文档文本内容
3-8 电解应用——环保方面
情境真实：以废水处理、资源回收、污染物转化等环保技术为背景，体现化学知识的实际价值。
装置复杂：常涉及多室电解、离子交换膜、双极膜、光催化等新型装置，考查学生对复杂系统的分析
能力。
综合性强：融合电极反应、离子迁移、物料守恒、电子守恒、pH 变化、能量转化等多个考点。
信息图文结合：题干常配装置示意图，信息分散在文字、图示、反应式中，需整合理解。
考查维度
具体内容
考查方式
知识层面
电解池基本原理、电极反应式书写、离
子交换膜作用、电子守恒计算、pH 变化
判断
通过装置图推断电极性质、离子迁移方向、
反应产物，并进行定量计算或定性判断
能力层面
信息提取与整合能力、图像分析能力、
逻辑推理能力、知识迁移能力
要求学生从陌生情境中识别已知模型，将教
材知识迁移到新装置中进行分析
素养层面
科学探究与创新意识、科学态度与社会
责任
通过环保技术背景，引导学生关注化学在解
决环境问题中的作用
第一步：判断装置类型
是否有外接电源？有→电解池；无→原电池
注意“光阳极”“可充电电池”等提示词
第二步：分析电极与反应
确定阴、阳极（正、负极）
写出电极反应式（注意介质：酸性、碱性、中性）
关注是否有“双极膜”“离子交换膜”影响离子路径
第三步：分析离子迁移与交换膜
根据电极反应判断离子浓度变化
推断离子移动方向（异性相吸，同性相斥）
判断交换膜类型（阳离子膜、阴离子膜、双极膜）
第四步：定量计算与结论判断
运用电子守恒（n(e⁻)一致）
注意“每生成…同时生成…”类问题
结合物料守恒判断pH 变化、产物量等
知识点
关键内容
电解池基本构成
阳极（氧化）、阴极（还原）、电解质、外接电源
电极反应式书写
注意介质（H⁺/OH⁻/H₂O 参与反应）、化合价变化、电荷守恒
离子交换膜
阳离子膜（只允许阳离子通过）、阴离子膜（只允许阴离子通过）、双极膜（水解
离出H⁺和OH⁻）
电子守恒计算
转移电子数相等→串联电路中各电极反应电子数一致
pH 变化判断
消耗H⁺→pH 升高；生成H⁺或消耗OH⁻→pH 降低
环保中常见转化
NO₃⁻→NH₃、CO₂→有机物、重金属离子沉淀、有机污染物降解等
易错点
错误示例或说明
电极判断错误
将“光阳极”误认为阴极；忽略“双极膜”中水解离的方向
离子迁移方向混淆
误以为阴离子向阳极迁移是“向正极”，忽略电解池中阳极是正极
电子守恒计算忽略介质
在涉及H⁺/OH⁻迁移时，未考虑离子交换膜对离子路径的影响，导致计
算错误
对“双极膜”理解不透
未意识到双极膜中水解离出的H⁺和OH⁻分别向两侧迁移，促进反应进
行
忽略“可充电电池”的双重身
份
放电时为原电池，充电时为电解池，电极反应相反
图像信息提取不全
未注意图示中箭头方向、离子符号、浓度变化提示等细节信息
【典例】
【审题】
1．（2025·云南·高考真题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼
的装置如图所示，双极膜中
解离的
和
在电
场作用下向两极迁移。除硼原理：
。下列说法错误的是
A．Pt 电极反应：
B．外加电场可促进双极膜中水的电离
C．Ⅲ室中，X 膜、Y 膜分别为阳离子交换膜和阴离子交
换膜
D．Ⅳ室每生成
，同时Ⅱ室最多生成
【答案】C
【解析】由图中氢离子和氢氧根的流向，可推出左侧Pt 电极
为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反应为：
，阴极发生的反应为：
，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠
离子往阴极方向移动，氯离子往阳极方向移动，据此解
答。
A．由分析可知，Pt 电极为阳极，阳极发生的反应为：
，A 正确；
B．水可微弱的电离出氢离子和氢氧根，在外加电场作用
1.
读题干抓关键：
o
“双极膜电渗析法”→提示有双
极膜，会水解离出H⁺和OH⁻。
o
“除硼原理”→给出反应式，提
示硼酸与OH⁻反应。
o
图示中有H⁺和OH⁻迁移箭头，Pt
电极和石墨电极。
2.
分析电极与反应：
o
H⁺向右迁移→右侧为阴极，H⁺应
移向阴极（得电子），但图中H⁺
向左进入Ⅱ室，OH⁻向右进入Ⅳ
室。
o
因此左侧电极为阳极（H⁺生成并
进入Ⅱ室），右侧为阴极（OH⁻生
成并进入Ⅳ室）。
o
阳极反应：4OH-− 4e⁻ → O₂↑ +
2H2O（A 选项）。
o
阴极反应：2H++2e⁻ → H₂↑。
3.
