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备战2024 年高考化学【一轮·夯基提能】复习精讲精练
第33 讲 多池串联、隔膜多室电化学装置
本讲复习目标
1．掌握串联多池问题分析的一般方法。
2．掌握隔膜多室问题分析的一般方法。
3．能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。
夯基·知识精讲
一．隔膜多室装置的分析
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。由于离子交换膜能将工业生产与化
学知识有机的融合，实现资源的最优配置，考查学生学以致用的能力，故近几年的电化学高考试题中年年
涉及。
1．电化学中的离子交换膜
(1)离子交换膜的种类及作用
阳离子交换膜
只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过
阴离子交换膜
只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过
质子交换膜
只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过
双极膜
由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳
膜复合层间的H2O 解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移
动，作为H＋和OH－的离子源
(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)离子交换膜的应用
①隔离某些物质，防止发生反应。
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②用于物质的制备(电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质)。
③物质分离、提纯。
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－===Cl2↑，
阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，
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NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO 被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH 通过阳离子交换膜进入中间室；
阳极的NO 被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO 通过阴离子交换膜进入中间室。
根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O=====3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全
部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
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(3)多室电解池
例如，“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示：
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室
中的H2PO 穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；
电解NaOH 稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入
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
【例题1】双极膜是由一张阳膜和一张阴膜制成的复合膜，在直流电场作用下能将中间层中的H2O 解离成
H＋和OH－。利用双极膜和维生素C 的钠盐(C6H7O6Na)制备维生素C(C6H8O6)，装置如下图所示。已知维生
素C 具有弱酸性和还原性，下列说法正确的是( )
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A．X 离子是H＋，Ⅱ区出口处的NaOH 浓度减小
B．M 极的电势高于N 极，电解刚开始时阳极区附近溶液的pH 变大
C．将Ⅰ区的Na2SO4溶液替换成C6H7O6Na，可以提高维生素C 的产率
D．当M 极生成2.24 L(标准状况下)O2时，Ⅳ区溶液的质量增加8.8 g
【例题2】通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布
的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是
( )
A．电极A 为阴极，发生还原反应
B．电极B 的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH 除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【例题3】我国科学家开发出了一种Zn-NO 电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作
原理如图所示，下列说法错误的是( )
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A．电极电势：Zn/ZnO 电极<MoS2电极
B．Zn/ZnO 电极的反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
C．电池工作一段时间后，正极区溶液的pH 减小
D．电子流向：Zn/ZnO 电极→负载→MoS2电极
【例题4】电渗析法淡化海水的装置如图所示，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解
槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间
隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是( )
A．离子交换膜b 为阳离子交换膜
B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水
C．通电时，电极1 附近溶液的pH 比电极2 附近溶液的pH 变化明显
D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值
【例题5】双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，在直流电场作用下可将水解离，
在双极膜的两侧分别得到H＋和OH－，将其与阳离子交换膜(阳膜)、阴离子交换膜(阴膜)组合，可有多种应
用。
(1)海水淡化：模拟海水淡化，双极膜组合电解装置示意图如图甲。
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X
①
极是____(填“阴”或“阳”)极。
②电解后可获得较浓的盐酸和较浓的NaOH 溶液，图甲中双极膜的右侧得到的是________(填“H＋”
或“OH－”)。
(2)钠碱循环法脱除烟气中的SO2，并回收SO2：用pH>8 的Na2SO3溶液作吸收液，脱除烟气中的SO2，至
pH<6 时，吸收液的主要成分为NaHSO3，需再生。
Ⅰ.加热pH<6 时的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液对SO2的吸收率降低，结合
离子方程式解释原因：____________________。
Ⅱ.双极膜和阴膜组合电渗析法处理pH<6 时的吸收液，可直接获得再生吸收液和含较高浓度HSO 的溶液，
装置示意图如图乙。
①再生吸收液从____(填“A”或“B”)室流出。
②简述含较高浓度HSO 的溶液的生成原理：__________________________。
二．多池串联的两大模型及原理分析
1．常见多池串联装置图
（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。
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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。
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。
（4）外接电源与电解池的串联：所有都为电解池。
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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．综合装置中的有关计算：
