電化學(xué)“多池和多室”串聯(lián)問題及計算

01考情分析02真題精研03規(guī)律?方法?技巧04經(jīng)典變式練

05核心知識精煉06基礎(chǔ)測評07能力提升

考情分析

原電池和電解池統(tǒng)稱為電池，將多個電池串聯(lián)在一起，綜合考查電化學(xué)知識是近年來高考命題的熱點(diǎn)，該

類題目能夠考查學(xué)生對解題方法的掌握情況，需要學(xué)生具有縝密的思維能力及巧妙的處理數(shù)據(jù)的能力。

原電池和電解池的相關(guān)計算，主要包括兩極產(chǎn)物的定量計算、相對原子質(zhì)量的計算、阿伏加德羅常數(shù)測定

的計算、溶液pH的計算，根據(jù)產(chǎn)物的量求轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量及根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量求產(chǎn)物的量等

真題精研

1.(2024?湖北?高考真題)我國科學(xué)家設(shè)計了一種雙位點(diǎn)PbCu電催化劑，用H2c2。"和NH20H電化學(xué)催化

合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H?O解離的H+和在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲

2

醛轉(zhuǎn)化為HOCH?。1存在平衡HOCHzCT+OH口[OCH2O]+H2O?Cu電極上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)為

2

[OCH2O]-e-=HCOO+H?。下列說法錯誤的是

A.電解一段時間后陽極區(qū)c(OH)減小

+

B.理論上生成lmolH3NCH2COOH雙極膜中有4moiH2O解離

C.陽極總反應(yīng)式為2HCHO+4OH--2e-=2HC00+H2T+2H2O

D.陰極區(qū)存在反應(yīng)H2cQ4+2H++2e-uCHOCOOH+H2。

■k規(guī)律?方法?技巧

“串聯(lián)”類電池的解題流程

經(jīng)典變式練

1.（2024?廣東?高考真題）一種基于氯堿工藝的新型電解池（下圖），可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中,

下列說法不正確的是

A.陽極反應(yīng)：2C1-2e-=C12T

B.陰極區(qū)溶液中OH濃度逐漸升高

2

C.理論上每消耗ImolFeQs，陽極室溶液減少213g

D.理論上每消耗ImolFezOs，陰極室物質(zhì)最多增加138g

核心知識精煉

一、有關(guān)電化學(xué)的計算

電化學(xué)的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等，無論是單一電池還是串聯(lián)電解池，

均可抓住電子守恒計算。

1.解題關(guān)鍵

(1)電極名稱要區(qū)分清楚；

(2)電極產(chǎn)物要判斷準(zhǔn)確；

(3)各產(chǎn)物間量的關(guān)系遵循得失電子守恒。

2.三種計算方法

根IK總一元口出電極反電式.槨n出怠左血￡?器

反應(yīng)式；根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算

、????????????????????????????????????????????

:⑹0宇中聯(lián)電路的而用角械產(chǎn)物:工負(fù)偌極；

根京后二產(chǎn)?、相同電It等樊劈的計算，K依據(jù)是

、一.--路中轉(zhuǎn)一的電干-H-

:②用丁混介常液中電解的分階段計算

根據(jù)美、；根據(jù)杓大屯「守儕左￡ii仙最。未知

系式卜二■之時的關(guān)系.得出計算所需的關(guān)系式

如以電路中通過4mol院為橋梁可構(gòu)建以下關(guān)系式：

4e~2cI?(Bi?、I2)~O2~2H2~2cli~4Ag~~^~M

、、，,、一、,一)

陽極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物

(式中M為金屬，"為其離子的化合價數(shù)值)

該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化

學(xué)計算問題。

提示：在電化學(xué)計算中，還常利用。=/1和。="(屋)義以義1.60乂10-支來計算電路中通過的電量。

二、多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷

將原電池和電解池結(jié)合在一起，或幾個電解池串聯(lián)在一起，綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反

