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压轴题05 电化学原理综合分析
一、新型化学电源
1．锂电池
锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化
为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
2．锂离子二次电池
(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电
压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆
过程：LixC6－xe－===C6＋xLi＋。
(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4
等。
3.微生物燃料电池
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极
室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组
分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧
化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
4.物质循环转化型电池
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池
的正、负极，是分析该电池的关键。
二、电解池
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型
电解质实例
溶液复原物质
电解水型
NaOH、H2SO4或Na2SO4
水
电解电解质型
HCl 或CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl 气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO 或Ag2O
【特别提醒】电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极
产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO 或
CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
3.多膜电解池方程式书写及分析
（1）双膜三室处理吸收液(吸收了烟气中的SO2)(或污水)
阳极室：HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋或SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
吸收液(或污水)：Na＋穿过阳膜进入阴极室(左室)；HSO 和SO 穿过阴膜进入阴极室(右室)。
阴极室：2H2O＋4e－===2OH－＋H2↑
HSO ＋ OH－===SO＋H2O
产品： 阳极室 较浓的硫酸 阴极室 左室亚硫酸钠
（2）三膜四室制备硼酸[H3BO3( 一元弱酸)]
阳极室：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
产品室：H＋＋B(OH)===H3BO3＋ H2O
原料室：B(OH)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室
阴极室：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
三、离子交换膜
1．交换膜类型及特点
交换膜类型
阳膜
阴膜
双极膜
特定的交换膜
允许通过的
阳离子移向
阴离子移向
中间层中的H2O 解离出H＋和
只允许特定的离子或分子
离子及移动
方向
原电池的正
极(电解池
的阴极)
原电池的负
极(电解池
的阳极)
OH－，H＋移向原电池的正极
(电解池的阴极)，OH－移向原
电池的负极(电解池的阳极)
通过，如质子交换膜只允
许H＋通过，氯离子交换膜
只允许Cl－通过
通性
无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极
2.“隔膜”电解池的解题步骤
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。
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。
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。
四、电化学计算中常用的三种方法
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。
五、多池串联的两大模型及原理分析
1.常见串联装置图
模型一 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。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
