文档文本内容
1-5 原电池应用——污水处理
题目形式：以单选题为主，常配以原电池或电解池装置图，结合污水处理实际场景（如去除甲醛、硝
酸盐、重金属离子等）。
内容特点：
考查原电池或电解池的工作原理，包括电极反应、离子移动、电子转移、pH 变化等。
选项多涉及电极反应式正误判断、离子交换膜类型、过程变化分析（如pH、物质浓度）及计
算。
综合性强：将化学理论与环境污染治理结合，注重知识迁移和实际应用。
考查知识：
原电池/电解池的基本原理（正负极判断、电极反应式书写）。
氧化还原反应（得失电子、电荷守恒、原子守恒）。
离子交换膜的作用及离子移动方向。
溶液pH 变化与电极反应的关系。
电子转移计算与物质定量关系。
考查能力：
信息提取与图示分析：从装置图中识别电极、离子路径、物质转化。
推理判断：基于原理分析选项正误。
应用与计算：将化学知识应用于实际场景，进行简单计算。
考查方式：通过真实情境（如污水处理）设置问题，测试学生综合运用化学原理解决实际问题的能
力。
第一步 审题与图示分析：
仔细阅读题目文字和图示，明确装置类型（原电池或电解池）、电极材料、电
解质溶液、离子交换膜等。
标注关键信息（如电子流向、离子移动方向、已知反应）。
第二步 判断电极性质：
原电池：电子流出极为负极（发生氧化反应），电子流入极为正极（发生还原
反应）。
电解池：接电源正极为阳极（发生氧化反应），接负极为阴极（发生还原反
应）。
第三步 书写电极反应式：
根据得失电子守恒、电荷守恒（结合溶液酸碱性）、原子守恒配平反应式。
注意介质（酸性、碱性）对反应式的影响（如H⁺或OH⁻参与）。
第四步 分析离子移动与交换膜：
根据电极反应判断离子移动方向（阴离子移向负极/阳极，阳离子移向正极/阴
极）。
识别交换膜类型：质子交换膜（只通过H⁺）、阴离子交换膜（只通过阴离
子）、阳离子交换膜（只通过阳离子）。
第五步 整体过程分析：
结合总反应分析pH 变化、物质转化、电子转移等。
进行计算时，利用电子转移守恒建立关系。
第六步 选项验证：
逐一检查选项与原理是否一致，排除明显错误。
原电池基础：
负极：氧化反应，失电子；正极：还原反应，得电子。
电子流向：负极→外电路→正极；离子流向：阴离子→负极，阳离子→正极。
电极反应式书写规则：
得失电子数相等、电荷守恒、原子守恒。
常见介质调整：酸性用H⁺，碱性用OH⁻，中性或碱性注意水参与。
离子交换膜：
质子交换膜：仅H⁺通过。
阴离子交换膜：仅阴离子（如Cl⁻、OH⁻）通过。
阳离子交换膜：仅阳离子（如Na⁺、K⁺）通过。
pH 变化判断：
生成H⁺或消耗OH⁻ → pH 减小；生成OH⁻或消耗H⁺ → pH 增大。
电子转移计算：
1 mol e⁻对应1 mol 正电荷，根据电极反应式计算物质质量或体积。
电极反应式错误：
忽略电荷守恒或原子守恒（如漏写H₂O、H⁺、OH⁻）。
错误判断介质（如碱性条件下用H⁺配平）。
离子交换膜混淆：
误判膜类型（如将阴离子交换膜当作质子交换膜）。
离子移动方向错误（如阴离子移向正极）。
pH 变化误判：
未考虑总反应中H⁺或OH⁻的消耗/生成。
忽略电极反应对局部pH 的影响。
电子转移计算错误：
未用电子转移守恒关联多个反应。
单位换算错误（如标况下气体体积计算）。
图示理解偏差：
误判正负极/阴阳极，导致后续分析全错。
【典例】
【审题】
1．（2024·江西·高考真题）我国学者发明了一种新型多
功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛
和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是
A．CuAg 电极反应为2HCHO+2H2O
4e
﹣
﹣═2HCOO﹣
步骤1：识别装置与电子流向
图示显示电子从CuAg 电极流向CuRu 电极，
因此CuAg 为负极（氧化反应），CuRu 为正
极（还原反应）。
步骤2：分析电极反应
负极：HCHO 在碱性条件下失电子生成
HCOO⁻和H₂，反应式为：
2HCHO + 4OH⁻ – 2e⁻ → 2HCOO⁻ + H₂↑ +