應(yīng)、化學(xué)實驗和化學(xué)計算等知識，是高考中電化學(xué)部分的重要題型。解答該類試題時電池種類的判斷是關(guān)

鍵，整個電路中各個電池工作時得失電子守恒是數(shù)據(jù)處理的法寶。

1.直接判斷

非常直觀明顯的裝置，如有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時，則其他裝置為電解池。

3

如圖：A為原電池，B為電解池。

2.根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷

NaCl溶液稀硫酸

AB

原電池一般是兩個不同的金屬電極或一個金屬電極和一個碳棒電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極,

如兩個粕電極或兩個碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電解

池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。

如圖：A為電解池，B為原電池。

3.根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷

在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型。

r—@2—n

AJLCBc71LD

NaCk酚歆溶液CuSO；溶液

甲乙

如圖：若C極溶解，D極上析出Cu,B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D

是正極，C是負(fù)極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。

4.原電池和電解池的組合裝置的思維模型

工"皿L陽極：氧化反應(yīng)r

有電源或看電極

電極材料相同］電解池

先判斷f陰極：還原反應(yīng)--

裝置類型看電極「正極：還原反應(yīng)一

電極活動性不同

原電池

或通入反應(yīng)物

-?負(fù)極：氧化反應(yīng)一

三、綜合裝置中的有關(guān)計算

原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計算的根本依據(jù)就是得失電子守恒，分析時要注意兩點(diǎn)：①串聯(lián)電路中各

4

支路電流相等；

②并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)o

——⑥

ZnnncuPHInc

CuCl

匕溶液2

甲乙

圖中裝置甲是原電池，裝置乙是電解池，若電路中有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，則Zn極溶解6.5g,Cu極上析出

Hz2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），Pt極上析出Cl20.1moLC極上析出Cu6.4g。甲池中H卡被還原生成H2,溶液pH變大;

乙池中是電解CuCb，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復(fù)原。

基礎(chǔ)測評

1.（2024高三?全國?專題練習(xí)）氯堿工業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，將電解池與燃料電池串聯(lián)組合的新工藝的裝置如圖

所示。已知：空氣（除去CO2）中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為21%。下列敘述錯誤的是

A.X為CL,Y為H2

B.c>a>b

C.燃料電池中陽離子從右側(cè)移向左側(cè)

D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若生成22.4LX,則理論上消耗53.3L空氣

2.（2024高三?全國?專題練習(xí)）|一種微生物電化學(xué)方法生產(chǎn)甲烷的裝置如圖所示。下列說法正確的是

5

A.。端為直流電源的負(fù)極

B.溫度越高，甲烷的生成速率越大

C.陽極的電極反應(yīng)式為CH3co0-+2凡0-8占=2（202T+7H+

D.每生成1.12L甲烷，電路中轉(zhuǎn)移04moi電子

3.（2024?河北?模擬預(yù)測）汞陰極法電解飽和食鹽水制取NaOH的原理如圖所示。下列說法正確的是

B.電解室中汞陰極的反應(yīng)為Na++e-=Na

C.解汞室中的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

由解

D.兩室聯(lián)合生產(chǎn)的總反應(yīng)為2NaCl=2Na+Cl2個

4.（23-24高三上?四川攀枝花?階段練習(xí)）|工業(yè)上，利用膜技術(shù)電解此溶液可以得到所需的工業(yè)產(chǎn)品磷酸

（H3Po4）和氫氧化鈉（NaOH）等，電解裝置如下圖所示：下列說法錯誤的是

6

A.電解裝置中c膜為陰離子膜，d膜為陽離子膜

+

B.電極a極的電極方程式：2H2O-4e-=O2T+4H

C.裝置中b極室補(bǔ)充NaOH的稀溶液，其目的是為了增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力

