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第37 天 押创新电解装置
电化学合成（CO₂ 还原、水处理）的膜与析出顺序
（2026·浙江·高考真题）一种电解葡萄糖(
)制取葡萄糖二酸钾(
)的装置
示意图如图所示，下列说法中，不正确的是
A．电极M 处的电极反应式为：
B．离子交换膜P 为阳离子交换膜
C．1 mol 葡萄糖(
)完全转化为葡萄糖二酸钾(
)转移的电子数为
D．电解过程可能产生葡萄糖酸钾(
)
（2025·贵州·高考真题）以
/SiC 为阴极反应的催化剂，在
溶液中电解
和
，两极协同合成
(丙酰胺)的原理如图。
例1
例2
下列说法正确的是
A．b 极与电源负极相连，发生氧化反应
B．a 极涉及的反应有：
C．当电路中转移2 mol 电子时，理论上合成
D．合成
时会生成
副产物
（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
（2025·湖北·高考真题）某电化学制冷系统的装置如图所示。
和
在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动
实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。
下列描述错误的是
例3
例4
A．阴极反应为
B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断
比
稳定
C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后
和
离子结构的改变
（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
例5
D．Ⅳ室每生成
，同时Ⅱ室最多生成
“电解的应用”是高考电化学板块的重要组成部分，命题呈现“原理新颖、场景真实、综合性强”的
特点。试题常以有机电合成（如葡萄糖制葡萄糖二酸钾、CO₂ 与甲醇制碳酸二甲酯）、废水处理（硝酸盐
还原、氨氮回收）、物质转化（H₂S 制H₂ 和S、SO₂ 与二醇合成环状亚硫酸酯）、双极膜技术、配对电解
等为背景，通过装置图、反应机理、法拉第效率等综合信息，考查电极反应式的书写、离子迁移方向、隔
膜类型判断、电子转移计算、产物选择性分析等。近年趋势是强化对有机电化学反应机理（如羟醛、加成、
氧化还原）的理解，以及双极膜、质子交换膜、阴/阳离子交换膜在电渗析、电合成中的作用，同时注重对
“法拉第效率”“电流效率”等实际生产指标的计算与评价。预计2026 年将继续以“陌生电解装置+多步
反应”的形式出现，要求学生从装置图中提取信息，运用电解基本原理进行综合推理和定量计算。
常考的方向和角度有：
电解池电极名称与电源连接：阳极发生氧化反应，与电源正极相连；阴极发生还原反应，与电源
负极相连。根据物质转化（化合价升降）或离子迁移方向判断电极。常见考点：葡萄糖氧化为葡
萄糖二酸钾的阳极反应；CO₂ 还原为CO 的阴极反应。
电极反应式的书写（包括有机反应）：根据反应物、产物、介质（酸性、碱性、中性）正确书写
电极反应式。注意有机物中碳的平均化合价变化，配平电子、原子和电荷。常见考点：甘油氧化
为甲酸盐；烯烃氯醇化反应；乙二醇与SO₂ 成环反应。
离子迁移与离子交换膜：阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。根据离子迁移方向判断隔膜类
型（阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜、双极膜）。双极膜可将水解离为H⁺和OH⁻并定
向迁移。常见考点：葡萄糖电解中OH⁻通过阴离子交换膜；双极膜电渗析除硼中H⁺和OH⁻的迁移。
电子转移与物质质量/体积计算：根据电极反应，计算转移电子数、生成物的物质的量、质量或气
体体积（注意标准状况）。需结合法拉第效率进行实际产量计算。常见考点：电解CO₂ 与甲醇制
DMC 时，法拉第效率为60%，电源提供2 mol 电子只生成0.6 mol DMC。
溶液pH 或浓度变化：阳极若消耗OH⁻或生成H⁺，则阳极区pH 降低；阴极若消耗H⁺或生成OH⁻，
则阴极区pH 升高。需结合离子迁移判断两室pH 变化。常见考点：Al-硝酸盐电池放电时负极区
pH 减小；电化学合成氯醇时阴极区OH⁻数目几乎不变。
电解过程中质量变化计算：电极溶解或析出、离子迁移、气体逸出都会引起电极区或溶液质量变
化。需综合电极反应和离子迁移计算净增重或减重。常见考点：镧系单原子催化剂电解CO₂ 时，
