適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第33講多池或多室電化學(xué)裝置及分析

第33講多池(或多室)電化學(xué)裝置及分析層次1基礎(chǔ)性1.高氯酸在化工生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用,工業(yè)上以NaClO4為原料制備高氯酸的原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.上述裝置中,f極為光伏電池的正極B.陰極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++O2↑C.d處得到較濃的NaOH溶液,c處得到HClO4溶液D.若轉(zhuǎn)移2mol電子,理論上生成100.5gHClO42.(2024·廣東六校第三次聯(lián)考)二氧化硫-空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保二位一體的結(jié)合,可以解決酸雨等環(huán)境污染問(wèn)題,原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.該電池放電時(shí)電子流向:Pt1電極→負(fù)載→Pt2電極→質(zhì)子交換膜→Pt1電極B.Pt1電極旁邊發(fā)生的反應(yīng):SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+C.放電過(guò)程中若消耗22.4LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),理論上可以消退2molSO2D.H+移向Pt1電極,導(dǎo)致Pt2電極旁邊pH減小3.(2024·廣東深圳模擬)某科研小組利用下圖裝置完成乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯的同時(shí)為用電器供電。其中鋅板處發(fā)生的反應(yīng)有:①Zn-2e-Zn2+;②Zn2++4OH-[Zn(OH)4]2-;③[Zn(OH)4]2-ZnO+2OH-+H2O。下列說(shuō)法不正確的是()A.電極a的電勢(shì)高于電極b的電勢(shì)B.放電過(guò)程中正極區(qū)KOH溶液濃度保持不變C.電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)為C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-D.電解足量CuSO4溶液,理論上消耗2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C2H2時(shí),生成6.4gCu4.(2024·陜西榆林聯(lián)考)某微生物燃料電池可用于高濃度有機(jī)廢水(有機(jī)物以C6H12O6代表)和高濃度硝酸根廢水的凈化,其原理如圖所示。下列說(shuō)法中不正確的是()A.凈化污水時(shí),中間室中Cl-向左室移動(dòng)B.每消耗2molNO3-,發(fā)生遷移的NaC.理論上生成CO2的體積大于N2(同溫同壓下)D.C6H12O6轉(zhuǎn)為CO2過(guò)程中會(huì)向溶液中釋放H+5.(2024·廣東茂名二模)一款可充放電固態(tài)鹵離子穿梭電池工作時(shí)原理如圖所示,Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室均為HGPE凝膠聚合物電解質(zhì),下列說(shuō)法正確的是()A.放電時(shí),b為正極,發(fā)生還原反應(yīng)B.放電時(shí),a電極反應(yīng)為FeOCl+e-FeO+Cl-C.交換膜1、2分別為氯離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜D.充電時(shí),每轉(zhuǎn)移1mol電子,b電極增重35.5g6.(2024·陜西榆林統(tǒng)考二模)三室膜電滲析分別硫酸鋰并回收酸堿的裝置示意圖如圖,下列說(shuō)法正確的是()A.酸堿的濃度:進(jìn)等于出B.右側(cè)電極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-2OH-+H2↑C.裝置工作一段時(shí)間后,n(a)∶n(b)=2∶1D.右側(cè)離子交換膜為陰離子交換膜7.工業(yè)上用電解法治理亞硝酸鹽對(duì)水體的污染,模擬工藝如圖所示,寫(xiě)出電解時(shí)鐵電極發(fā)生的電極反應(yīng):______________________________。

隨后,鐵電極旁邊有無(wú)色氣體產(chǎn)生,寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式:_____________________。層次2綜合性8.(2024·廣東大灣區(qū)二模)利用[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-介質(zhì)耦合微生物電化學(xué)系統(tǒng)與電催化還原CO2系統(tǒng),既能凈化廢水,又能將CO2向高附加值產(chǎn)物轉(zhuǎn)化,其工作原理示意圖如圖a和圖b所示,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()abA.圖a裝置和圖b裝置中的H+都是從左向右移動(dòng)B.圖a裝置中甲電極的反應(yīng)式為CH3COO--8e-+7OH-2CO2↑+5H2OC.圖b裝置中丙電極的電勢(shì)比丁電極高D.圖b裝置中丁電極中每消耗22.4LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為3.612×10249.(2024·陜西渭南統(tǒng)考)同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。它是通過(guò)一種物質(zhì)從高濃度狀態(tài)向低濃度狀態(tài)的轉(zhuǎn)移而獲得電動(dòng)勢(shì)。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說(shuō)法不正確的是()A.a電極的電極反應(yīng)為4H2O+4e-2H2↑+4OH-B.c、d離子交換膜依次為陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜C.電池放電過(guò)程中,Cu(1)電極上的電極反應(yīng)為Cu2++2e-CuD.電池從起先工作時(shí),陰離子交換膜右側(cè)CuSO4溶液的濃度會(huì)增大10.利用電解法將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.電解過(guò)程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移B.電極b上反應(yīng)為CO2+8HCO3--8e-CH4+8CO32C.電解過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D.電解時(shí)Na2SO4溶液濃度保持不變11.(2024·寧夏銀川一模)一種將電解池和燃料電池相組合的新工藝,使氯堿工業(yè)節(jié)能超過(guò)30%,其原理如圖所示(離子交換膜均為陽(yáng)離子交換膜)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.X為Cl2,Y為H2B.甲為電解池,乙為燃料電池C.NaOH溶液濃度:b>a>cD.燃料電池的正極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-2H2O12.鉛酸蓄電池是典型的可充電電池,正、負(fù)極是惰性材料,電池總反應(yīng)式為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,回答下列問(wèn)題(不考慮氫、氧的氧化還原):鉛酸蓄電池示意圖(1)放電時(shí),正極的電極反應(yīng)式是。電解液中H2SO4的濃度將變;當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí),理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加g。

