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备战2025 年高考化学【一轮·考点精讲精练】复习讲义
考点38 多池串联、隔膜多室电化学装置
知识精讲
一．隔膜多室电化学装置的分析
二．多池串联电化学装置的分析
课后精练
选择题：
20
题
非选择题：
5
题
建议时长：
60
分钟
实际时长： 分钟
一．隔膜多室电化学装置的分析
由于离子交换膜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．离子交换膜的含义和作用
(1)含义：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。
(2)作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应，如：在电解饱和食盐水中，利
用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生
的H2混合发生爆炸；
②能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用；
③用于物质的分离、提纯等；
④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；
2．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。
1
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(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。
3．离子交换膜的种类及作用
阳离子交换膜
①只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过。
阳离子
透过阳离子交换膜
原电池正极(或电解池的阴极)
②以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开：
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
阴离子交换膜
①只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过。
阴离子
透过阴离子交换膜
电解池阳极(或原电池的负极)
②以Pt 为电极电解淀粉KI 溶液，中间用阴离子交换膜隔开：
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
阳极：2I－－2e－===I2
阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋
3H2O
质子交换膜
①只允许H＋和水分子通过，不允许其他阳离子和阴离子透过。
2
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H＋
透过质子交换膜
原电池正极(或电解池的阴极)
②在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2：
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
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。
4．离子交换膜在物质制备、分离提纯中的应用
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，以达到物质制备、浓缩、净化、提纯的目的。
(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
3
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液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。
阳离子交换膜的作用：只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生
的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH 反应生成NaClO 而影响烧碱的质量。
(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。
(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。
(4)电渗析法
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将含AnBm的废水再生为HnB 和A(OH)m的原
理：已知A 为金属活动顺序表H 之前的金
属，Bn－为含氧酸根离子。
5．“隔膜”电解池的解题步骤
(1)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。
(2)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。
(3)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。
二．多池串联电化学装置的分析
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。
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：
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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，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该
电池为电镀池。
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。
甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
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：
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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。
1．羟基自由基（•OH）有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚（
）氧化为
和
的原电池⑤电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。下
列说法正确的是
A．该装置工作时，电流方向为电极b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→电极a
B．装置工作时，c 极区溶液碱性明显增强
C．电极d 的电极反应式为
D．当电极b 上有0.6mol
生成时，电极c、d 两极共产生气体22.4L（标准状况）
2．工业上用双阴极微生物燃料电池处理含
和
的废水．废水在电池中的运行模式如图1 所
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示，电池的工作原理如图2 所示．已知Ⅲ室中
除了在电极上发生反应，还在溶液中参与了一个氧化还原
反应。下列说法正确的是
A．电流从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