阴极区溶液增重计算；电化学制冷中热效应与离子结构改变的关系。
双极膜的工作原理与应用：双极膜在电场作用下将水分子解离为H⁺和OH⁻，分别向两极迁移，维
持电解质电中性，促进电解持续进行。常用于电渗析、酸/碱制备。常见考点：卤水除硼中双极膜
的应用；电化学制备甲酸和氢气中双极膜提供H⁺和OH⁻。
配对电解与成对电合成：阴极和阳极同时生成有价值产物，提高电流效率。需分别写出两极反应，
并注意电子守恒。常见考点：邻苯二甲酸还原和甲醇氧化配对电解；电化学介导胺再生中阳极氧
化铜、阴极还原铜离子。
法拉第效率的计算：法拉第效率 = (实际生成目标产物所需电荷量 / 总输入电荷量) × 100%。根据
产物生成量计算理论电荷，与实际电荷比较求效率。常见考点：CO₂ 电还原生成甲酸和CO 的法拉
第效率随电压变化；DMC 合成中效率为60%时的产量计算。
电化学催化与反应机理：催化剂（如Pd、Ce-SACs、Ni-CuO）参与电极反应或后续化学过程，降
低活化能，提高选择性。需结合反应机理图分析。常见考点：Pd(II)催化CO 与CH₃O⁻结合；Ce-
SACs 催化CO₂ 还原为CO。
隔膜类型与离子选择性：质子交换膜只允许H⁺通过；阳离子交换膜允许阳离子（如Na⁺、K⁺）通
过；阴离子交换膜允许阴离子（如Cl⁻、OH⁻）通过；多孔隔膜允许离子通过但阻止热交换。常见
考点：电解葡萄糖中P 为阴离子交换膜；电解Na₂SO₄ 制备H₂SO₄ 和NaOH 中需使用阳离子交换膜
和阴离子交换膜。
电解在环境治理中的应用：处理废水中的硝酸盐（还原为N₂ 或NH₃）、氨氮（氧化为N₂）、H₂S
（转化为S 和H₂）等。常见考点：硝酸盐转化为氨；H₂S 离场电催化制H₂ 和S；畜牧业废水回收
氨氮并联产H₂O₂。
电化学制冷原理：利用某些离子（如Fe³⁺/Fe²⁺）在电极上发生氧化还原时伴随热量变化，通过溶液
循环实现制冷。热效应主要来自离子结构改变而非电子转移。常见考点：Fe³⁺/Fe²⁺体系电化学制冷。
有机电合成中的副反应与选择性：有机物电解时可能发生部分氧化或过氧化，生成副产物。需根
据电极电势和反应条件控制选择性。常见考点：葡萄糖电解可能生成葡萄糖酸钾（不完全氧化）；
丙醛在碱性条件下可进一步氧化为丙酸。
电解池与外部化学反应的耦合：电解产物与外部物质反应生成目标产品，电解池只提供氧化剂或
还原剂。常见考点：离场电催化中电解生成Fe³⁺和V²⁺，再与H₂S 反应生成S 和H₂；电化学介导胺
再生中阳极生成Cu²⁺，与乙二胺富液竞争释放CO₂。
1．电解池模型
2．“五类”依据判断电解池电极
阳极
阴极
电极材料
与电源正极相连
与电源负极相连
电极反应
氧化反应
还原反应
电子流向
流出
流入
离子移向
阴离子移向
阳离子移向
电极现象
电极溶解等
电极增重等
3．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
允许通过的离子
及移动方向
阳离子移向原电
池的正极(电解池
的阴极)
阴离子移向原电
池的负极( 电解
池的阳极)
中间层中的H2O 解离出
H+和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)
只允许特定的离子或
分子通过，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
4．离子交换膜的作用
1．（2026·重庆·模拟预测）镧系单原子催化剂(Ce-SACs)，能将
电催化还原成CO，其工作原理如图所
示(电解质为
溶液)。下列说法正确的是
A．a 为电源负极，发生还原反应
B．电解过程中阴极附近溶液的pH 减小
C．阳极上的电极反应式为
D．当电路中转移
时，理论上阴极区溶液增重47 g
2．（2026·广东江门·一模）中国科学院研发的离场电催化技术可实现H2S 100%转化为H2和S，其基本工
作原理如图所示(C1、C2均为惰性电极)。下列说法错误的是
A．产品Ⅰ为S，产品Ⅱ为H2
B．电解池工作时，C2接外电源负极
C．电解过程中，理论上阳极室质量增加
D．该技术中Fe3+和V3+可循环利用
3．（2026·北京丰台·一模）科学家开发了一种电化学驱动的
反应技术，当
粉末进入电解
池后开始电解，原理示意图如下。下列说法不正确的是
已知：
A．气体X 和Y 分别为
和
B．阴极电极反应式为：
C．电解过程中，
D．该工艺最终的目的是以海水为原料制备
、
和盐
4．（2026·四川广安·二模）最近，我国科学工作者提出了一种电化学合成氯醇的策略：在含Cl 的水性介
质中直接从烯烃合成氯醇，避免了传统方法中氯气和次氯酸的使用，其合成原理如图所示。
