；由总反应式2ClO2＋
2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交换膜左边NaOH 的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，
产生氯气，气体X 为Cl2，故B 错误、C 正确；Na＋由交换膜右侧向左侧迁移，故D 错误。
【变式2-2】（2025·广东茂名·一模）如图为通过EFC 剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意
图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法
正确的是( )
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A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
【答案】B
【解析】电解池的阳极上O2－发生失电子的氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，A 错误；电解池
的阴极上发生TiO2得电子的还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，B 正确；电解池中，电解质
里的阴离子O2－、Cl－均移向阳极，C 错误；石墨电极会和阳极上产生的O2发生反应，产生CO、CO2气
体，电极本身被消耗，质量减小，D 错误。
【变式2-3】（2025·河北·二模）我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制
H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法错误的是( )
A．a 为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应
B．b 电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．每转移6 mol 电子，a 电极产生1 mol N2
D．电解一段时间，a 极区溶液pH 升高
【答案】D
【解析】电解池工作时，CO(NH2)2失去电子，a 为阳极发生氧化反应，A 正确；阴极水得电子产生H2，电
极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B 正确；阳极的电极反应式为CO(NH2)2－6e－＋6OH－===CO2↑＋
N2↑＋5H2O，若电路中通过6 mol 电子，阳极产生N2的物质的量为n(N2)＝6 mol×＝1 mol，C 正确；由a 极
电极反应式知OH－被消耗，溶液中H＋浓度增大，溶液的pH 降低，D 错误。
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题型03 考查多池串联装置分析
1.常见多池串联装置图
(1)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。
(2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙)
甲、乙两图中，A 均为原电池，B 均为电解池。
2.多池串联中，装置类型的判断
(1)装置类型的判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；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。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。如图所示：B 为原电池，A 为电解池。
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(2)常用规律
①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。
②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生
的反应。
【方法技巧】判断电池类型
①有外接电源时，各电池均为电解池。
②无外接电源时，燃料电池、铅酸蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。
③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。
④根据电极反应现象判断。
【解题通法】串联装置的解题流程
【例3】（2025·山东·二模）烧杯甲中盛放0.1 mol·L－1的稀硫酸，烧杯乙中盛放0.1 mol·L－1的氯化铜溶液
(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是( )
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A．甲中Fe 极质量减少，C 极有气体产生
B．甲为电解池，乙为原电池
C．当烧杯甲中产生0.1 mol 气体时，乙烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol
D．经过一段时间，烧杯甲中溶液的pH 增大
【答案】B
【解析】甲中Fe、C、稀硫酸形成原电池，甲、乙串联，甲为乙提供电能，所以乙为电解池，故B 项错
误；甲中电极反应式为正极(C)：2H＋＋2e－===H2↑，负极(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋，所以甲中Fe 极质量减
少，C 极有气体产生，经过一段时间，烧杯甲中溶液的pH 增大，故A、D 项正确；乙中电极反应式为阴
极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，甲、乙串联，通过的电量相等，当烧杯甲中产生0.1
mol H2时，转移0.2 mol 电子，烧杯乙中生成0.1 mol Cl2，故C 项正确。
【变式3-1】（2025·广东·二模）某化学学习小组学习电化学后，设计了下面的实验装置图，则下列有关该
装置图的说法正确的是 ( )
A．合上电键后，盐桥中的阳离子向甲池移动
B．合上电键后，丙池为电镀银的电镀池
C．合上电键后一段时间，丙池中溶液的pH 增大
D．合上电键后，当丁池中生成标准状况下1 120 mL Cl2时，丁池中理论上最多产生2.9 g 固体
【答案】D
【解析】甲池与乙池构成原电池，锌为负极，铜为正极，盐桥中阳离子向乙池移动，故A 错误；电镀银
时，银应该作为阳极，但丙池中银为阴极，故B 错误；丙池在电解过程中，不断生成H＋，溶液的pH 减
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小，故C 错误；丁池电解氯化镁溶液生成氯气、氢气和Mg(OH)2沉淀，根据反应过程中的电子得失守恒可
得关系式：Cl2～Mg(OH)2，丁池中生成标准状况下1 120 mL Cl2时，可得Mg(OH)2的物质的量为＝0.05
mol，质量为0.05 mol×58 g/mol＝2.9 g，故D 正确。
【变式3-2】（2025·广西北海·一模）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利
用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b 电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正
确的是( )
A．a 电极的电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
B．c、d 离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
D．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得160 g NaOH
【答案】B
【解析】浓差电池放电时，两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等
时，停止放电，电池放电过程中，Cu(1)电极上发生使Cu2＋浓度降低的还原反应，作为正极，Cu(2)电极上
发生使Cu2＋浓度升高的氧化反应，作为负极，则在右侧的电解池中，a 为电解池的阴极，H2O 得到电子发
生还原反应生成H2，b 为电解池的阳极，H2O 失去电子发生氧化反应生成O2。a 为电解池的阴极，电极反
应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A 项正确；因溶液呈电中性，a 电极附近产生了OH－，必须让Na＋通过
c 膜向a 电极移动，则c 为阳离子交换膜，b 电极附近产生了H＋，必须让SO 通过d 膜向b 电极移动，则d
为阴离子交换膜，B 项错误；Cu(1)为正极，得到电子，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C 项正确；电池从