D.若用該裝置電解飽和氯化鈉溶液，c膜不能取消

5.(2024?遼寧?模擬預(yù)測)一種SnBrz-Br?雙膜二次電池的結(jié)構(gòu)及放電時的工作原理如圖所示。

已知：①M(fèi)、N均為多孔石墨烯電極；

②起始時I室(含儲液罐)中只含SnBr?；

③鹽的水解忽略不計。

下列說法正確的是

A.充電時，II室中BL向I室遷移

B.充電時，N極電極反應(yīng)式為Br?+2e一=2B「

C.X膜為陰離子交換膜，Y膜為陽離子交換膜

D.放電時，III室中電路上轉(zhuǎn)移amol電子，此時I室中c(Sn"):c(Sn2+)=l：4,則起始時I室中含有

2.5amolSnB馬

7

6.（2024?廣東江門?三模）四甲基氫氧化鏤［儲區(qū)）4NOH］常用作電子工業(yè)清洗劑。以四甲基氯化鏤

［（CHs^NCl］為原料，采用電滲析法合成四甲基氫氧化鏤［仁凡）4NOH］,工作原理如圖所示。下列說法不

正確的是

A.光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置中n電極的電勢高于m電極

B.a電極反應(yīng)式為2（CH3）4N++2H2。+2d=2（CH3）4NOH+H2T

C.若c、e均為陽離子交換膜，d為陰離子交換膜，則X為NaCl

D.每生成18.2g（CHj）,NOH,理論上兩極共產(chǎn)生氣體4.48L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

7.（24-25高三上?云南昆明?階段練習(xí)）氨是一種無碳燃料，同時它是工業(yè)界的重要化學(xué)品，科學(xué)家研發(fā)了

一種Zn-NO,水溶液體系電池，該電池能有效地捕獲NO.將其轉(zhuǎn)化為NO；,再將產(chǎn)生的NO；電解制氨,

裝置如圖所示。下列說法正確的是

A.電極b為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.為增強(qiáng)丙中水的導(dǎo)電性，可加入適量鹽酸

C.每捕獲4moiNO2,理論上丙室質(zhì)量減少32g

D.c電極反應(yīng)式為NO2+7H++6e=NH3T+2H2。

8

8.（2024.四川成都.模擬預(yù)測）鈣鈦礦太陽能電池被稱為第三代太陽能電池，圖一是鈣鈦礦太陽能電池的工

作示意圖，圖二是該電池作電源電解酸性硫酸銘溶液獲取銘單質(zhì)和硫酸的工作示意圖。下列說法錯誤的是

A.C電極接鈣鈦礦太陽能電池的B極

B.D電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Hq-4e一=。21+411+

C.圖二中的離子交換膜I為質(zhì)子交換膜，II為陰離子交換膜

D.當(dāng)太陽能電池有9moi電子轉(zhuǎn)移時，Cr棒上增重的質(zhì)量為156g

9.（2024?北京?三模）利用雙極膜電解Na2sC\制備NaOH,捕集煙氣中CO2,制備NaHCOs。電解原理如

圖所示：

已知：雙極膜為復(fù)合膜，可在直流電的作用下，將膜間的H?。解離，提供H+和OHL

下列說法正確的是

A.陰極反應(yīng)式：2H2O+2e-=H2T+2OH-

B.I為陰離子交換膜，n陽離子交換膜

C.電路中轉(zhuǎn)移2moi電子時共產(chǎn)生2moiNaOH

D.該裝置總反應(yīng)的方程式為4H2。曳晝2H2T+O2T+2H++201r

10.（2024?黑龍江哈爾濱?模擬預(yù)測）為實現(xiàn)CO?的資源化利用與電能儲存，設(shè)計如圖所示的三室隔膜電解

9

裝置（陰極室中注入溶有大量CO,且含有少量水的有機(jī)復(fù)合電解液），該裝置將cc>2還原為co,同時得到副

產(chǎn)物CU和碳酸氫鹽。下列說法錯誤的是

蒸發(fā)分離得到碳酸氫鈉

A.離子交換膜a為陰離子交換膜B.陽極反應(yīng)式：2Cr-2e=Cl2T

C.濃度：食鹽水1>食鹽水2D.每通過2moi消耗22.4LCC)2

能力提升

1.（2024.吉林?高考真題）“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統(tǒng)電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應(yīng)速率緩