B．Ⅱ室电极反应式为
C．X 交换膜为阳离子交换膜，Y 交换膜为阴离子交换膜
D．若双阴极上各转移
电子，Ⅲ室消耗
大于
3．
同时作为燃料和氧化剂的直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)的工作原理如图所示(电解过程中
溶液中溶质的种类不变且其质量减轻)。下列有关说法错误的是
A．石墨1 为负极，发生氧化反应
B．石墨2 的电极反应式为
C．离子交换膜1、2 分别为阴、阳离子交换膜
D．当外电路中转移
时，
溶液的质量减轻52.2g
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4．一种新型醌类(
)酸碱混合电池具有高能量密度和优异的循环稳定性。该电池工作示
意图如下，下列说法错误的是
A．放电时，a 极周围溶液pH 增大
B．c 为阴离子交换膜，d 为阳离子交换膜
C．充电时，中间室K2SO4溶液浓度增大(假设溶液体积保持不变)
D．充电时b 极电极反应式为
+2H2O+2K++4e-=
+2OH-
5．2022 年冬奥会期间，我国使用了铁-铬液流电池作为备用电源，其工作原理如图示。已知充电时
被
还原，下列说法不正确的是
A．放电时，a 极电极电势低于b 极
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B．充电时，a 极的电极反应式为
C．充电时，若有
被还原，则电池中有
由左向右移动
D．若用该电池做电源给镀件镀铜，镀件增重
时，理论上有
被还原
6．某研究所构建了Zn-CO2新型二次电池，为减少CO2的排放和实现能源的开发利用提供了新的研究方
向，该电池以Zn 和多孔Pd 纳米片为两极材料，以KOH 和NaCl 溶液为电解液，工作原理如图所示。下列
说法错误的是
A．b 极电势高于a 极
B．当双极膜中离解1 mol H2O 时，外电路转移2 mol 电子
C．放电时，总反应为：Zn + CO2 + 2OH− + 2H2O=
+ HCOOH
D．充电时，双极膜中OH−移向b 极，H+移向a 极
7．一种新型
电池，可以有效地捕获
,将其转化为
,再将产生的
电解制
，装置如
图所示，下列说法正确的是
A．b 为正极，发生氧化反应
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B．电池工作中电子的流向：
C．d 电极的电极反应式：
D．捕获
,c 极产生
（标准状况）
8．一种自生酸和碱的电化学回收体系如图所示。
表示
等含磷微粒，
为
。下列说法错误的是
A．a、c 为阴离子交换膜，b 为阳离子交换膜
B．X 为
，将其泵入吸收室用于吸收
C．当电路中通过
电子，阴极增重
D．Ⅲ室可发生反应：
9．全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如图。当完成储能时，右端储液罐溶液为紫
色。下列说法错误的是
离子种类
颜色
黄色
蓝色
绿色
紫色
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A．放电时，正极颜色由黄色→蓝色
B．放电时，
由电极A→电极
C．充电时，总反应为
D．充电时，阳极反应为
10．四甲基氢氧化铵
常用作电子工业清洗剂。以四甲基氯化铵
为原料，采用
电渗析法合成四甲基氢氧化铵
，工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．光伏并网发电装置中
电极的电势高于
电极
B．a 电极反应式为
C．若、均为阳离子交换膜，
为阴离子交换膜，则
为
D．每生成
，理论上两极共产生气体
(标准状况下)
11．在工业中电化学处理有机废水是一种高效绿色的氧化技术，可用于海水的淡化，其原理示意图如下。
下列说法正确的是
A．X 为阳离子交换膜
B．一段时间后，b 极附近
降低
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C．a 极反应式为
D．当电路通过
电子时，正极区质量增加
12．电解苯酚的乙腈(
)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛(
)，电极材料均为石
墨。已知：装置工作时，电极a 上有
生成且能逸出；双极膜中间层中的
解离为
和
，并分别
通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是
A．该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜
B．装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH 保持不变
C．电极c 的电极反应式为
D．每合成1mol 扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g
13．装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电时的总反应为
。
图中的离子交换膜只允许
通过，C、D、F 均为石墨电极，E 为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时
E 电极质量减少1.28g。
下列说法正确的是
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A．电池工作过程中
通过离子交换膜向左侧移动
B．装置乙中C 电极产生的气体是
，体积为112 mL(标准状况下)
C．装置乙工作过程中溶液pH 先减小后不变
D．装置丙中F 电极的电极反应式为
14．硼酸
可以通过电解
溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表述正确的是
A．M 室的石墨为电解池的阴极
B．N 室的电极反应式为
C．b 膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为
D．理论上每生成
，阳极室可生成
(标准状况)气体
15．电解硫酸钠溶液制取电池正极材料
的前驱体
，其工作原理如图所
示：
下列说法正确的是
A．a 是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应
B．交换膜A 是阴离子交换膜，通电一段时间，I 室
上升
C．当产生
的
时，理论上纯钛电极上产生标准状况下
气体
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D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则前驱体产率升高
16．研究人员利用电化学原理吸收废气中的
，其工作原理如下图所示。
下列说法不正确的是
A．a 电极为负极，c 电极为阳极
B．b 电极的电极反应式为：
C．反应一段时间后，c 极区溶液pH 减小D．每吸收
，理论上可以得到
17．一种新型酸碱混合锌铁液流电池放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．离子交换膜X 为阳离子交换膜
B．放电时，每转移1mol 电子，中间腔室内的溶液中将增加1mol NaCl
C．充电时，每转移2mol 电子，参与反应的铁元素质量为112g
D．充电时，③区溶液的酸性减弱
18．利用双极膜电解
制备
，捕集烟气中C O2，制备
。电解原理如图所示：
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已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的
解离，提供
和
。