开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5 mol·L－1逐渐降低到1.5 mol·L－1，负极区硫酸铜溶液
的浓度由0.5 mol·L－1逐渐升高到1.5 mol·L－1，正极反应消耗Cu2＋的物质的量为2 L ×(2.5－1.5)mol·L－1＝2
mol，电路中转移4 mol 电子，电解池的阴极生成4 mol OH－，即阴极区可得4 mol 氢氧化钠，其质量为
160 g，D 项正确。
【变式3-3】（2025·山东日照·一模）某实验小组设计如图所示装置，下列说法错误的是( )
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A.乙池中电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag 电极
B.甲池通入CH4的电极反应式为CH4＋8e－＋10OH－===CO＋7H2O
C.反应一段时间后，向乙池中加入一定量CuCO3固体能使CuSO4溶液恢复到原来的状态
D.甲池中消耗0.56 L(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生2.90 g 固体
【答案】B
【解析】甲池为燃料电池，通入甲烷的是负极，通入氧气的是正极，电流由正极流出经过乙、丙池最终流
向负极。乙、丙池是电解池，乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag 电极
为阴极，丙池中，阳极是与乙池相连的电极，发生的是氯离子失去电子的氧化反应，阴极是与甲池相连的
电极，水放电产生氢气。乙池中石墨连接甲池的正极，为电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，Ag 电极为阴
极，电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag 电极，故A 正确；甲池通入CH4的电极为负极，失去电子，
电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，故B 错误；乙池发生的是电解池反应，两极析出的分别
是Cu 和O2，因此加入CuCO3或CuO 后溶液能够复原，故C 正确；甲池中正极电极反应式为O2＋2H2O＋
4e－===4OH－，0.56 L(标准状况下)O2物质的量为0.025 mol，转移电子0.1 mol，根据丙池中，阴极是与甲
池相连的电极，水放电产生氢气，转移0.1 mol 电子，减少0.1 mol 氢离子，生成0.1 mol 氢氧根离子，镁离
子和氢氧根离子结合为氢氧化镁，理论上最多产生0.05 mol 氢氧化镁，质量为0.05 mol×58 g/mol＝2.90 g，
故D 正确。
题型04 考查电化学原理在环境保护中的应用
【解题通法】电化学原理在环境保护中的应用解题思路
利用电化学原理把污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或少污染、高度
灵活性和经济性等优点。
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【例4】（2025·四川绵阳·一模）为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如
图所示。下列有关该装置的说法中错误的是( )
A．a、b 分别为电源的负极、正极
B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O
C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
【答案】B
【解析】左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4，M 极作阴极，电解池阴极与电源负极相连，则a
为电源的负极，b 为电源的正极，A 正确；左池发生的电极反应应为2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，B 错
误；为增强溶液导电性，同时为减少杂质，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C 正确；右池为电解池的阳极
区，H2O 失电子发生氧化反应生成O2和H＋，D 正确。
【变式4-1】（2025·宁夏银川·一模）某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，工
作原理如图所示。经过一段时间后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排
放标准。下列说法不正确的是( )
A．阴极区发生的电极反应包括：2H＋＋2e－===H2↑
B．还原Cr2O 的主要方式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．废水的pH 过高或过低均会降低铬的去除率
D．电解槽工作时，Cr2O 通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室
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【答案】D
【解析】耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，在阴极区，H＋得电子，发生的电极反应包括：2H＋＋2e－
===H2↑，A 正确；在阳极区，Fe 失电子生成的Fe2＋还原Cr2O，主要方式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋
6Fe3＋＋7H2O，B 正确；若废水的pH 过高，会直接与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀，影响Cr2O 的还原，若
pH 过低，会将Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀溶解，都会降低铬的去除率，C 正确；电解槽工作时，因为Cr2O 要
进入阳极区被Fe2＋还原，所以Cr2O 通过阴离子交换膜从阴极室进入阳极室，D 错误。
【变式4-2】（2025·湖南·二模）电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(
)
A．铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．通入甲烷的石墨的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
C．为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量食盐
D．若左池石墨电极产生44.8 L 气体，则消耗0.5 mol 甲烷
【答案】D
【解析】铁连接原电池的正极，为电解池的阳极，被氧化，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ ，故不选A；
通甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，故不选
B；加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、不参与电极反应的盐，可用食盐，故不选C；未
说明标准状况，无法计算，故选D。
【变式4-3】（2025·河南·二模）利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O 构成电池的方法，既能实现有效消
除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
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C．电极A 的反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.8 mol
【答案】C
【解析】由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O 可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则电极A 为负
极，电极B 为正极，电流由正极经导线流向负极，故A 正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电
池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮与OH－反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原
电池不能正常工作，故B 正确；电解质溶液呈碱性，则负极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故