分析膜与离子迁移：
o
Ⅲ室中NaCl 浓度降低→Na⁺向右
（阴极）、Cl⁻向左（阳极）迁
移。
o
故X 膜（左）为阴离子膜（过
Cl⁻），Y 膜（右）为阳离子膜
（过Na⁺）。
o
选项中C 说“X 为阳离子膜、Y 为
阴离子膜”错误。
4.
定量判断：
下，使氢离子和氢氧根往两侧移动，降低了浓度，可促
进双极膜中水的电离，B 正确；
C．由分析可知，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往
阴极方向移动，氯离子往阳极方向移动，即钠离子往右
侧移动，通过Y 膜，则Y 膜为阳离子交换膜，氯离子往
左侧移动，通过X 膜，则X 膜为阴离子交换膜，C 错
误；
D．Ⅳ室每生成
，则转移1mol 电子，有1mol 氢
离子移到Ⅱ室中，生成
，D 正确；
故选C。
o
Ⅳ室生成1 mol O₂ ，转移4 mol
e⁻。
o
Ⅱ室中H⁺进入，与硼酸反应生成
B(OH)₄⁻，每4 mol e⁻对应生成4
mol H⁺ ，最多生成4 mol
B(OH)₄⁻。
o
D 选项说“每生成1 mol O₂，同时
Ⅱ室最多生成4 mol B(OH)₄⁻” 正
确。
结论： C 错误。
1．（2016·全国I 卷·高考真题）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。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2H2O–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．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳
极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO4
2－离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH－失去电子，
发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正极区溶液酸
性增强，溶液的pH 减小，故A 错误；B．阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电
子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以产生氢氧化
钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH 和H2SO4产品，故B 正确；C．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，故C 错误；D．当电路中通过1mol 电子的
电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是
n(O2)=1mol÷4=0.25mol，故D 错误。故选B。
2．（2025·全国卷·高考真题）某研究小组设计如下电解池，既可将中性废水中的硝酸盐转化为氨，又可将
废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。
电解时，下列说法错误的是
A．阳极区
下降
B．
从阴极区向阳极区迁移
C．阴极发生反应
D．阴极转化
，阳极将生成
【答案】D
【解析】根据图示，电解时，左侧电极连接电源负极，为阴极区，发生还原反应，电极反应式为：
；右侧电极连接电源正极，为阳极区，发生氧化反应，电极反应式
为：
。A．根据分析，阳极区消耗了
，
下
降，A 正确；B．阴极区生成了
，阳极区消耗了
，按照离子移动方向，
从阴极区通过阴
离子交换膜向阳极区迁移，B 正确；C．根据分析阴极发生还原反应，电极反应式为：
，C 正确；D．阴极转化
，转移
，此时阳极将生成
，D 错误；故选D。
3．（2025·四川·高考真题）最近，我国科学工作者制备了一种
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
为
，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
逐步还原为
。
下列说法错误的是
A．放电时，负极区游离的
数目保持不变
B．放电时、还原
为
，理论上需要
氢原子
C．充电时，
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
【答案】A
【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，
，
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
逐步
还原为
，正极区发生反应为
(注意此反应不是电极反应)，充电时，
金属铝为阴极，
电极为阳极，据此解答。A．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：
，当转移3mol 电子时，消耗
，同时正极区
会有
通过
离子交换膜进行补充，
净消耗1mol，故负极区游离的
数目会减少，
故A 错误；B．氢原子将吸附在电催化剂表面的
逐步还原为
，还原
为
，由化
合价变化可知，得到8mol 电子，所以理论上需要
氢原子，故B 正确；C．充电时，阴离子向阳
极移动，所以充电时，
从阴极区穿过
离子交换膜进入阳极区，故C 正确；D．充电时，电池
阴极反应式为
，阳极反应式为
，总反应为
，故D 正确；答案选A。
4．（2024·贵州·高考真题）一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生
反应：
，
。体系中
与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)
发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是
A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能
电能
化学能
B．阴极反应式为
C．光阳极每消耗
，体系中生成
D．
在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
【答案】C
【解析】该装置为电解池，光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为
，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为
；A．该装置为电解
池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A 正确；B．由图可知，阴极
上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为
，B 正确；C．光阳极上水
失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为
，每转移2mol 电子生成
，此时阴极也生成
：
，即光阳极每消耗1molH2O，体系中生成
，C 错误；D．由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，
做还
原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，
中O 元素化合价降低，做氧化剂，表现氧化
性，D 正确；故选C。