下列说法正确的是
A．阴极反应式：
B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ阳离子交换膜
C．电路中转移
电子时共产生
D．该装置总反应的方程式为
19．利用 CH4 燃料电池电解制备 Ca(H2PO4)2 并得到副产物 NaOH、H2、Cl2，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．A 膜和 C 膜均为阴离子交换膜，B 膜为阳离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a 极上通入标况下 2.24 L 甲烷，理论上产品室可新增 0.4 mol Ca(H2PO4)2
20．一种双阴极微生物燃料电池的工作原理如图所示(燃料为
)。下列说法正确的是
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A．放电时，缺氧阴极和好氧阴极相当于原电池的负极
B．“缺氧阴极”的电极反应式为
C．若“厌氧阳极”流出1mol 电子，则该区域理论上消耗
的质量为7.5g
D．放电时，“缺氧阴极”区域质量增加，“好氧阴极”区域质量减轻
21．如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，完成下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应为 。
(2)写出乙池石墨电极的名称为 (填“正极”“负极”或“阴极”“阳极”)。写出乙池中电解总
反应的化学方程式： 。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生 g 沉淀，此时乙池中溶液的
体积为400 mL，该溶液的pH= 。
(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaOH 溶液，开关闭合一段时间后，甲中溶液的pH 将 (填
“增大”“减小”或“不变”，下同)，丙中溶液的pH 将 。
(5)某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图)。若用于制漂白液，a 为电
池的 极，电解质溶液最好用 。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶
液，阳极选用 作电极。阳极反应的电极方程式为 。
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22．某同学设计如下电化学串联装置图，反应起始从装置甲右侧打开止水夹，通入一定时间b 气体后，关
闭止水夹，串联电化学装置亦会继续运行，可见丙装置湿润红色布条褪色，回答下列问题。
(1)甲装置中a 通入的气体是 ，写出通入该气体一极的电极反应方程式： 。
(2)乙装置中，总反应的化学方程式是 。
(3)丙装置中使红色布条褪色的具体物质的结构式为 ，淀粉KI 溶液中发生反应的离子方程式：
。
(4)丁装置为电解精炼粗铜装置，当c 极质量 (填“增加”或“减少”)12.8g 时，装置乙中产生气体
的总物质的量为 ，装置戊中电解质溶液质量减少 。
23．某研究性学习小组用如图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解制备钴的工作原理。一段
时间后装置甲的两极均有气体产生，且
极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电
解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：
查阅资料：高铁酸根(
)在溶液中呈紫红色。
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(1)上述装置中，发生还原反应的电极有_______(填字母)。
A．
B．
C．
D．
(2)丙池中的
(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。
(3)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除
外，还可能有 。
(4)乙池是电解制备金属钴的装置图，相比电解前，电解完成后理论上I 室中
(填“变大”
“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程式是 。
(5)反应过程中，
极处发生的电极反应为
和 。
(6)一段时间后，若
极质量减小
，
极收集到
气体，则在
极收集到的气体体积为
(均已折算为标准状况时的气体体积)。
24．甲醇是一种重要的化工原料，具有开发和应用的广阔前景。工业上使用水煤气(CO 与H2的混合气体)
转化成甲醇，反应
。
(1)CO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
p
①
1、p2的大小关系是p1 p2(填“＞”“＜”或“=”)。
A
②、B、C 三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系是 。
(2)在T2℃、p2压强时，往一容积为2 L 的密闭容器内，充入0.3 mol CO 与0.4 mol H2发生反应。
①平衡时H2的体积分数是 ；平衡后再加入1.0 mol CO 后重新到达平衡，则CO 的转化率
(填“增大”“不变”或“减小”)，CO 与CH3OH 的浓度比
(填“增大”“不变”
或“减小”)。
②若以不同比例投料，测得某时刻各物质的物质的量如下：CO：0.1 mol、H2：0.2 mol、CH3OH：0.2
mol，此时v(正) v(逆)(填“＞”“＜”或“=”)。
(3)如图所示，装置甲为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH 溶液)，通过装置乙实现铁棒上镀铜。
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b
①处应通入 (填“CH4”或“O2”)，a 处电极上的反应是 。
②电镀结束后，装置甲中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置乙中
Cu2+的物质的量浓度 。
③在此过程中若完全反应，装置乙中阴极质量变化12.8 g，则装置甲中理论上消耗甲烷 L(标准
状况)。
25．2022 年11 月6 日，氢燃料电池车现代NEXO 中国版亮相进博会，NEXO 是全球最畅销的氢燃料电池
车。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如图1 所示，反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图2
所示。
(1)试说明反应I 能否发生自发反应 。
(2)反应I、II 达平衡后，若在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，则CO 的体积分数会 (填“增
大”“不变”或“减小”)。
(3)反应II 在进气比[n(CO) n(H
∶
2O)]不同时，测得相应的CO 的平衡转化率见图3。(各点对应的反应温度可能
相同，也可能不同)
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①图3 中D、E 两点对应的反应温度分别为TD 和TE，判断：TD TE(填“<”“=”或“>”)。
②在图4 中，画出D 点所对应温度下CO 平衡转化率随进气比[n(CO) n(H
∶
2O)]的曲线 。
(4)氢氧燃料电池结构与一般的电池基本相同，装置如图5 所示，请写出负极的电极反应式：
。
21