图甲 图乙
显然两图中，A 均为原电池，B 均为电解池。
2.“串联”类装置的解题流程
题型01 新型一次电源
1.（北京市平谷区2025 届高三下学期一模）碱性锌锰电池的总反应为
，构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是
A．电池工作时，正极发生反应为
B．电池工作时，
向正极移动
C．隔膜可以防止电池短路
D．反应中每生成
，转移电子数为
2.（黑龙江省哈尔滨市第三中学2025 届高三下学期一模）我国科学家设计了一种新型多功能(甲醛一硝酸
盐)电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．a 电极区总反应为；
B．电池工作时，电极电势高，电子流动的方向是
C．放电过程中，
从左室迁移到右室
D．处理废水过程中溶液pH 不变，无需补加KOH
题型02 新型二次电池
3.（安徽省滁州市2025 届高三一模）我国科学家发明了一种以
和
为电极材料的新型电
池，内部结构如下图所示，其中①区②区③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时电极材料
转化
为
。下列说法错误的是
A．充电时，外电源的负极连接b 电极
B．充电时，①区溶液中的
向②区迁移
C．放电时，转移
个电子时②区溶液增重174g
D．放电时，a 电极的电极反应式为
4.（江西省2025 届高三一模联考）新型水泥基电池具有成本低、环境友好和可充电性等优点，在绿色储能
领域具有巨大的应用潜力。已知水泥基材料的孔结构充满了毛细孔水和游离水组成的孔溶液，孔溶液内的
离子通过孔隙通道传输。该电池放电时原理如图所示，下列说法正确的是
A．水泥基中孔溶液呈强酸性
B．放电时，电极B 发生氧化反应
C．隔膜应为阳离子交换膜
D．充电时，阳极的电极反应式为
题型03 新型燃料电池
5.（山东省菏泽市2025 届高三下学期第一次适应性检测）双阴极微生物燃料电池可进行硝化和反硝化脱
氮，装置如图。下列说法错误的是
A．H+的迁移方向：厌氧阳极→缺氧阴极，厌氧阳极→好氧阴极
B．装置工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH 增大
C．“好氧阴极”电极反应式为：
D．放电过程中若有1mol
完全转化为
，“好氧阴极”区内理论上消耗O2(STP)44.8L
6.（2025 届江苏省盐城市射阳中学高三上学期一模）一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列
有关该电池的说法正确的是
A．电池工作时，化学能完全转化为电能
B．电池工作时，
向电极B 移动
C．电极B 上发生的电极反应为
D．
参与的电极反应为
题型04 离子交换膜
7.（四川省八市2025 届高三上学期第一次诊断性考试）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。
我国一科研团队用如图装置制取
(已知：
，电极上都覆盖有催化剂)。下列
说法正确的是
A．电极a 是负极，发生还原反应
B．A 膜是阴离子交换膜，B 膜是阳离子交换膜
C．电极b 的电极反应为：
D．电解质中发生的反应为：
8.（四川省泸州市2024-2025 学年高三上学期质量诊断）中国科学院福建研究所制备了一种新型铋基
ZMOF(Bi－ZMOF)材料，将其用做Zn－CO2电池的电极，可提高电池放电效率，电池结构如图所示，双极
膜中H2O 解离的H＋和OH－在电场作用下向两极移动。下列有关说法正确的是
A．锌电极的电势高于Bi－ZMOF 电极的电势
B．放电时，每消耗0.2mol Zn，双极膜内解离3.6g H2O
C． Bi－ZMOF 电极的反应式为：CO2＋2H＋－2e－=HCOOH
D． Bi－ZMOF 电极具有吸附CO2，并催化CO2转化为HCOOH 的作用
题型05 新型电解池
9.（河南省商丘市2025 届高三一模）工业上可用电解法将废水中较高浓度的铬酸钾溶液制成重铬酸钾溶
液，其工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．惰性电极N 为阳极，
被氧化
B．惰性电极M 的电极反应式为
C．惰性电极N 的电势小于惰性电极M 的电势
D．阳极区溶液中
由amol 变成bmol 时，理论上生成的
为
10.（贵州省六盘水市2025 届高三一模）采用电解法电解葡萄糖
溶液可同时制备山梨醇
和葡萄糖酸
，电解原理如图所示。已知双极膜中水解离的
和
在电场作用下向
两极迁移。下列说法错误的是
A．M 极与电源的负极相连
B．双极膜产生的
会移向N 极
C．阴极的电极反应：
D．每生成1mol 山梨醇，理论上共消耗1mol 葡萄糖
题型06 多室电解池
11.（清华大学THUSSAT 中学生标准学术能力2025 届高三诊断性测试）为了从海水中提取锂，某团队设
计了图示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1 与4 取下互换，电极2 与3(
电
极或
电极)取下互换，可实现锂的富集。下列说法正确的是
A．a 为电源的正极，电极电势a 高于b
B．装置中电极2 应选择
