2025人教版新教材化学高考第一轮
第33讲 多池(或多室)电化学装置及分析
层次1基础性
1.高氯酸在化工生产中有广泛应用,工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.上述装置中,f极为光伏电池的正极
B.阴极的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑
C.d处得到较浓的NaOH溶液,c处得到HClO4溶液
D.若转移2 mol电子,理论上生成100.5 g HClO4
2.(2023·广东六校第三次联考)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保二位一体的结合,可以解决酸雨等环境污染问题,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时电子流向:Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极
B.Pt1电极附近发生的反应:SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+
C.放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况),理论上可以消除2 mol SO2
D.H+移向Pt1电极,导致Pt2电极附近pH减小
3.(2023·广东深圳模拟)某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有:①Zn-2e-Zn2+;②Zn2++4OH-[Zn(OH)4]2-;③[Zn(OH)4]2-ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是( )
A.电极a的电势高于电极b的电势
B.放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C.电极a上发生的电极反应为C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-
D.电解足量CuSO4溶液,理论上消耗2.24 L(标准状况)C2H2时,生成6.4 g Cu
4.(2023·陕西榆林联考)某微生物燃料电池可用于高浓度有机废水(有机物以C6H12O6代表)和高浓度硝酸根废水的净化,其原理如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.净化污水时,中间室中Cl-向左室移动
B.每消耗2 mol N,发生迁移的Na+为12 mol
C.理论上生成CO2的体积大于N2(同温同压下)
D.C6H12O6转为CO2过程中会向溶液中释放H+
5.(2023·广东茂名二模)一款可充放电固态卤离子穿梭电池工作时原理如图所示,Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室均为HGPE凝胶聚合物电解质,下列说法正确的是( )
A.放电时,b为正极,发生还原反应
B.放电时,a电极反应为FeOCl+e-FeO+Cl-
C.交换膜1、2分别为氯离子交换膜和阳离子交换膜
D.充电时,每转移1 mol电子,b电极增重35.5 g
6.(2023·陕西榆林统考二模)三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图,下列说法正确的是( )
A.酸碱的浓度:进等于出
B.右侧电极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.装置工作一段时间后,n(a)∶n(b)=2∶1
D.右侧离子交换膜为阴离子交换膜
7.工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染,模拟工艺如图所示,写出电解时铁电极发生的电极反应:______________________________。
随后,铁电极附近有无色气体产生,写出有关反应的离子方程式: _____________________。
层次2综合性
8.(2023·广东大湾区二模)利用[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-介质耦合微生物电化学系统与电催化还原CO2系统,既能净化废水,又能将CO2向高附加值产物转化,其工作原理示意图如图a和图b所示,下列说法错误的是( )
a
b
A.图a装置和图b装置中的H+都是从左向右移动
B.图a装置中甲电极的反应式为CH3COO--8e-+7OH-2CO2↑+5H2O
C.图b装置中丙电极的电势比丁电极高
D.图b装置中丁电极中每消耗22.4 L CO2(标准状况),转移电子数约为3.612×1024
9.(2023·陕西渭南统考)同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。它是通过一种物质从高浓度状态向低浓度状态的转移而获得电动势。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是( )
A.a电极的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-
B.c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C.电池放电过程中,Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-Cu
D.电池从开始工作时,阴离子交换膜右侧CuSO4溶液的浓度会增大
10.利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
B.电极b上反应为CO2+8HC-8e-CH4+8C+2H2O
C.电解过程中化学能转化为电能
D.电解时Na2SO4溶液浓度保持不变
11.(2023·宁夏银川一模)一种将电解池和燃料电池相组合的新工艺,使氯碱工业节能超过30%,其原理如图所示(离子交换膜均为阳离子交换膜)。下列说法错误的是( )
A.X为Cl2,Y为H2
B.甲为电解池,乙为燃料电池
C.NaOH溶液浓度:b>a>c
D.燃料电池的正极反应式为H2+2OH--2e-2H2O
12.铅酸蓄电池是典型的可充电电池,正、负极是惰性材料,电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原):
铅酸蓄电池示意图
(1)放电时,正极的电极反应式是 。电解液中H2SO4的浓度将变 ;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加 g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时,若按如图连接,电解一段时间后,则在A电极上生成 ,B电极上生成 ,此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将 (填“不变”或“对换”)。
层次3创新性
13.(2024·广西北海模拟)一种可充电锌-空气电池放电时的工作原理如图所示。已知:Ⅰ室溶液中锌主要以[Zn(H2O)6]2+的形式存在,并存在电离平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+。下列说法错误的是( )