2H₂O（注意OH⁻参与）。
正极：NO₃⁻得电子生成NH₃ 和OH⁻，反
应式为：
+H2↑+2OH﹣
B．CuRu 电极反应为
6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣
C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右
室
D．处理废水过程中溶液pH 不变，无需补加KOH
【答案】B
【解析】由原电池中电子移动方向可知，CuAg 为负
极，HCHO 失去电子生成HCOO-和H2，电极方程
式为：2HCHO+4OH-
2e
﹣
﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，
CuRu 为正极，
得到电子生成NH3，电极方程
式为：
6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，以此解
答。
A．由分析可知，CuAg 为负极，HCHO 失去电子生成
HCOO-和H2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电
极方程式为：2HCHO+4OH-
2e
﹣
﹣═2HCOO﹣
+H2↑+2H2O，A 错误；
B．由分析可知，CuRu 为正极，
得到电子生成
NH3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程
式为：
6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，B 正确；
C．质子交换膜只允许H+通过，C 错误；
D．由分析可知，负极电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣
2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，正极电极方程式为：
6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，总反应为
8HCHO+
7OH-=NH3
+8HCOO-+4
H2↑+2H2O，处理废水过程中消耗OH-，溶液pH 减
小，需补加 KOH，D 错误；
故选B。
NO₃⁻ + 6H₂O + 8e⁻ → NH₃↑ + 9OH⁻。
步骤3：检查选项
A 选项：错误，因未考虑OH⁻参与。
B 选项：正确，正极反应式配平正确。
C 选项：错误，质子交换膜只允许H⁺通
过，OH⁻不能通过。
D 选项：错误，总反应消耗OH⁻，pH 减
小，需补加KOH。
关键点：紧扣电子流向判断电极，注意碱性介
质对反应式的影响。
1．（2025·江西·高考真题）我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池(如图)。下列说法错
误的是
已知：
为铜基普鲁士蓝(
)
A．
中的铁为
价
B．交换膜为阴离子交换膜
C．洗脱目的是去除电极吸附的
D．
溶液可电解再生电池负极
【答案】C
【解析】由图可知，Zn 电极失去电子生成Zn2+，该原电池中左侧电极为负极，右侧电极为正极。A．
CuHCF 的化学式为Cu[Fe(CN)6]0.67·nH2O，设Fe 化合价为x。Cu 为+2 价，CN-为-1 价，整体电中性：
+2 + 0.67×(x - 6) = 0，解得x≈+3，A 正确；B．Zn 电极为负极，反应为Zn - 2e- = Zn2+，负极区正电荷
增加。污水中
通过交换膜移向负极区以平衡电荷，说明交换膜允许阴离子通过，为阴离子交换
膜，B 正确；C．Ni2+在正极得到电子生成Ni，Ni 被CuHCF 电极吸附，洗脱目的是利用H2O2的氧化
性去除电极吸附的Ni，C 错误；D．电解Zn2+溶液时，阴极反应为Zn2+ + 2e- = Zn，可得到Zn 单质再
生负极，D 正确；故选C。
2．（24-25 高三上·江西·阶段练习）一种新型电池既可以实现海水淡化，又可以处理含