C 错误；当有4.48 L 即0.2 mol NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.2 mol×(4－0)＝0.8 mol，
故D 正确。
题型05 考查电化学有关计算
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。
【解题通法】电化学有关计算常用解题步骤
(1)正确书写电极反应式，注意阳极本身是否发生反应，当溶液中有多种离子放电时，注意离子放电的顺序
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【例5】（2025·海南海口·一模）我国科学家采用双极膜实现连续合成氨，电解装置工作原理如图所示。图
中的双极膜中间层中的H2O 解离为H＋和OH－，并在电流作用下分别向两极迁移。
下列说法错误的是( )
A.催化电极a 上的电势低于催化电极b
B.工作一段时间后，右室中c(OH－)不变
C.生成氨气和氧气的质量比为17 64
∶
D.若使用铅酸蓄电池作电源，获得1 mol NH3时，铅酸蓄电池中有8 mol H2O 生成
【答案】B
【解析】由示意图可知，催化电极a 上的电极反应为6H2O＋NO＋8e－===NH3↑＋9OH－，电极a 为阴极；
催化电极b 上的电极反应为8OH－－8e－===2O2↑＋4H2O，电极b 为阳极。催化电极a(阴极)上的电势低于催
化电极b(阳极)，故A 正确；当电路中转移8 mol e－时，右室消耗8 mol OH－，同时生成4 mol H2O，且双
极膜会向右室迁移8 mol OH－，因此右室中c(OH－)减小，故B 错误；由电极方程式可知，8e－～NH3～
2O2，因此生成的m(NH3)∶m(O2)＝17 32×2
∶
＝17 64
∶
，故C 正确；铅酸蓄电池放电方程式为Pb＋PbO2＋
2H2SO4===2PbSO4＋2H2O～2e－。当生成1 mol NH3时，电路中转移8 mol e－，由铅酸蓄电池的方程式可知
铅酸蓄电池对应生成8 mol H2O，故D 正确。
【变式5-1】（2025·陕西·二模）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( )
性和阶段性。
(2)根据得失电子守恒和各电极反应式，逐步计算各电极不同阶段的生成物的物质的量。由此得出各电极质
量的变化或各电极产生气体体积的定量关系。
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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，CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
【答案】C
【解析】根据题图，结合题意知，石墨电极Ⅱ上H2O 发生氧化反应产生O2，故石墨电极Ⅱ是阳极，则b 是
电源的正极、a 是电源的负极，A 项正确；石墨电极Ⅱ上H2O 放电产生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋
O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B 项正确；电解时，Cu2＋在石墨
电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C 项错误；
由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O 和阳极反应式可得Fe2O3～O2，故产生O2的体积是×0.01 mol×22.4 L·mol－
1×103 mL·L－1＝336 mL，D 项正确。
【变式5-2】（2025·江西·二模）复分解电渗析(Electrodialysis Metathesis，EDM)具有重组和浓缩离子的独
特性能，基于四隔室结构特点，通过离子重组可发生类似复分解反应，将少量的低溶解度(或不溶解)的盐
类转化为高溶解度的盐。图中所示为复分解电渗析装置，以KCl 和NaNO3为原料制备无氯钾肥(KNO3)并
回收NaCl。下列说法错误的是( )
A.浓缩B 室中的产品为KNO3，为使产品纯净，该室进液口宜选择蒸馏水
B.阳极所选电解质溶液宜选择一定浓度的NaOH 溶液，其电极反应方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C.阴极每产生11.2 L H2(标准状况下)，淡水A 室有1 mol Cl－进入到浓缩A 室中
D.该复分解电渗析装置中①③⑤选择阳离子交换膜为宜，②④选择阴离子交换膜为宜
【答案】A
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【解析】由题干图示信息可知，左侧电极接电源的正极作阳极，右侧电极接电源的负极作阴极，电解质中
的阳离子由左向右移动，阴离子由右往左移动，故离子交换膜③为阳离子交换膜，K＋进入浓缩B 室，离子
交换膜④为阴离子交换膜，硝酸根离子进入浓缩B 室，②为阴离子交换膜，Cl－进入浓缩A 室，⑤为阳离
子交换膜，Na＋进入阴极室，①为阳离子交换膜，Na＋进入浓缩A 室，据此分析解题。由分析可知，离子
交换膜③为阳离子交换膜，K＋进入浓缩B 室，离子交换膜④为阴离子交换膜，硝酸根离子进入浓缩B 室，
则浓缩B 室中的产品为KNO3，由于蒸馏水导电性太差，为使产品纯净，该室进液口宜选择稀的KNO3溶
液以增强导电性，而不选择蒸馏水，A 错误；由分析可知，①为阳离子交换膜，Na＋进入浓缩A 室，故阳
极所选电解质溶液宜选择一定浓度的NaOH 溶液，阳极发生氧化反应，故其电极反应方程式为4OH－－4e－
===O2↑＋2H2O，B 正确；由分析可知，阴极电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极每产生11.2 L 即
＝0.5 mol H2(标准状况下)，则电路上转移1 mol 电子，故淡水A 室有1 mol Cl－进入到浓缩A 室中，C 正确；
由分析可知，该复分解电渗析装置中①③⑤选择阳离子交换膜为宜，②④选择阴离子交换膜为宜，D 正确。
【变式5-3】（2025·吉林松原·一模）羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家
设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O 的原电池－电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。下列说
法错误的是( )
A.a 极1 mol Cr2O 参与反应，理论上NaCl 溶液中离子数不变
B.电池工作时，b 极附近pH 减小
C.右侧装置中，c、d 两极产生气体的体积比(相同条件下)为3 7∶
D.d 极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
【答案】C
【解析】由图示结合题意分析可知左侧为原电池装置，右侧为电解池装置，且a 极反应为Cr2O＋6e－＋
7H2O===2Cr(OH)3＋8OH－，b 极反应为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，据此回答。a 极Cr2O 得
电子生成Cr(OH)3，所以a 是正极、b 是负极；又a 极反应Cr2O＋6e－＋7H2O===2Cr(OH)3＋8OH－，则a 极
1 mol Cr2O 参与反应转移6 mol 电子，OH－通过阴离子交换膜进入NaCl 溶液中；b 是负极，转移6 mol 电
子时有6 mol H＋通过阳离子交换膜进入NaCl 溶液中，OH－、H＋反应生成水，理论上NaCl 溶液中离子数
不变，A 正确；电池工作时，b 极反应为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，b 极附近pH 减小，B
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正确；右侧为电解装置，c 是阴极，c 极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，d 为阳极，d 极反应式为H2O－e－
===·OH＋H＋，C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，转移28 mol 电子，c 极生成14 mol 氢气，d 极生成6
mol 二氧化碳气体，所以两极产生气体的体积比(相同条件下)为7 3∶，C 错误；d 极区苯酚被·OH 氧化为二氧
化碳，反应的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，D 正确。
题型06 考查电化学装置中离子交换膜的分析
1.离子交换膜的分类和应用
2.实例分析
用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH 反应生成NaClO，影响NaOH 的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH 不纯。