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，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，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn 极溶解6.5 g，Cu 极上析出
H2 2.24 L(标准状况)，Pt 极上析出Cl2 0.1 mol，C 极上析出Cu 6.4 g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶
液pH 变大；乙池中是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH 微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固
体可使溶液复原。
【例题1】如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是(
)
A．该装置工作时，Ag 电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
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C．甲池和乙池中溶液的pH 均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g 固体
【例题2】工业上采用如图所示装置模拟在A 池中实现铁上镀铜，在C 装置中实现工业由KCl 溶液制取
KOH 溶液。
下列有关说法错误的是( )
A．a 为精铜，b 为铁制品，可实现镀铜要求
B．c 为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．从e 口出来的气体为氧气，从f 口出来的气体为氢气
D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h 口出来的为高浓度的KOH 溶液
【例题3】我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解
CuSO4溶液，装置如图(H2R 和R 都是有机物)所示。下列说法正确的是( )
A．b 电极反应式为R＋2H＋＋2e－===H2R
B．电池工作时，负极区要保持呈碱性
C．工作一段时间后，正极区的pH 变大
D．若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液的pH 约为2
【例题4】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
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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
【例题5】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CuSO4溶液的物质
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)。
提能·课后精练
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1．（2023 秋·全国·高三专题练习）膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。有人设想利用电化学原理制
备少量硫酸和绿色硝化剂
，装置图如下。下列说法不正确的是
A．
是原电池
B．
池能够生产
C．电路中电子流向为
，形成闭合回路
D．
、
中
均从左边迁移到右边
2．（2023·全国·统考一模）据2022 年1 月统计，我国光伏发电并网装机容量突破3 亿千瓦，连续七年稳居
全球首位。已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，
采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法错误的是
A．光伏并网发电装置中P 型半导体为正极
B．c 为阳离子交换膜，d、e 均为阴离子交换膜
C．阳极的电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑
D．制备182g 四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L 气体(标准状况)
3．（2023·吉林白山·统考模拟预测）我国某大学课题组提出了一种基于电化学的石灰石转化生产消石灰和
有价值碳质产物的方法，有望助水泥行业脱碳，装置如图所示。下列叙述正确的是
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A．图中涉及的物质中有5 种非极性分子
B．铱(Ir)极上的氧化产物为CO2
C．生成C2H6的电极反应式为2CO2 +10H2O+14e- =C2H6+14OH-
D．催化电极上每生成1 mol H2，交换膜Q 上迁移2 mol OH-
4．（2023·湖南长沙·长沙一中校考一模）某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备
，
其工作原理如图所示。已知电池反应为
，下列说法错误的是
A．电池中C 电极的电极反应式为
B．电池的e 极连接电解池的h 极
C．膜a、c 是阳离子交换膜，膜b 是阴离子交换膜
D．生成
时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加46 克
5．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）下列说法正确的是
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A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中
向右侧
电极移动
B．甲池通入
的电极反应为
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量
固体能使
溶液恢复到原浓度
D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体
6．（2023·江苏南京·统考模拟预测）磷及其化合物有着广泛的运用。白磷的结构为
，溶于
CS2，易自燃。其氧化物有P4O6、P4O10。两种氧化物中均只有一种化学环境的P 原子。P4与KOH 溶液共热
可制备PH3。白磷与Cl2反应可生成PCl3和PCl5。固态PCl5中含有PCl 、PCl 两种离子。Ca(H2PO4)2是磷
肥的有效成分。利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，并得到副产物H2、Cl2等，装置如图所示。下列说
法不正确的是
A．a 极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O
B．L 膜为阳离子交换膜，电解时阴极室中NaOH 溶液的浓度变大
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a 极上通入标况下2.24LCH4，阳极室Ca2+减少0.4mol
7．（2023 春·辽宁大连·高三辽师大附中校考阶段练习）某科研小组设计双阴极微生物燃料电池进行同步硝
化和反硝化脱氮研究，装置如图所示。下列叙述错误的是
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A．“厌氧阳极”的电极反应方程式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH 增大
C．若阳极室消耗1mol 葡萄糖，则有两侧阴极室共进入24molH+
D．该电池工作中“好氧阴极”和“缺氧阴极”之间存在着对电子的竞争作用，NH 和O2之间也存在
着对电子的竞争
8．（2023·吉林·统考模拟预测）科学家预言，被称为“黑金”的“新材料之王石墨烯”将“彻底改变21
世纪”。我国关于石墨烯的专利总数世界排名第一、如图是我国研发的某种石墨烯电池有关原理示意图，
左边装置工作时的电极反应为Li1－xC6＋xLi＋＋xe－=LiC6，Li[GS/Si]O2－xe－=Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋。下列说
法正确的是
A．a 与d 电极上发生氧化反应
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B．左右两个装置中的离子交换膜均为阳离子交换膜
C．电池放电时，负极反应为Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋＋xe－=Li[GS/Si]O2