电极，电极反应为
C．互换后电极4 发生的反应与互换前电极1 发生的反应不同
D．理论上，电路通过1
电子时，有1
富集在右侧电解液中
12.（陕西、山西、宁夏、青海2025 年八省联考）为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保
持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1 与4 取下互换，电极2 与3 取下互换，实现锂的富集。
下列说法正确的是
A．电路中电子的流向随着电极互换而改变
B．电极2 上发生的反应为：
C．理论上，电极1 与电极4 的质量之和保持不变
D．理论上，电路通过
电子时，有
富集在右侧电解液中
题型07 电化学综合考查
13.（江西省2024 届高三模拟）浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以
浓差电池为电源，用如图所示装置从含
的浆液中分离得到含
的溶液并制备NaOH．下列说
法错误的是
A．起始加入的
溶液浓度：
B．膜a 和膜b 均适合选用阴离子交换膜
C．工作时，
溶液质量减小、NaOH 稀溶液质量增加
D．导线中通过1 mol
，理论上电解池中两极共生成0.75 mol 气体
14.（广东省珠海市2025 届高三上学期一模）我国科学家研究的自驱动高效制取
的电化学装置示意图如
图。下列说法不正确的是
A．装置a 为原电池，电极I 为正极
B．装置b 的总反应方程式为：
C．装置a 消耗
时，整个装置消耗
D．装置b 生成
时，理论上装置a 正极区溶液质量减少4g
1.（江西省南昌市2025 届高三第一次模拟）我国科学家开发了一种自充电水系
电
池，电池电能耗尽后，无需外接电源，可通过
实现电池自充电，电池工作原理如图。下列说法错误
的是
A．该电池装置负极材料需足量
B．放电时，
向Zn 电极移动
C．放电时，右侧电极反应为：
D．自充电时，每消耗
，溶液中增加
2.（东省深圳市2025 届高三第一次调研）将金矿石（含
和
等）浸泡于
溶液中，并通入空
气，利用原电池工作原理（如图），可实现金矿石中
的浸取。下列说法正确的是
A．Au 作原电池正极
B．电子由
流向
C．
表面发生的电极反应：
D．
的溶解速率与溶液中
的浓度有关
3.（广东省深圳市2025 届高三第一次调研）我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的
电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．放电时，负极反应为
B．充电时，阴极室电解质溶液
增大
C．复合石墨电极表面，放电时析出
，充电时析出
D．充电时，每生成
，阳极室溶液质量减少
4.（陕西省2024-2025 学年高三上学期一模）我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、
优异的循环性能的新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn 和
，相应的产物为
和
。下列说法错误的是
A．M 电极的电势低于N 电极
B．N 电极的反应式为
C．电池工作一段时间后，NaOH 溶液的pH 变小
D．若电路中通过2mol
，则稀硫酸溶液质量增加87g
5.（北京市新高考第一届NBchem 2025 届高三上学期联考）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转
化为电能的装置，其工作原理如下图所示。
下列有关微生物电池的说法中不正确的是
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移，并改变了反应机理
C．质子交换膜的交换动力来源于膜两侧离子浓度差
D．电池总反应为
6.（广西壮族自治区柳州市2025 届高三上学期第二次模拟）金属硫电池(Me-S 电池)是一类以硫作为阴极材
料、金属作为阳极材料的电池系统，具有高能量密度、原材料丰富且成本低廉等优点。一种钾硫电池的结
构及原理如图所示。下列有关叙述错误的是
A．隔膜为阳离子交换膜
B．放电时，b 极可发生反应：
C．电池充电时间越长，电池中的
量越多
D．充电时，电路中转移0.1mol 电子时，阴极质量增加3.9g
7.（贵州省毕节市2025 届高三上学期第一次诊断性考试）一种双腔室
燃料电池构造示意图如下，下
列说法错误的是
A．离子交换膜的作用是传导
B．负极反应式为：
C．
在电池反应中表现出氧化性和还原性
D．复合材料电极上每消耗
，外电路中转移
电子
8.（黑龙江省实验中学2024-2025 学年高三上学期模拟）离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、
完全由阴、阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。一种以LiAlCl4离子液体为电解质的铝-磷酸铁锂二次
电池放电时工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，铝电极的电极反应式为：Al-3e-+7AlCl =4Al2Cl