3.水溶液中电解制备金属钴的装置示意图
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4.多室电化学装置思维流程
【解题通法】含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
【例6】（2025·浙江舟山·一模）三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图，下列说法正确的
是( )
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A.酸碱的浓度：进等于出
B.右侧电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C.装置工作一段时间后，n(a)∶n(b)＝2 1∶
D.右侧离子交换膜为阴离子交换膜
【答案】B
【解析】三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱，由图可知，中间室离子向两侧迁移，右侧得到氢氧化锂、
左侧得到硫酸，则右侧电极为阴极，水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子；左侧电极为阳极，水放
电发生氧化反应生成氧气和氢离子。A.由分析可知，左室有生成氢离子和迁移过来的硫酸根离子，硫酸浓
度变大；右室有生成的氢氧根离子和迁移过来的锂离子，氢氧化锂浓度变大，A 错误；B.右侧电极水放电
发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B 正确；C.由分析可知，
a 为生成的氧气、b 为生成的氢气，根据电子守恒可知，生成气体n(a)∶n(b)＝1 2∶，C 错误；D.右侧离子交换
膜可以让锂离子通过，为阳离子交换膜，D 错误。
【变式6-1】（2025·江苏·二模）双极膜在电场作用下可以提供OH－和H＋。科学家通过使用双极膜电渗析
法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.与电源正极相连一极为电极X
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B.隔膜1、隔膜2 均为阳离子交换膜
C.循环液1 和循环液2 中的成分相同
D.该方法可以同时将海水进行淡化
【答案】B
【解析】电极X 上发生反应：Fe(CN)＋e－===Fe(CN)，电极X 上发生得电子的还原反应，X 作阴极，应与
电源负极相连，故A 错误；由电极X 反应可知，循环液1 中负电荷数增加，为平衡溶液中电荷，则海水中
的钠离子应通过隔膜1 进入左室；电极Y 反应为Fe(CN)－e－===Fe(CN)，循环液2 中负电荷数减少，为平
衡溶液中电荷，则循环液中钾离子应通过隔膜2 进入左室，这样才能保持循环液中的离子不出现交换，故
B 正确；由图中信息可知循环液1 中最终含Fe(CN)、循环液2 中最终含Fe(CN)，两者成分不同，故C 错误；
由上述分析可知海水中钠离子最终移向阴极区，但氯离子不能通过双极膜进入阳极区，同时钠离子最终仍
在处理后的海水中，因此不能实现海水淡化，故D 错误。
【变式6-2】（2025·黑龙江佳木斯·一模）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)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SO 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)＋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)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔
膜向Ⅱ区迁移，A 错误；Ⅰ区的SO 通过隔膜向Ⅱ区移动，B 正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－
＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C 正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2O，D
正确。
【变式6-3】（2025·辽宁·二模）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
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盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)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。下列说法错误的是( )
A.装置工作时，甲室溶液pH 逐渐减小
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－===Li＋＋Co2＋＋4OH－
D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
【答案】C
【解析】电池工作时，左边装置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，H＋、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液
pH 减小，A 正确；对于乙室，正极上LiCoO2 得到电子，被还原为Co2＋，同时得到Li＋，电极反应式为
LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，C 错误；依据电子守恒，乙室消耗的H＋比负极CH3COO－反应产
生的H＋多，因而需补充盐酸，B 正确；根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2＋增加的
质量是甲室Co2＋减少质量的2 倍，而实际二者倍数为＝1.5<2，故此时已进行过溶液转移，D 正确。
1.（2025·重庆卷）下图为AgCl-Sb 二次电池的放电过程示意图如图所示。
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下列叙述正确的是
A．放电时，M 极为正极
B．放电时，N 极上反应为Ag−e
−+Cl
−= AgCl
C．充电时，消耗4 mol Ag 的同时将消耗1mol Sb4O5Cl2
D．充电时，M 极上反应为Sb4O5Cl2+12e
−+10 H
+= 4Sb+2Cl
−+5 H2O
【答案】D
【分析】由图可知，放电时，N 电极上AgCl→Ag发生得电子的还原反应，为正极，电极反应为：
AgCl+e
−=Ag+Cl
−，M 电极为负极，电极反应为4Sb-12e
−+2Cl
−+5 H2O=Sb4O5Cl2+10 H
+，充电时，
N 为阳极，M 为阴极，电极反应与原电池相反，据此解答。
【解析】由分析可知，放电时，M 电极为负极，A 错误；由分析可知，放电时，N 电极反应为：
AgCl+e
−=Ag+Cl
−，B 错误；由分析可知，建立电子转移关系式：Sb4O5Cl2
12e
∼
−
12Ag
∼
，由此可知，
消耗4molAg，同时消耗1
3 molSb4O5Cl2，C 错误；充电时，M 极为阴极，电极反应与原电池相反：
Sb4O5Cl2+12e
−+10 H
+= 4 Sb+2Cl
−+5 H2O，D 正确；故选D。
2.（2025·广东卷）某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如
图a 和图c，其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上
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A．负极反应的催化剂是ⅰ
B．图a 中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低
C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变
D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
【答案】C
【分析】该燃料电池为氢氧燃料电池，由图可知该原电池的电解质溶液为酸性，氢气发生氧化反应，做负
极，电极方程式为：H 2−2e
−=2 H
+；氧气发生还原反应，做正极，电极方程式为：
O2+ 4 e
−+ 4 H
+=2 H 2O。
【解析】由分析可知，氧气发生还原反应，做正极，正极反应的催化剂是ⅰ，A 错误；图a 中，ⅰ到ⅱ过
程为O2获得第一个电子的过程，根据题中信息，O2获得第一个电子的过程最慢，则ⅰ到ⅱ过程的活化能一
定最高，B 错误；氢气发生氧化反应，做负极，电极方程式为：H 2−2e
−=2 H
+，同时，反应负极每失去