A.放电时,Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+浓度增大
B.放电时,Ⅱ室中的Cl-通过阴离子交换膜进入Ⅰ室
C.充电时,Zn电极的电极反应式为[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O
D.充电时,每生成0.2 mol O2,Ⅲ室溶液质量理论上减少6.4 g
14.(2024·河南豫北名校联考)在直流电源作用下,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。某技术人员利用双极膜(膜c、膜d)电解技术从含葡萄糖酸钠(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH),工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.M电极为阴极
B.③室和④室所得产物相同
C.膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜
D.N极电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑
第33讲 多池(或多室)电化学装置及分析
1.C 解析 电解时Na+移向阴极区,则f为光伏电池的负极,A项错误;电解时,阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,Na+移向阴极区,阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区得到较浓的NaOH溶液,B项错误、C项正确;根据转移电子守恒,若转移2 mol电子,理论上生成201 g HClO4,D项错误。
2.C 解析 由图可知,氧气得到电子发生还原反应,故Pt2电极为正极;Pt1电极为负极,二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸,SO2+2H2O-2e-S+4H+。电子不能进入内电路,A错误;由分析可知,Pt1电极为负极,二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸,SO2+2H2O-2e-S+4H+,B错误;根据电子守恒可知,O2~4e-~2SO2,放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下1 mol),理论上可以消除2 mol SO2,C正确;原电池中阳离子向正极移动,故H+移向Pt2电极,D错误。
3.B 解析 由图可知锌板为负极,所以电极a的电势高于电极b的电势,A正确;放电过程中正极区消耗水,导致KOH溶液浓度增大,B错误;电极a上发生的电极反应为C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-,C正确;电解硫酸铜时,生成铜的电极反应为Cu2++2e-Cu,理论上消耗2.24 L C2H2(标准状况),即0.1 mol,对应电子转移0.2 mol,可生成铜6.4 g,D正确。
4.B 解析 左室中:C6H12O6失电子产生CO2,C元素化合价升高被氧化,作为原电池的负极,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+;右室为正极,N得电子产生N2,N元素化合价降低被还原,电极反应式为2N+12H++12e-N2↑+6H2O。在原电池中,阴离子向负极移动,即Cl-向左室移动,A正确;根据2N+12H++12e-N2↑+6H2O可知,消耗2 mol N的同时,消耗12 mol H+,即有10 mol负电荷多余,需要10 mol Na+来补充,所以发生迁移的Na+为10 mol,B不正确;使得失电子守恒,则有6CO2~2N2,生成6 mol CO2的同时生成2 mol N2,n(CO2)>n(N2),所以V(CO2)>V(N2),C正确;C6H12O6转为CO2过程中电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,有H+产生,D正确。
5.B 解析 如图,Ⅲ室中b极为锂电极,为放电时的负极,发生反应:Li-e-+Cl-LiCl,Cl-通过交换膜2移向Ⅲ室,交换膜2为阴离子交换膜,a极为放电时的正极,发生反应:FeOCl+e-FeO+Cl-,Cl-通过交换膜1移向Ⅱ室。b极为锂电极,为放电时的负极,发生氧化反应:Li-e-+Cl-LiCl,A错误;a极为放电时的正极,发生反应:FeOCl+e-FeO+Cl-,B正确;交换膜1和交换膜2均为氯离子交换膜,C错误;充电时,b极发生反应:LiCl+e-Li+Cl-,LiCl→Li,质量减少,每转移1 mol电子,b电极减少35.5 g,D错误。
6.B 解析 三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱,由图可知,中间室离子向两侧迁移,右侧得到氢氧化锂、左侧得到硫酸,则右侧电极为阴极,水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子;左侧电极为阳极,水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子。由分析可知,左室有生成的氢离子和迁移过来的硫酸根离子,硫酸浓度变大;右室有生成的氢氧根离子和迁移过来的锂离子,氢氧化锂浓度变大,A错误;右侧电极水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,B正确;由分析可知,a为生成的氧气、b为生成的氢气,根据电子守恒可知,生成气体n(a)∶n(b)=1∶2,C错误;右侧离子交换膜可以让锂离子通过,为阳离子交换膜,D错误。
7.答案 Fe-2e-Fe2+ 2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O
解析 根据电解原理,阳离子向阴极移动,由装置图可知,A为电源的正极,B为电源的负极,铁作阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+;N在酸性条件下具有强氧化性,能将Fe2+氧化,本身被还原成N2,其反应的离子方程式为2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。
8.B 解析 由图可知,甲极发生氧化反应生成二氧化碳,为负极,则乙为正极;丙极发生氧化反应生成[Fe(CN)6]3-,为阳极,则丁为阴极。a中氢离子向正极右侧迁移,b中氢离子向阴极右侧迁移,A正确;a装置中甲电极上乙酸根离子失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,反应式为CH3COO--8e-+2H2O,B错误;图b装置中丙电极为阳极、丁电极为阴极,则丙的电势比丁电极高,C正确;图b装置中丁电极上二氧化碳转化为甲醇,电子转移情况为CO2~6e-,则每消耗22.4 L CO2(标准状况下为1 mol),转移电子数约为6×6.02×1023=3.612×1024,D正确。