D．若装置工作前c 与d 电极质量相等，则转移0.1 mol 电子后两个电极质量相差0.7 g
9．（2023 秋·重庆万州·高三重庆市万州第二高级中学校考阶段练习）水污染是我国面临的主要环境问题之
一、工业废水排入水体前必须经过处理达到排放标准，否则会污染地表水和地下水。利用微生物电池进行
废水(含Na+、K+、Mg2+、Cl-和
等离子)脱盐的同时处理含OCN-(其中C 为+4 价)酸性废水的装置如图所
示。下列说法错误的是
A．电子由电极M 经用电器流向电极N
B．该电池的优点是条件温和，利用率高，无污染
C．通过膜1 的阴离子数目一定等于通过膜2 的阳离子数目
D．电池的总反应可表示为
10．（2023·全国·高三专题练习）双极膜(BP)可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH-和H+，并透过
阴、阳离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过程如图所示，已知盐室中生成CaCO3实现捕获，
下列说法正确的是
A．捕获装置中，阴极反应为2H++2e-=H2↑
B．溶液中的X 为H+
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C．交换膜A 为阳离子交换膜
D．捕获1.12LCO2转化为沉淀，则转移电子0.1mol
11．（2023·陕西宝鸡·统考二模）利用生物电化学系统可将工业废水中的乙酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐转化
为大气循环系统中的物质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是
A．该装置工作时是将化学能转化为电能
B．该装置的温度不宜太高，否则不利于
的生成
C．非生物负极的电极反应式为
D．生物正极区
、
、
按个数比1 1 1
∶∶反应生成1mol
时，反应中转移8mol 电子
12．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测）我国研发的“海水原位直接电解制氢技术”的装置
如图所示。阴、阳极电极均为附着有
的
催化电极网，表面的
可选择性的紧密结合水电离出
的
。下列说法错误的是
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A．气体a 为
B．隔膜为质子交换膜
C．阴极会产生
等电极垢
D．阳极表面稳定的负电层减少了副产物
的生成
13．（2023·重庆渝中·重庆巴蜀中学校考模拟预测）电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用
如图所示装置实现电催化合成呋喃二甲酸。下列说法错误的是
A．催化电极能降低电极反应的活化能
B．
在催化电极a 放电可得到
呋喃二甲酸
C．阴极反应为
D．电路中每转移
，阳极区与阴极区质量变化的差为
14．（2023·全国·高三专题练习）一种利用微生物或羟基自由基(
)将苯酚转化为
和
的原电池-
电解池组合装置如图所示，已知电极均为惰性电极，下列说法错误的是
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A．左池(
)为原电池，右池(
)为电解池
B．a 极区工作一段时间后，溶液的
变小
C．d 极电极反应为
D．每转移2.8mol
，该组合装置产生CO2＞13.44L (标准状况)
15．（2023 春·全国·高三专题练习）某研究团队利用配位不饱和铜纳米点催化剂实现了乙炔高效稳定生产
聚合级乙烯。图1 所示膜电极反应器可用于持续制备聚合级乙烯，图2 表示产物的选择性与电流强度的关
系。
下列叙述错误的是
A．电流宜选择
，电流高于
时乙烷的选择性增大
B．X 极的电极反应式为
C．膜R 为阴离子交换膜
D．Y 极生成
(标准状况)
，制备的乙烯小于
16．（2023 春·全国·高三专题练习）电解原理在化学工业中有广泛应用。
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(1)用NaOH 溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到
H2SO4，其原理如下图所示。(电极材料为石墨)a 极的电极反应式为 。
(2)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收
NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式： 。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为 mol。
(3)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。
a
①是直流电源的 极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH 在4～7 之间，阳极的电极反应为 。
③用离子方程式表示吸收NO 的原理 。
17．（2023 春·全国·高三专题练习）以CH3OH 燃料电池为电源电解法制取ClO2，二氧化氯(ClO2)为一种黄
绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。
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(1)CH3OH 燃料电池放电过程中，通入O2的电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不
变”)，正极反应式为 。
(2)图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2，阳极产生ClO2的反应式为
。
(3)电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多1.12 L 时(标准状况，忽略生成的气体溶
解)，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为 mol。
18．（2023 秋·全国·高三专题练习）如图所示装置，C、D、E、F 都是惰性电极，A、B 为外接直流电源的
两极。将直流电源接通后，F 极附近呈红色。请回答：
(1)电源电极A 名称为 。
(2)写出D 和F 的电极名称，以及电极反应式。
D： ，F： 。
(3)若装置中通过0.04 mol 电子时，通电后甲池溶液体积为200 mL，则通电后所得的H2SO4溶液的物质的量
浓度为 mol·L-1。
(4)现用丙池给铜件镀银，则H 应该是 (填“铜件”或“银”)。
19．（2023·全国·高三专题练习）按照要求回答下列问题：
(1)用NaOH 溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到
H2SO4，其原理如图所示(电极材料均为石墨)。
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①图中A 口产生的气体为 ，B 口流出的物质是 。
b
②电极表面发生的电极反应式为 。
(2)Co 是磁性合金的重要材料，也是维生素的重要组成元素。工业上可用如图装置制取单质Co 并获得副产
品盐酸(A、B 均为离子交换膜)。
A
①
为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②该电解池的总反应离子方程式为 。
③若产品室中阴极质量增加11.8g，则产品室增加的HCl 的物质的量为 。
20．（2023·全国·高三专题练习）利用电化学原理，将
和熔融
制成燃料电池，模拟工业电
解法来处理含
的废水，如图所示；电解过程中溶液发生反应：
。
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(1)甲池工作时，
转变成绿色硝化剂Y，Y 是
，可循环使用。则石墨II 是电池的 (填
“正”或“负”)极；石墨I 附近发生的电极反应式为 。
(2)工作时，甲池内的
向 (填“石墨I”或“石墨II”)极移动；在相同条件下，消耗的
和
的
体积比为 。
(3)乙池中
(I)棒上发生的电极反应为 。
(4)若溶液中减少了
，则电路中至少转移了
电子。
21．（2023·全国·高三专题练习）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装
置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH 电极的电极反应式为
。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为
。
(3)当乙池中B 极质量增加5.40 g 时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况)，丙池中
极析出 g 铜。
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