1 个电子，就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室，故电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变，
C 正确；由图a、c 可知，氧气催化循环一次需要转移4 个电子，氢气催化循环一次需要转移2 个电子，相
同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同，D 错误；故选C。
3.（2025·甘肃卷）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH =8.2)电解系统(如下图)。以新型
MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法
错误的是
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A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B．在外电路中，电子从电极1 流向电极4
C．电极3 的反应为：4 OH
−−4e
−=2H2O+O2↑
D．理论上，每通过2mol 电子，可产生1molH2
【答案】D
【分析】由图可知，左侧为原电池，右侧为电解池，电极1 为负极，发生氧化反应，电极反应式为：
Mg-2e-+2OH-=Mg(OH)2，电极2 为正极发生还原反应，电极反应式为：H2O+2e-=H2↑+2OH-，右侧为电解
池，电极3 为阳极，产生氧气，电极4 产生阴极，产生氢气。
【解析】催化剂生长在泡沫镍电极上可加快电解速率，提高催化效率，A 正确；根据分析，电极1 是负
极，电极4 为阴极，电子从电极1 流向电极4，B 正确；由分析可知，电极3 为阳极，发生氧化反应，生成
氧气，电极3 的反应为：4 OH
−−4e
−=2H2O+O2↑，C 正确；根据分析可知，电极2 和电极4 均产生氢
气，理论上，每通过2mol 电子，可产生2molH2，D 错误；故选D。
4.（2024·福建卷）一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含Li
+有机溶液。放电过程中
产生(CF3SO2)2NLi，充电过程中电解LiCl 产生Cl2。下列说法正确的是
A．交换膜为阴离子交换膜
B．电解质溶液可替换为LiCl 水溶液
C．理论上每生成1molCl2，需消耗2molLi
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D．放电时总反应：6Li+ N2+ 4 CF3SO2Cl=2(CF3SO2)2NLi+ 4 LiCl
【答案】D
【分析】放电过程中产生(CF3SO2)2NLi，由图可知，放电过程中氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，
Li3N 又转化为(CF3SO2)2NLi和LiCl，则左侧电极为正极，右侧电极为负极；
【解析】放电过程中负极锂失去电子形成锂离子，锂离子通过阳离子交换膜进入左侧生成(CF3SO2)2NLi，
A 错误；锂为活泼金属，会和水反应，故电解质溶液不能为水溶液，B 错误；充电过程中电解LiCl 失去电
子发生氧化反应产生Cl2：2Cl
--2e
-=Cl2↑，锂离子在阴极得到电子发生还原生成锂单质：
2Li
++2e
-=2Li，则每生成1molCl2，同时生成2mol Li；放电过程中，消耗6mol Li，同时生成4mol
LiCl，则整个充放电过程来看，理论上每生成1molCl2，需消耗1mol Li，C 错误；由分析，放电过程中，
正极氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，Li3N 又转化为(CF3SO2)2NLi和LiCl，负极锂失去电子发生氧
化反应生成锂离子，总反应为6Li+ N2+ 4 CF3SO2Cl=2(CF3SO2)2NLi+ 4 LiCl，D 正确；故选D。
5.（2025·四川卷）最近，我国科学工作者制备了一种Ni−CuO电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电
池，用于还原污水中的NO3
−为NH3，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化
剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的NO3
−逐步还原为NH3。
下列说法错误的是
A．放电时，负极区游离的OH
−数目保持不变
B．放电时、还原1.0mol NO3
−为NH3，理论上需要8.0mol氢原子
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C．充电时，OH
−从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区
D．充电时，电池总反应为4[Al(OH)4]
−=4Al+6H2O+4OH
−+3O2↑
【答案】A
【分析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根，Al−3e
−+4OH
−=[Al(OH)4]
−
，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的NO3
−逐步还
原为NH3，正极区发生反应为NO3
−+8e
−+6H2O=NH3+9OH
−(注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为
阴极，Ni−CuO电极为阳极，据此解答。
【解析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根：Al−3e
−+4OH
−=[Al(OH)4]
−
，当转移3mol 电子时，消耗4 molOH
−，同时正极区会有3molOH
−通过OH
−离子交换膜进行补充，OH
−
净消耗1mol，故负极区游离的OH
−数目会减少，故A 错误；氢原子将吸附在电催化剂表面的NO3
−逐步还原
为NH3，还原1.0mol NO3
−为NH3，由化合价变化可知，得到8mol 电子，所以理论上需要8.0mol氢原子，
故B 正确；充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，OH
−从阴极区穿过OH
−离子交换膜进入阳极区，故C
正确；充电时，电池阴极反应式为4[Al(OH)4]
−+12e
−=4Al+16OH
−，阳极反应式为
12OH
−−12e
−=3O2↑+6H2O，总反应为4[Al(OH)4]
−=4Al+6H2O+4OH
−+3O2↑，故D 正确；故选A。
6.（2025·湖北卷）某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]
3+和[Fe(H2O)6]
2+在电极上发生相互转
化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。
装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是
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A．阴极反应为[Fe(H2O)6]
3++e
−=[Fe(H2O)6]
2+
B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]
2+比[Fe(H2O)6]
3+稳定
C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后[Fe(H2O)6]
2+和
[Fe(H2O)6]
3+离子结构的改变
【答案】B
【分析】由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H 2O)6]
2+−e
−=[Fe(H 2O)6]
3+，则左侧为阳极，右侧电极反
应为[Fe(H 2O)6]
3++e
−=[Fe(H 2O)6]
2+，则右侧电极为阴极，据此解答。
【解析】由分析可知，阴极反应为[Fe(H2O)6]
3++e
−=[Fe(H2O)6]
2+，A 正确；已知②处的电解液温度比①
处的低，则可推断[Fe(H2O)6]
3++e
−=[Fe(H2O)6]
2+是吸热反应，无法推断[Fe(H2O)6]
3+和[Fe(H2O)6]
2+的稳
定性，B 错误；多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C 正确；题干明确指出电子转移
过程非常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移（即氧化还原反应）本身不会直接导致结构变化，
热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子：[Fe(H2O)6]
2+和[Fe(H2O)6]
3+因配位环境或电荷分布
变化引起的结构重组导致热量变化，D 正确；故选B。
