電化學“多池和多室”串聯問題及計算

01考情分析02真題精研03規律?方法?技巧04經典變式練

05核心知識精煉06基礎測評07能力提升

考情分析

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

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

原電池和電解池的相關計算，主要包括兩極產物的定量計算、相對原子質量的計算、阿伏加德羅常數測定

的計算、溶液pH的計算，根據產物的量求轉移電子的物質的量及根據轉移電子的物質的量求產物的量等

真題精研

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

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

醛轉化為HOCH?。1存在平衡HOCHzCT+OH口[OCH2O]+H2O?Cu電極上發生的電子轉移反應為

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.陽極總反應式為2HCHO+4OH--2e-=2HC00+H2T+2H2O

D.陰極區存在反應H2cQ4+2H++2e-uCHOCOOH+H2。

■k規律?方法?技巧

“串聯”類電池的解題流程

經典變式練

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：2C1-2e-=C12T

B.陰極區溶液中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，陰極室物質最多增加138g

核心知識精煉

一、有關電化學的計算

電化學的反應本質是氧化還原反應，各電極上轉移電子的物質的量相等，無論是單一電池還是串聯電解池，

均可抓住電子守恒計算。

1.解題關鍵

(1)電極名稱要區分清楚；

(2)電極產物要判斷準確；

(3)各產物間量的關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

反應式；根據總反應式列比例式計算

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

:⑹0宇中聯電路的而用角械產物:工負偌極；

根京后二產?、相同電It等樊劈的計算，K依據是

、一.--路中轉一的電干-H-

:②用丁混介常液中電解的分階段計算

根據美、；根據杓大屯「守儕左￡ii仙最。未知

系式卜二■之時的關系.得出計算所需的關系式

如以電路中通過4mol院為橋梁可構建以下關系式：

4e~2cI?(Bi?、I2)~O2~2H2~2cli~4Ag~~^~M

、、，,、一、,一)

陽極產物陰極產物

(式中M為金屬，"為其離子的化合價數值)

該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化

學計算問題。

提示：在電化學計算中，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、多池串聯裝置中電池類型的判斷

將原電池和電解池結合在一起，或幾個電解池串聯在一起，綜合考查化學反應中的能量變化、氧化還原反

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

鍵，整個電路中各個電池工作時得失電子守恒是數據處理的法寶。

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.根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷

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溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解

池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。

如圖：A為電解池，B為原電池。

3.根據電極反應現象判斷

在某些裝置中根據電極反應現象可判斷電極，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是負極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。

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--

裝置類型看電極「正極：還原反應一

電極活動性不同

原電池

或通入反應物

-?負極：氧化反應一

三、綜合裝置中的有關計算

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

4

支路電流相等；

②并聯電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎上分析處理其他各種數據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電子轉移，則Zn極溶解6.5g,Cu極上析出

Hz2.24L（標準狀況），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固體可使溶液復原。

基礎測評

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

所示。已知：空氣（除去CO2）中氧氣的體積分數約為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移向左側

D.標準狀況下，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）|一種微生物電化學方法生產甲烷的裝置如圖所示。下列說法正確的是

5

A.。端為直流電源的負極

B.溫度越高，甲烷的生成速率越大

C.陽極的電極反應式為CH3co0-+2凡0-8占=2（202T+7H+

D.每生成1.12L甲烷，電路中轉移04moi電子

3.（2024?河北?模擬預測）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為Na++e-=Na

C.解汞室中的反應為吸熱反應

由解

D.兩室聯合生產的總反應為2NaCl=2Na+Cl2個

4.（23-24高三上?四川攀枝花?階段練習）|工業上，利用膜技術電解此溶液可以得到所需的工業產品磷酸

（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極室補充NaOH的稀溶液，其目的是為了增強溶液的導電能力

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?模擬預測)一種SnBrz-Br?雙膜二次電池的結構及放電時的工作原理如圖所示。

已知：①M、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）4NOH］常用作電子工業清洗劑。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.光伏并網發電裝置中n電極的電勢高于m電極

B.a電極反應式為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,理論上兩極共產生氣體4.48L（標準狀況下）

7.（24-25高三上?云南昆明?階段練習）氨是一種無碳燃料，同時它是工業界的重要化學品，科學家研發了

一種Zn-NO,水溶液體系電池，該電池能有效地捕獲NO.將其轉化為NO；,再將產生的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，發生氧化反應

B.為增強丙中水的導電性，可加入適量鹽酸

C.每捕獲4moiNO2,理論上丙室質量減少32g

D.c電極反應式為NO2+7H++6e=NH3T+2H2。

8

8.（2024.四川成都.模擬預測）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電極發生的電極反應式為2Hq-4e一=。21+411+

C.圖二中的離子交換膜I為質子交換膜，II為陰離子交換膜

D.當太陽能電池有9moi電子轉移時，Cr棒上增重的質量為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.電路中轉移2moi電子時共產生2moiNaOH

D.該裝置總反應的方程式為4H2。曳晝2H2T+O2T+2H++201r

10.（2024?黑龍江哈爾濱?模擬預測）為實現CO?的資源化利用與電能儲存，設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復合電解液），該裝置將cc>2還原為co,同時得到副

產物CU和碳酸氫鹽。下列說法錯誤的是

蒸發分離得到碳酸氫鈉

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。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩

慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H?的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為:

X導字:二刈「淮下歹―

A.相同電量下H?理論產量是傳統電解水的1.5倍

B.陰極反應：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：2HCHO-2e+4OH=2HCOO+2H2O+H2T

10

A.充電時，b電極上發生還原反應

B.充電時，外電源的正極連接b電極

C.放電時，①區溶液中的SOj向②區遷移

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

3.（2023?廣東?高考真題）用一種具有“卯樺”結構的雙極膜組裝電解池（下圖），可實現大電流催化電解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有利于電解反應順利進行。下列說法不

正確的是

11

A.電解總反應：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的物質的量不因反應而改變

D.相比于平面結構雙極膜，“卯柳”結構可提高氨生成速率

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

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裝so7.L，

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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中的總反應為SO〉+CO2+H2O-HCOOH+sot

5.（2023?湖北?高考真題）我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。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.海水為電解池補水的速率為2m10卜

6.(23-24高三上?廣西)某研究機構使用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.產品室增加ImolNi(H2Po2)2,鈦鋼網電極上收集到氣體22.4L

D.石墨(C)電極上反應式為SO2Cl2+2e=2C1+SO2T

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

和反硝化脫氮產電的裝置如圖所示。下列說法不正確的是

13

IRI————L_R_J

Hi水出水用水

進京tNO,堪MOMJi和NH；

A.電極N為燃料電池的負極

B.若乙室中消耗1mol葡萄糖，則理論上外電路可轉移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）設計如圖裝置回收金屬鉆。保持細菌所在環境pH穩定，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轉化為Co?+,工作