B．放电时，磷酸铁锂电极中锂元素被氧化
C．充电时，电子由Al 电极经离子液体流向磷酸铁锂电极
D．充、放电时，磷酸铁锂电极中铁元素质量、价态均保持不变
9.（河南省创新发展联盟2025 届高三下学期一模）我国福州大学和清华大学学者研制组装的
乙醇
电池系统具有良好的充放电循环稳定性，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：
B．充电时，
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
D．充电时，阴极的电极反应式：
10.（福建省龙岩市2025 届高三下学期一模）混合动力车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低油耗；
刹车或下坡时，电池处于充电状态(储氢)。目前一般使用镍氢电池，该电池中以镍的化合物和储氢金属(以
M 表示)为电极，镍氢电池充放电原理示意如下图，下列说法正确的是
A．混合动力车上坡或加速时，电能转化为化学能
B．混合动力车上坡或加速时，
从甲电极移向乙电极
C．混合动力车刹车或下坡时，乙电极周围溶液的
增大
D．混合动力车刹车或下坡时，甲电极的电极反应式为
11.（甘肃省兰州市2025 届高三模）科学家为消除酸性工业废水中甲醛的危害，利用驱动耦合电催化实现
了
与
转化为高附加值的产品
。下图是耦合电催化反应系统原理图示。下列有关说法不
正确的是
A．
管负载
纳米绒电极为阴极
B．反应过程中
从左极室向右极室移动
C．电路中通过2mol 电子时，在装置中可生成1mol
D．阳极的电极反应式为
12.（广东省湛江市2025 届高三第一次调研）工业上可利用流汞电解法电解海水，如图所示流汞电解池的
底部略微倾斜。在电解池中，汞作为阴极，生成
并通过电解池底部流入Z 池，发生反应：
。下列说法正确的是
A．阳极附近溶液
不发生变化
B．汞阴极发生电极反应：
C．理论上每生成1
，需消耗海水中氯化钠的质量为117g
D．理论上每生成1
，Z 池中溶液质量增加80g
13.（广东省江门市2025 届高三下学期一模）有机电化学合成法反应条件温和，可在电解池两极同时合成
有机化合物，经济效益高。已知合成苯酞和铃兰醛前体化合物装置示意图如下，以下说法错误的是
A．
从右室移向左室
B．该过程中可循环利用的物质是甲醇
C．电路中每转移
电子，理论上右室消耗
D．a 电极的电极反应式为：
14.（天津市河东区2025 届高三下学期一模）一种电化学合成二苯甲酮的装置如图所示。Ph-表示苯基，
是阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A．为电源的负极
B．阳极反应：
C．阴极得到
气体时，电路中转移
电子D．总反应为：
+
15.（江西省重点中学盟校2025 届高三下第一次联考）电还原
时，采用高浓度的
抑制酸性电解液中
的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示，下列说法错误的是
A．电池工作时，质子从左室通过质子交换膜到右室
B．阳极生成了
，则阴极生成
(标准状况下)
C．在
电极上难于发生析氢反应
D．左室溶液中硫酸物质的量不变
16.（山东省日照市2025 届高三下学期一模）硫酸盐还原菌(SRB)可以处理含Cu2+的硫酸盐酸性废水，同时
实现有机废水的处理，原理如图所示，下列说法正确的是
A．若以铅蓄电池为电源，b 为Pb 电极
B．SO
参与的电极反应为：
C．电解一段时间后阳极区溶液的pH 减小
D．标准状况下，产生2.24LCO2时，理论上可产生9.6gCuS
17.（陕西省宝鸡市2024-2025 学年高三上学期一模）电化学“大气固碳”方法是我国科学家研究发现的，
相关装置如图所示。下列说法错误的是
A．放电时，电极A 为负极，该电池可选用
水溶液做离子导体
B．放电时，电极B 上发生的反应是
C．充电时，
从电极B 移向电极A
D．充电时，外电路中每通过2mol 电子，阳极区质量减少80g
18.（湖南省株洲市2025 届高三上学期一模）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
的有机溶液。闭合
时产生
，闭合
时产生
。下列说法正确的是
A．闭合
时
从左向右移动
B．闭合
时Ni-Pt 电极发生还原反应
C．闭合
，理论上每生成
，需消耗约
D．放电时总反应：
19.（江西省九江市2024-2025 学年高三下学期第一次模拟）我国科学家设计了一种双位点
电催化
剂，用
和
电化学催化合成甘氨酸原理如图，双极膜中
解离的
和
在电场作用下
向两极迁移。已知在
溶液中，甲醛转化为
，存在平衡：
，
电极上发生的电子转移反应为
。下
列说法正确的是
A．
电极与电源的负极相连
B．理论上双极膜中解离水的质量为90g 时，则生成
C．阴极总反应式为：
D．用铅蓄电池作电源时，每消耗
，铜上生成
20.（安徽省淮南市2024-2025 学年高三上学期第一质量检测）微生物电合成系统(MES)是一种新型的碳捕
获生物技术，已知阴极副产物有乙醇、氢气。下列说法错误的是
A．电流的流向：由N 电极经导线到M 电极
B．生成
的电极反应式为
C．离子交换膜为质子交换膜
D．每生成
，同时生成