7.（2025·广东卷）一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上MnO2减少；电极材料每转移
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1mol 电子，对应的理论容量为26.8 A⋅h。下列说法错误的是
A．充电时Ⅱ为阳极
B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH 降低
C．放电时负极反应为：MnS−2e
−=S+ Mn
2+
D．充电时16gS 能提供的理论容量为26.8 A⋅h
【答案】B
【分析】放电时，电极Ⅱ上MnO2减少，说明MnO2转化为Mn2+，化合价降低，发生还原反应，为原电池的
正极，由于电解质溶液为MnSO4，故电解质应为酸性溶液，正极反应为：
MnO2+2e
−+ 4 H
+= Mn
2++2 H 2O；则电极Ⅰ为原电池负极，MnS 失去电子生成S 和Mn2+，负极反应
为：MnS−2e
−= S + Mn
2+。
【解析】由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，故充电时电极Ⅱ为阳极，A 正确；由分析可知，放电时电极
Ⅱ为正极，正极反应为：MnO2+2e
−+ 4 H
+= Mn
2++2 H 2O，反应消耗H
+，溶液的pH 升高，B 错误；由
分析可知，放电时电极Ⅰ为原电池负极，负极反应为：MnS−2e
−= S+ Mn
2+，C 正确；根据放电时负极
反应，可知充电时阴极反应为S + Mn
2++2e
−= MnS，每消耗16gS，即0.5molS，转移1mol 电子，据题意
可知，能提供的理论容量为26.8A h
⋅，D 正确；故选B。
8.（2025·北京卷）用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2 探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用
图2 装置按i→iv 顺序依次完成实验。
29
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实验
电极I
电极Ⅱ
电压/V
关系
i
石墨1
石墨2
a
a>d>c>b>0
ii
石墨1
新石墨
b
iii
新石墨
石墨2
c
iv
石墨1
石墨2
d
下列分析不正确的是
A．a>0，说明实验i 中形成原电池，反应为2H2+O2=2H2O
B．b<d，是因为ii 中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂
C．c>0，说明iii 中电极I 上有O2发生反应
D．d>c，是因为电极I 上吸附H2的量：iv>iii
【答案】D
【分析】按照图1 电解Na2SO4溶液，石墨1 为阳极，发生反应2 H 2O−4 e
−=O2↑+ 4 H
+，石墨1 中会吸
附少量氧气；石墨2 为阴极，发生反应2 H 2O+2e
−= H 2↑+2OH
−，石墨2 中会吸附少量氢气；图2 中电
极Ⅰ为正极，氧气发生还原反应，电极Ⅱ为负极。
【解析】由分析可知，石墨1 中会吸附少量氧气，石墨2 中会吸附少量氢气，实验i 会形成原电池，a>0，
反应为2H2+O2=2H2O，A 正确；因为ii 中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少H2作为还原剂，故导致b<d，
B 正确；图2 中，电极Ⅰ发生还原反应，实验iii 中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明iii 中电
极I 上有O2发生反应，C 正确；d>c，实验iii 与实验iv 中电极Ⅰ不同，d>c，是因为电极I 上吸附O2的量：
iv>iii，D 错误；故选D。
9.（2024·广西卷）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌
入PbSe 中的Na 变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是
30
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A．外电路通过1mol 电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g
B．充电时，阳极电极反应为：Na3V2(PO4)3−xe
−= Na3−xV2(PO4)3+xNa
+
C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变
D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
【答案】A
【分析】放电时嵌入PbSe 中的Na 变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na 失电子生成Na+；Na+透过允许
Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。
【解析】外电路通过1mol 电子时，负极有1molNa 失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右
侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A 错
误；充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：
Na3 V2(PO4)3−xe
−= Na3−xV2(PO4)3+xNa
+，B 正确 ；放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负
极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量
相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C 正确 ；Na 能与水反应，所以电解质溶液不能用
NaPF6的水溶液替换，D 正确；故选 A。
10.（2024·浙江卷）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种
对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是
A．图1、图2 中，阳极材料本身均失去电子
B．图2 中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2+4e
-+2H2O=4OH
-
C．图2 中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D．图1、图2 中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
【答案】B
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【解析】图1 为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子
被氧化；图2 为外加电流保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶
液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl
−，A 不正确；图2 中，外加电压偏高时，钢闸门表面积
累的电子很多，除了海水中的H
+放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生O2+4e
-+2H2O=4OH
-，
B 正确；图2 为外加电流保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电
流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消
腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C 不正确；图1 当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸
门被保护，钢闸门不发生化学反应，图2 中当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，辅助阳
极上发生了氧化反应，D 不正确；综上所述，本题选B。
11.（2025·安徽合肥·三模）下图为一种具有质子“摇椅”机制的水系镍有机电池示意图，放电时a 极生成
偶氮苯(
)。下列有关说法正确的是
A．放电时电极a 为正极
B．充电时K
+和H
+由左向右移动
C．放电时每生成1mol偶氮苯，外电路转移2 mole
−
D．充电时b极的电极反应为：NiOOH+e
−+ H
+= Ni(OH)2
【答案】C
【分析】根据电池示意图，放电时a 极生成偶氮苯(
)，则由
→