9.B 解析 左侧的浓差电池中,Cu(1)电极为正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,Cu(2)电极为负极,电极反应为Cu-2e-Cu2+;右侧的电解池中,NaOH在a电极处产生,获得浓NaOH溶液和H2,H2SO4在b电极处产生,获得较浓的硫酸和O2,则a电极为阴极,电极反应式为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,b电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑。由分析可知,a电极为阴极,电极反应式为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,A正确;由分析可知,OH-在a电极上产生,并获得浓NaOH溶液,H+在b电极上产生,并获得较浓的硫酸,则c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜,B错误;电池放电过程中,Cu(1)电极为正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,C正确;电池放电过程中,左侧c(Cu2+)逐渐减小,右侧c(Cu2+)逐渐增大,右侧CuSO4溶液的浓度会增大,D正确。
10.A 解析 由a极生成O2可以判断电极a为阳极,电极b为阴极,阳离子向阴极流动,则H+由a极区向b极区迁移,A正确;电极b上的反应为CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O,B错误;电解过程是电能转化为化学能,C错误;电解时OH-比S更容易失去电子,所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水,溶液中的水发生消耗,Na2SO4溶液的浓度增大,D错误。
11.D 解析 根据题意分析可知,甲是电解池,乙是燃料电池。电解池中,左侧电极为阳极,氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气(X),右侧电极为阴极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气(Y),钠离子通过阳离子交换膜由左向右移动;燃料电池中,左侧电极为负极,氢气在氢氧根离子作用下失去电子发生氧化反应生成水,右侧电极为正极,氧气和水在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,钠离子通过阳离子交换膜由左向右移动。X为氯气、Y为氢气,A正确;甲为电解池,乙为燃料电池,B正确;燃料电池中,氢气在负极放电消耗氢氧根离子,氧气在正极放电生成氢氧根离子,则氢氧化钠溶液质量分数的大小为b>a>c,C正确;燃料电池的负极发生失电子的氧化反应,电极反应式为H2+2OH--2e-2H2O,D错误。
12.答案 (1)PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O 小 48 (2)Pb PbO2 对换
解析 (1)根据总反应式可知放电时,正极PbO2得到电子,电极反应式是PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,负极电极反应式是Pb+S-2e-PbSO4;由反应式知放电时消耗H2SO4,则H2SO4浓度变小;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加0.5 mol×96 g·mol-1=48 g。(2)若按题图连接,B为阳极,失去电子发生氧化反应,A为阴极,得到电子发生还原反应,B电极上发生的反应为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S,A电极发生的反应为PbSO4+2e-Pb+S,所以A电极上生成Pb,B电极上生成PbO2,此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将对换。
13.D 解析 放电时,该装置为原电池,通入O2的Pt/C电极是正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,Zn电极为负极,电极反应式为Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,[Zn(H2O)6]2+浓度增大,电离平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移动,导致Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+的浓度增大,A正确;放电时,Ⅱ室中的Na+通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,Ⅱ室中的Cl-通过阴离子交换膜进入Ⅰ室,B正确;充电时,Zn电极为阴极,其电极反应式为[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O,C正确;充电时,Pt/C电极为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,每生成1 mol O2转移4 mol电子,同时有4 mol Na+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,Ⅲ室溶液质量理论上减少32 g+4 mol×23 g·mol-1=124 g,故充电时每生成0.2 mol O2,Ⅲ室溶液质量理论上减少24.8 g,D错误。
14.B 解析 题给装置是在直流电源作用下高效制备葡萄糖酸和NaOH。由图可知,M由极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,左侧葡萄糖酸钠溶液中钠离子透过膜a向左侧迁移,葡萄糖酸根离子透过膜b向右侧迁移,故膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,水解离出的氢离子经过膜c向左侧迁移,膜c为阳离子交换膜,N电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,右侧葡萄糖酸钠溶液中葡萄糖酸根离子透过膜f向右侧迁移,钠离子透过膜e向左侧迁移,故膜e为阳离子交换膜,膜f为阴离子交换膜,水解离出的氢氧根离子经过膜d向右侧迁移,膜d为阴离子交换膜。M电极为阴极,A正确;葡萄糖酸根离子透过膜b向右侧迁移,水解离出的氢离子经过膜c向左侧迁移,③室产生葡萄糖酸;钠离子透过膜e向左侧迁移,水解离出的氢氧根离子经过膜d向右侧迁移,④室产生氢氧化钠,两室产物不相同,B错误;膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,C正确;N电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,D正确。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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