下列说法错误的是
A．工作一会儿，阴极区游离的
数目几乎不变
B．理论上，当有
气体生成时，向右穿过质子交换膜的
可能为2 mol
C．若电解质溶液更换为海水，将不能合成氯醇
D．工作时，a 极反应为：
5．（2026·四川内江·二模）现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力。电解
溶液可制备
，其工作原理如图所示。下列叙述错误的是
A．改变电源工作电压可控制反应速率
B．b、c 为阴离子交换膜
C．产品室发生的反应是
D．理论上每生成1 mol 产品，M 室溶液质量减少9 g
6．（2026·河北廊坊·一模）某科研团队提出了一种在温和条件下
和甲醇通过氧化还原中性电合成碳酸
二甲酯
，简称DMC 的方案。实验装置和反应机理如图所示(Me 表示甲基)，电解液为
，最大法拉第效率(实际生成目标产物所需的电荷量与总输入电荷量之比)为60%。下列
说法正确的是
A．b 电极连接电源的负极
B．a 电极的电极反应式为
C．当电源提供2 mol 电子时，生成1 mol DMC
D．Pd(II)降低了CO 与
结合的活化能
7．（2026·湖南衡阳·模拟预测）一种有机多孔电极材料电催化还原
的装置如图所示。下列说法不正确
的是
A．b 极电势低于
极电势
B．该电池所用隔膜为质子交换膜，质子由a 极移向b 极
C．b 极生成
的电极反应为
D．当隔膜穿过
离子时，阳极生成气体的体积为
，则此时电池效率为70%
8．（2026·河南郑州·模拟预测）一种从畜牧业废水中回收氨氮（
）并联产
的电化学装置如图所
示，其中电极a 和b 均为负载催化剂的惰性电极，多孔玻璃膜只允许
和
通过。
下列说法错误的是
A．电极a 接直流电源的正极
B．回收的
在①区富集
C．停止通入
则电解池停止工作
D．电极b 上发生的电极反应式为
9．（2026·福建泉州·一模）我国科研工作者采用配对电解体系将工业废气中的
转化为单质硫，并与二
醇反应高效构建五元、六元及七元环状亚硫酸酯，实现资源的可持续利用。例如，与乙二醇反应制备
的原理如图。下列说法错误的是
A．石墨为阳极，发生氧化反应
B．总反应方程式为：SO2+HOCH2CH2OH
H2O+
C．若消耗0.5 mol 乙二醇，理论上交换膜中通过的离子数为
D．若与
反应，可制得
10．（2026·陕西西安·模拟预测）利用温室气体
实现有机物转化是环境治理和提高产能的重要研究。
现有光电转化装置如图甲所示，在不同电压下进行光照电解实验，不同有机产物的法拉第效率（
）随电压变化如图乙所示。
已知：
，其中，
，n 表示电解生成还原产物X 所转
移电子的物质的量，F 表示法拉第常数。下列说法错误的是
A．N 极电势高于M 极
B．装置中的交换膜为质子交换膜
C．
的电极反应式为
D．在电压为
条件下，生成的
和
的物质的量之比为
，则生成
的法拉第效
率m 为
11．（2026·广东广州·一模）一种以Ni-CuO 作为电催化剂的Al-
新型电池如图所示，放电时可将污水
中的
转化为
。下列说法错误的是
A．充电时，电极Ⅱ为阳极
B．放电时，负极区溶液中pH 逐渐减小
C．放电时，理论上每消耗4 mol Al 最多可处理62 g 的
D．充电时，电解池的总反应为
12．（2026·安徽合肥·模拟预测）科研人员开发电化学法制备甲酸和氢气，装置如图所示。已知：双极膜
可在电场作用下将水解离成
和
，分别向两侧电极区域迁移，维持电解质溶液的电中性，促进
电解反应持续进行。下列叙述错误的是
A．电极a 为阳极，电极b 为阴极
B．若电路中转移
电子，理论上电极b 产生
C．阳极反应式为
D．双极膜产生的
向电极b 迁移，
向电极a 迁移
13．（2026·山西太原·模拟预测）电化学介导胺再生是一种新兴的
捕集技术。首先通过乙二胺吸收法
捕集
，捕集了
的乙二胺富液进入电化学反应器阳极室，电化学反应器的电极采用
，
通过电能特异性氧化/溶解铜来产生
与进入阳极室的乙二胺富液发生竞争反应驱动
的释放，
最后通过还原铜离子为铜单质实现乙二胺的再生。其机理和装置如图。
下列说法错误的是
A．
的捕获富集是熵增的过程，故而会消耗电能
B．乙二胺与
的结合能力高于其与
的结合能力
C．乙二胺吸收
的反应为加成反应
D．阴极的电极反应为
14．（2026·江西·模拟预测）成对电合成法是一种在电解池的阴、阳两极获得有价值的产物和提高电流效
率的技术。如图是利用该方法合成
和
原理示意图。下列说法正确
的是
A．
极为阴极
B．
电极的反应为：
+2H++4e-=
C．
极区溶液的
值减小
D．电路中每转移
时，理论上能得到