的废水，
装置如图(模拟海水由
溶液替代)。下列说法不正确的是
A．a 极为负极，发生氧化反应
B．隔膜Ⅱ为阴离子交换膜
C．a 极电极反应为
D．理论上除去模拟海水中的
，可得
【答案】B
【解析】由图可知，CH3COO-在a 极附近转化成CO2，其中碳元素化合价升高，发生氧化反应，所以a 极
为负极，则b 极为正极。A．由分析可知，a 极为负极，发生氧化反应，A 正确；B．原电池中，阴离
子移向负极，所以Cl-通过隔膜I 进入左室，隔膜I 为阴离子交换膜，钠离子向右室移动，故隔膜Ⅱ为
阳离子交换膜，B 错误；C．负极附近CH3COO-失电子被氧化生成CO2和H+，正确的电极反应式为：
，C 正确；D．当电路中转移1mol 电子时，根据电荷守恒可
知，海水中有1mol Cl-移向负极，同时有1mol Na+移向正极，即除去1mol NaCl，理论上除去模拟海水
中的NaCl351g，即
，则转移6mol 电子，根据负极反应式可知，
，当转移6mol 电子时，可得
CO2，D 正确；答案选B。
3．（2024·浙江·模拟预测）工业废水中常含有氮、氯元素，可用电解原理对含有高浓度氯离子的工业废水
中的氮进行脱除。用NH4NO3和NaCl 分别模拟工业废水中的氮和氯，电化学处理装置如图1 所示；在
电解过程中，模拟工业废水中ClO-的浓度随时间变化的曲线如图2 所示。
下列说法不正确的是
A．该方法能脱除废水中的NO3，无法脱除NH
B．A 电极接电源的正极，B 电极接电源的负极
C．B 电级的反应式为：2NO +10e-+6H2O=N2↑+12OH-
D．电解过程中，A 电极附近的溶液pH 值降低
【答案】A
【解析】根据图1，A 电极反应中，氯元素化合价升高，失去电子，故A 电极为阳极，B 电极为阴极，A、
B 电极反应式分别为
、
，
与
反应生成
，
不稳定，分解生成
，因此电解池内的总反应为
。据此答题。A．根据电解池总反应得该方法能同时除去
废水中的
，A 错误；B．根据分析知，A 为阳极，接电源正极，B 为阴极，接电源负极，B
正确；C．B 为阴极，电极反应式为
，C 正确；D．A 为阳极，电极
反应式为
，A 电极附近的溶液pH 值降低，D 正确；故选A。
4．（2025·陕西西安·模拟预测）下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是将废水中乙二胺[
]转化为无污染气体的化学电源；乙是利用装置甲模拟工业电解法间接处理含
废水。当电池工作时，下列说法正确的是
A．甲中H+透过质子交换膜由右向左移动
B．若溶液中减少了0.1 mol
，则甲中至少消耗标况下3.36 L 的O2
C．甲中M 极消耗1 mol
，理论上外电路有16 mol 电子从Fe 电极流出
D．电池工作一段时间后，M 和Fe 电极附近pH 均增大
【答案】C
【解析】依据题意甲为化学电源，N 极氧气参加反应为正极，电极反应式为：
，则M
极为负极，电极反应式为：
；乙是利用装置甲模拟
工业电解法间接处理含
废水，则涉及的离子反应方程式为
，
由此可推断乙中Fe 电极作阳极，电极反应式为：
，C 极为阴极，电极反应式为：
；据此作答。A．依据分析甲为原电池，阳离子向正极移动，即由左（负极）向右（正
极）移动，A 错误；B．乙为电解池，处理
时，
被还原为Cr3+，0.1 mol
对应0.6 mol
Fe2+，生成0.6 mol Fe2+对应1.2 mol 电子，甲为化学电源，正极上1 mol O2得到4 mol e-，则当有0.1
mol
减少时，正极有0.3 mol O2参与反应，其标准状况下的体积为0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L，B
错误；C．依据分析，甲中1 mol 乙二胺参与反应失去16 mol e-，依据电荷守恒，则乙中Fe 电极（阳
极）有16 mol 电子流出，C 正确；D．依据分析M 极（负极）反应为：
，生成氢离子pH 减小；Fe 电极附近发生反应为：
， 消耗氢离子pH 增大，D 错误；故答案选C。