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化合价升高，a 电极为负极，电极反应式为：
-2e
−+2OH
−
=
+2 H 2O，则b 电极
为正极，电极反应式为：NiOOH +e
−+ H 2O = Ni(OH )2+OH
−，充电时反应刚好反向进行，据此分析解
答
【解析】根据分析，放电时电极a 为负极，A 错误；充电时b 电极为阳极，a 电极为阴极，K
+和H
+向阴极移
动，即从右向左移动，B 错误；根据分析中的负极电极反应式可知，放电时每生成1mol偶氮苯，外电路转
移2 mole
−，C 正确；充电时b 电极为阳极失去电子，而且电解质为碱性环境，无H
+参加反应，正确的电
极反应式为：Ni(OH )2−e
−+OH
−= NiOOH + H 2O，D 错误；故选C。
12.（2025·福建厦门·二模）以废塑料PBS(聚丁二酸丁二酯)和生物质源马来酸(
)为原料无膜共
电解生产琥珀酸(
)的工作原理如图。下列有关说法正确的是
A．PBS的水解反应为
+ (n-1)H2O
→
一定条件
n
+n
B．阳极电极反应式为：
+10OH
--8e
-→6H2O+
C．理论上电解过程转移8xmole
-，最终至少可获得6xmol琥珀酸
D．若略去碳酸化步骤，可简化分离提纯过程并提高经济效益
【答案】C
【分析】由图可知，左侧电极为电解池的阳极，碱性条件下氢氧化镍在阳极失去电子发生氧化反应生成碱
式氧化镍和水，电极反应式为Ni(OH)2—e—+ OH—=NiOOH+H2O，放电生成的碱式氧化镍碱性条件下与丁
二醇反应生成氢氧化镍、丁二酸根离子和水，离子方程式为
+8NiOOH+2OH—→
❑
❑
+8Ni(OH)2；右侧电极为阴极，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为
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2H++2e—=H2↑，放电生成的氢气与
反应生成
，
+H2→
❑
❑
，反应得到
的溶液经碳酸化、盐酸沉淀得到琥珀酸。
【解析】由结构简式可知，聚丁二酸丁二酯一定条件下发生水解反应生成丁二酸和丁二醇，反应的化学方
程式为
+ (2n-1)H2O
→
一定条件
n
+n
，故A 错误；由分析
可知，左侧电极为电解池的阳极，碱性条件下氢氧化镍在阳极失去电子发生氧化反应生成碱式氧化镍和
水，电极反应式为Ni(OH)2—e—+ OH—=NiOOH+H2O，故B 错误；由题意可知，聚丁二酸丁二酯水解生成
1mol 丁二醇时，生成1mol 丁二酸，由分析可知，电解过程转移8xmol 电子时，阳极消耗xmol 丁二醇、生
成xmol
，阴极生成4xmol
，所以理论上生成琥珀酸的物质的量为6xmol，
故C 正确；由图可知，向溶液中通入二氧化碳碳酸化时，二氧化碳转化为碳酸氢钠，说明电解所得溶液呈
碱性，若略去碳酸化步骤，会使盐酸沉淀步骤消耗盐酸的量增大，导致经济效益降低，故D 错误；故选
C。
13.（2025·湖北黄冈·二模）北京大学庞全全团队2025 年在《自然》发表的研究中，开发了一种新型玻璃相
硫化物固态电解质材料LBPSI(Li2S-B2S3-P2S5-LiI)，其结构中引入了氧化还原活性碘(I
−/I2/I3
−)，可
通过氧化还原介导加速硫的固-固转化反应。该电池正极采用MOFs 衍生的三维碳纳米笼(HCNC)负载硫(S8
)，负极为锂金属，电解质为LBPSI。装置示意图如下
关于该全固态锂硫电池，以下说法错误的是
A．放电时，正极反应有：S8+16Li
++16e
−=8Li2S
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B．充电时，电路中每转移1mol 电子，有16g 的硫被氧化
C．固态电解质LBPSI 中，I
−/I2/I3
−通过氧化还原反应相互转化促进硫转化
D．MOFs衍生碳纳米笼的主要作用是吸附多硫化物并提供电子传导路径
【答案】B
【分析】如图，电池正极采用MOFs 衍生的三维碳纳米笼(HCNC)负载硫(S8)，负极为锂金属，电解质为
LBPSI，放电时，负极电极反应式为Li−e
−=Li
+，正极电极反应式为S8+16Li
++16e
−=8Li2S，据此回
答。
【解析】放电时，正极发生还原反应，S8得到电子与Li
+结合生成Li2S，根据得失电子守恒和电荷守恒，
正极反应式为S8+16Li
++16e
−=8Li2S，A 正确；充电时，阳极反应为8Li2S−16e
−=S8+16Li
+，每转移
16mol 电子，有8molS（即256g）被氧化，所以电路中每转移1mol 电子，被氧化的硫的质量为256
16 =16g
，但这里是Li2S中的硫被氧化，不是单质硫直接被氧化，B 错误；由题中信息可知，固态电解质LBPSI
中，I
−/I2/I3
−通过氧化还原反应相互转化，可加速硫的固-固转化反应，C 正确；MOFs 衍生的三维碳纳米
笼(HCNC)负载硫(S8)作正极，其具有高比表面积，能吸附多硫化物并提供电子传导路径，D 正确；故选
B。
14.（2025·河南·三模）热再生电池堆—CO2电化学还原池系统(TRBs 一CO2RR)可回收烟气中的低温余热并
将其转化为电能，同时实现CO2转化利用，其工作原理如图。
下列说法正确的是
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A．装置Ⅱ中化学能转化为电能
B．可从Pt 电极产生气体中分离并回收CO2
C．碳毡处的电极反应：Cu+4CH3CN-e-=[Cu(CH3CN)4]+
D．阴离子交换膜每通过2molHCO❑3
−，就生成3molCO
【答案】B
【分析】由系统名称“热再生电池堆 — CO2电化学还原池系统”判断右测装置Ⅱ为CO2电化学还原池系
统，即电解池，左侧为电池堆(即原电池)。左侧装置原电池的电极反应式为负极：(泡沫铜)Cu + 4CH3CN -
e- = [Cu(CH3CN)4]+，正极：(碳毡)Cu2+ + 4CH3CN + e- = [Cu(CH3CN)4]+，右侧电解池的电极反应式为阳
极：(Pt 极)4HCO3
- - 4e- = O2↑ + CO2↑ + 2H2O ，阴极：(Ag/C 极)CO2 + 2e- + H2O = CO + 2OH-。
【解析】装置Ⅱ为电解池，电能转化为化学能，A 错误；Pt 极产生O2和CO2，可从产生气体中分离并回收
CO2，B 正确；碳毡处的电极反应为Cu2+ + 4CH3CN + e- = [Cu(CH3CN)4]+，C 错误；阴离子交换膜每通过2
mol HCO3
-，电路中转移2 mol 电子，生成 1mol CO，D 错误；故选B。
15.（2025·江苏·三模）一种储电制氢装置如图所示，该装置晚间通过Sx +1
2−→Sx
2−转化储存电力，为白天制
氢提供能量。下列说法正确的是
A．晚间储电时，电极A 应与电源的负极相连
B．白天制氢时，溶液中Na
+从左室向右室移动
C．储电时的总反应为2Sx +1
2−+ 4 OH
−
电解
¿2Sx
2−+2S
2−+O2↑+2H2O
¿
D．理论上生成1molH2，溶液中m (S
2−)减少64g
【答案】C
【分析】该装置晚间通过Sx +1
2−→Sx
2−转化储存电力，则晚间对应电解池原理，将电能转化为化学能，B 为
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阴极，与电源的负极相连，A 为阳极，与电源的正极相连；白天制氢为原电池，将化学能转化为电能，A
为正极，B 为负极。
【解析】由分析可知，晚间储电时对应电解池原理，A 为阳极，与电源的正极相连，A 错误；白天制氢时
是原电池，A 为正极，B 为负极，溶液中Na
+为阳离子，Na
+从右室向左室移动，B 错误；储电时，阳极发
生：4OH
−−4e
-=O2↑+2H2O，阴极发生Sx +1
2−+2e
-=Sx
2−+S
2-，则总反应为
2Sx +1
2−+ 4 OH
−
电解
¿2Sx
2−+2S
2−+O2↑+2H2O
¿
，C 正确；H2∼2e
-，每生成1molH2，转移的电子为2mol，由
Sx +1
2−∼Sx
2−∼S
2-∼2e
-知，溶液中减少的n(S
2−)=1mol，对应的m (S
2−)=32g，D 错误；故选C。
16.（2025·贵州贵阳·二模）一种水性电解液Zn−MnO2可充电电池如图所示。下列叙述错误的是
A．放电时，M 电极是正极
B．放电时，N 电极反应：Zn−2e
−+ 4 OH
−=[Zn (OH)4]
2−
C．充电时，Ⅱ区中K2SO4溶液的浓度减小
D．充电时，转移0.2mole
−，Ⅲ区溶液质量减少6.5g
【答案】D
【分析】装置放电时，Zn 电极为负极，Zn 失电子产物与电解质反应，生成[Zn(OH)4]
2−，负极反应式
为：Zn+4OH
--2e
-=[Zn (OH)4]
2−，同时K+透过阳离子交换膜向Ⅱ区移动；正极为MnO2，MnO2得电子产
物与电解质反应，生成Mn2+等，正极反应为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，同时SO4
2-透过阴离子交换膜向
Ⅱ区移动；据此分析；
【解析】根据分析可知，放电时，M 电极是正极，A 正确；根据分析可知，放电时，N 为负极，电极反