慢的問題，科技工作者設(shè)計耦合HCHO高效制H?的方法，裝置如圖所示。部分反應(yīng)機(jī)理為:

X導(dǎo)字:二刈「淮下歹―

A.相同電量下H?理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍

B.陰極反應(yīng)：2H,O+2e=2OH+H2T

C.電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動

D.陽極反應(yīng)：2HCHO-2e+4OH=2HCOO+2H2O+H2T

10

A.充電時，b電極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.充電時，外電源的正極連接b電極

C.放電時，①區(qū)溶液中的SOj向②區(qū)遷移

D.放電時，a電極的電極反應(yīng)式為MnC）2+4H++2e-=Mn2++2H2。

3.（2023?廣東?高考真題）用一種具有“卯樺”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池（下圖），可實現(xiàn)大電流催化電解KNC）3

溶液制氨。工作時，也0在雙極膜界面處被催化解離成H+和0Hl有利于電解反應(yīng)順利進(jìn)行。下列說法不

正確的是

11

A.電解總反應(yīng)：KNO3+3H2O=NH3-H2O+2O2T+KOH

B.每生成lmolNH3-HQ,雙極膜處有9moi的H?0解離

C.電解過程中，陽極室中KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變

D.相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯柳”結(jié)構(gòu)可提高氨生成速率

4.（2023?北京?高考真題）回收利用工業(yè)廢氣中的CO2和SO?，實驗原理示意圖如下。

tCO和NaiK'O.1「I'L海卜|I

so.的小弋f|U|I—??---------?------------------------1*—

裝so7.L，

"，X■1*11（（X）lI

金/，換腴’一苴b

下列說法不正確的是

A.廢氣中SO2排放到大氣中會形成酸雨

B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HC0；的水解程度大于HCO；的電離程度

C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO?和SO?

D.裝置b中的總反應(yīng)為SO〉+CO2+H2O-HCOOH+sot

5.（2023?湖北?高考真題）我國科學(xué)家設(shè)計如圖所示的電解池，實現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該

裝置工作時陽極無Cl?生成且K0H溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為;cmoLh-。下列說法錯誤的是

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A.b電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2T+20T

B.離子交換膜為陰離子交換膜

C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜

D.海水為電解池補(bǔ)水的速率為2m10卜

6.(23-24高三上?廣西)某研究機(jī)構(gòu)使用Li-SO2cb電池電解制備Ni(H2Po2)2,其工作原理如圖所示。已知

電池反應(yīng)為2Li+SO2cL=2LiCl+SO2T。下列說法正確的是

A.e接口連接g

B.膜a、膜c是陰離子交換膜，膜b是陽離子交換膜

C.產(chǎn)品室增加ImolNi(H2Po2)2,鈦鋼網(wǎng)電極上收集到氣體22.4L

D.石墨(C)電極上反應(yīng)式為SO2Cl2+2e=2C1+SO2T

7.(23-24高三下?湖南?階段練習(xí))采用惰性電極，設(shè)計雙陰極三室微生物燃料電池(MFC)進(jìn)行同步硝化

和反硝化脫氮產(chǎn)電的裝置如圖所示。下列說法不正確的是

13

IRI————L_R_J

Hi水出水用水

進(jìn)京tNO,堪MOMJi和NH；

A.電極N為燃料電池的負(fù)極

B.若乙室中消耗1mol葡萄糖，則理論上外電路可轉(zhuǎn)移24moi電子

C.工作過程中H+由乙室分別向甲室和丙室遷移

D.丙室的好氧電極上得電子的微粒有。2和NH：

8.（2024北京?三模）設(shè)計如圖裝置回收金屬鉆。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2,

將廢舊鋰離子電池的正極材料Lie。。?⑸轉(zhuǎn)化為Co?+,工作