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应：Zn−2e
−+ 4 OH
−=[Zn (OH)4]
2−，B 正确；根据分析可知，充电时M 为阳极、N 为阴极，K+透过阳离子
交换膜向Ⅲ区移动，SO4
2-透过阴离子交换膜向Ⅰ区移动；Ⅱ区中K2SO4溶液的浓度减小，C 正确；根据分
析可知，充电时，Ⅲ区电极反应为[Zn (OH)4]
2−+2e
-=Zn+4OH
-，转移0.2mole
−，K+透过阳离子交换膜向
Ⅲ区移动，溶液质量增重0.2mol×39g/mol-0.2mol
2
×65g/mol=1.3g，D 错误；故选D。
17.（2025·河北衡水·一模）乙醛酸(OHCCOOH)可用作调香剂和定香剂，工业上可以利用如图装置制备乙
醛酸。下列说法错误的是
A．电极电势：b＞a
B．左侧的电极反应式：HOOCCOOH+2H++2e-=OHCCOOH+H2O
C．若c 为稀硫酸，当生成1mol 乙醛酸时，阳极区质量减少16g
D．若c 为稀硫酸和乙二醛的混合溶液，制备乙醛酸的效率明显提高
【答案】C
【分析】由电解装置目的及原料乙二酸的位置，可确定左侧为阴极，电极反应式为HOOCCOOH+2H++2e-
=OHCCOOH+H2O，右侧为阳极，即a 为电源负极，b 为电源正极，据此分析解题。
【解析】由分析可知，a 为电源负极，b 为电源正极，电极电势b＞a，A 正确；由分析可知，左侧的电极
反应式为HOOCCOOH+2H++2e-=OHCCOOH+H2O，B 正确；当生成1mol 乙醛酸时转移电子的物质的量为
2mol，若c 为稀硫酸，阳极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2，当电路中通过电子的物质的量为2mol 时，
生成0.5molO2，同时有2molH+穿过离子交换膜进入左侧，导致阳极区质量减少18g，C 错误；若c 为稀硫
酸和乙二醛的混合溶液，阳极区也可生成乙醛酸，即会发生反应OHCCHO+H2O-2e-=OHCCOOH+2H+，则
制备乙醛酸的效率明显提高，D 正确；故选C。
18.（2025·河南·一模）我国福州大学和清华大学学者研制组装的Zn-NO3
-/乙醇电池系统具有良好的充放电
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循环稳定性，工作原理如图所示，可以实现污水脱硝、能源转化以及化学品合成的协同增效。下列说法错
误的是
A．放电时，正极的电极反应式：NO3
-+8e
-+6H2O=NH3+9OH
-
B．充电时，OH
-通过离子交换膜由左侧移向右侧
C．充放电过程中，储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4
D．充电时，阴极的电极反应式：[Zn (OH)4]
2-+2e
−=Zn+4OH
-
【答案】B
【分析】由图可知，放电时，Zn 失去电子生成[Zn (OH)4]
2-，则Zn 板为负极，电极方程式为：
Zn+4OH
--2e
−=[Zn (OH)4]
2-，正极为硝酸根离子被还原为氨气， 正极的电极反应式：
NO3
-+8e
-+6H2O=NH3+9OH
-，此时通过离子交换膜OH
-由左侧移向右侧；充电时，阴极的电极反应式：
[Zn (OH)4]
2-+2e
−=Zn+4OH
-，阳极的乙醇被氧化为乙酸，电极方程式为：
C2H5OH-4e
−+4OH
−=CH3COOH+3H2O，此时OH
-通过离子交换膜由右侧移向左侧，且生成的氨气和醋酸反
应生成CH3COONH4，据此解题。
【解析】由分析可知，放电时，正极的电极反应式：NO3
-+8e
-+6H2O=NH3+9OH
-，A 正确；由分析可知，
充电时OH
-通过离子交换膜由右侧移向左侧，B 错误；充放电过程中，分别产生氨气和醋酸，二者反应生
成CH3COONH4，故储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4，C 正确；由分析可知，充电时，
[Zn (OH)4]
2-被还原为Zn，则阴极的电极反应式：[Zn (OH)4]
2-+2e
−=Zn+4OH
-，D 正确；故选B。
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19.（2024·北京东城·一模）一种能捕获和释放CO2的电化学装置如下图所示。其中a、b 均为惰性电极，电
解质溶液为KCl溶液。当K连接S1时，b极区溶液能捕获通入的CO2。下列说法错误的是
A．
K
连接
S1
时，
b
极发生反应：
B．K连接S1时，a连接电源正极
C．K连接S2时，a 极区
n([Fe(CN)6]
3−)
n([Fe(CN)6]
4−)
的值增大
D．该装置通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放CO2
【答案】C
【分析】当K连接S1时，b极区溶液能捕获通入的二氧化碳，说明与直流电源负极相连的b 电极为电解池的
阴极，电极反应式为
，a 电极为阳极，
[Fe(CN)6]
4−
在阳极失
去电子发生氧化反应生成[Fe(CN)6]
3−，电极反应式为[Fe(CN)6]
4−—e—=[Fe(CN)6]
3−；K连接S2时，该装置
为原电池，b 电极为负极，电极反应式为
+2OH——2e-=2H2O+
，a 电
极为正极，[Fe(CN)6]
3−在正极得到电子发生还原反应生成[Fe(CN)6]
4−，电极反应式为[Fe(CN)6]
3−+e-=
[Fe(CN)6]
4−，则该装置通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放二氧化碳。
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【解析】由分析可知，当
K
连接
S1
时，b 电极为电解池的阴极，电极反应式为2H2O+
+2e-=
+2OH—，故A 正确；由分析可知，当
K
连接
S1
时，b 电极为电解池的阴极，a 为阳
极，与连接电源正极相连，故B 正确；由分析可知，K连接S2时，a 电极为正极，[Fe(CN)6]
3−在正极得到
电子发生还原反应生成[Fe(CN)6]
4−，则a 极区
n([Fe(CN)6]
3−)
n([Fe(CN)6]
4−)
的值减小，故C 错误；由分析可知，该装置
通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放二氧化碳，故D 正确；故选C。
20.（2025·江西萍乡·二模）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg−CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解
质，电解液中加入1，3-丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了
MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg
2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是
A．放电时，多孔碳纳米管电极反应为Mg
2++2CO2+2e
−=MgC2O4
B．充电时，Mg
2+通过阳离子交换膜从左室传递到右室
C．PDA会捕获CO2，让原本正极的气-液-固三相反应变为液-固两相反应，利于加快反应速率
D．放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2
【答案】B
41
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【分析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4 价降低为+3 价，发生还原反应，所以放电时，多
孔碳纳米管电极为正极，电极方程式为：Mg
2++2CO2+2e
-=MgC2O4、Mg 电极为负极，电极方程式为：
Mg-2e
-=Mg
2+，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极，电极方程式为：MgC2O4-2e
-=Mg
2++2CO2↑，Mg 电极
为阴极，电极方程式为：Mg
2++2e
-=Mg。
【解析】根据分析，放电时，多孔碳纳米管电极反应为Mg
2++2CO2+2e
-=MgC2O4，A 正确；根据分析，充
电时左室为阴极，Mg2+应从右室通过阳离子交换膜到左室，B 错误；根据题意可知，电解液中加入1，3-
丙二胺（PDA）可以捕获CO2，使气相CO2进入液相的PDA 中，让原本正极的气-液-固三相反应变为液-固
两相反应，利于加快反应速率，C 正确；根据放电时的电极反应式Mg
2++2CO2+2e
-=MgC2O4可知，每转移
2mol 电子，有2molCO2参与反应，因此每转移1mol 电子，理论上可转化1molCO2，D 正确；故选B。
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