(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí),若按如圖連接,電解一段時(shí)間后,則在A電極上生成,B電極上生成,此時(shí)鉛酸蓄電池的正、負(fù)極的極性將(填“不變”或“對(duì)換”)。

層次3創(chuàng)新性13.(2024·廣西北海模擬)一種可充電鋅-空氣電池放電時(shí)的工作原理如圖所示。已知:Ⅰ室溶液中鋅主要以[Zn(H2O)6]2+的形式存在,并存在電離平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+濃度增大B.放電時(shí),Ⅱ室中的Cl-通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入Ⅰ室C.充電時(shí),Zn電極的電極反應(yīng)式為[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2OD.充電時(shí),每生成0.2molO2,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上削減6.4g14.(2024·河南豫北名校聯(lián)考)在直流電源作用下,雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-。某技術(shù)人員利用雙極膜(膜c、膜d)電解技術(shù)從含葡萄糖酸鈉(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH),工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.M電極為陰極B.③室和④室所得產(chǎn)物相同C.膜a為陽(yáng)離子交換膜,膜b為陰離子交換膜D.N極電極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++O2↑第33講多池(或多室)電化學(xué)裝置及分析1.C解析電解時(shí)Na+移向陰極區(qū),則f為光伏電池的負(fù)極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解時(shí),陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++O2↑,Na+移向陰極區(qū),陽(yáng)極區(qū)溶液漸漸由NaClO4轉(zhuǎn)化為HClO4,陰極反應(yīng)式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,陰極區(qū)得到較濃的NaOH溶液,B項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確;依據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒,若轉(zhuǎn)移2mol電子,理論上生成201gHClO4,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.C解析由圖可知,氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng),故Pt2電極為正極;Pt1電極為負(fù)極,二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸,SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+。電子不能進(jìn)入內(nèi)電路,A錯(cuò)誤;由分析可知,Pt1電極為負(fù)極,二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸,SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+,B錯(cuò)誤;依據(jù)電子守恒可知,O2~4e-~2SO2,放電過(guò)程中若消耗22.4LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下1mol),理論上可以消退2molSO2,C正確;原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),故H3.B解析由圖可知鋅板為負(fù)極,所以電極a的電勢(shì)高于電極b的電勢(shì),A正確;放電過(guò)程中正極區(qū)消耗水,導(dǎo)致KOH溶液濃度增大,B錯(cuò)誤;電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)為C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-,C正確;電解硫酸銅時(shí),生成銅的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,理論上消耗2.24LC2H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況),即0.1mol,對(duì)應(yīng)電子轉(zhuǎn)移0.2mol,可生成銅6.4g,D正確。4.B解析左室中:C6H12O6失電子產(chǎn)生CO2,C元素化合價(jià)上升被氧化,作為原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+;右室為正極,NO3-得電子產(chǎn)生N2,N元素化合價(jià)降低被還原,電極反應(yīng)式為2NO3-+12H++12e-N2↑+6H2O。在原電池中,陰離子向負(fù)極移動(dòng),即Cl-向左室移動(dòng),A正確;依據(jù)2NO3-+12H++12e-N2↑+6H2O可知,消耗2molNO3-的同時(shí),消耗12molH+,即有10mol負(fù)電荷多余,須要10molNa+來(lái)補(bǔ)充,所以發(fā)生遷移的Na+為10mol,B不正確;使得失電子守恒,則有6CO2~2N2,生成6molCO2的同時(shí)生成2molN2,n(CO2)>n(N2),所以V(CO2)>V(N2),C正確;C6H12O6轉(zhuǎn)為CO2過(guò)程中電極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H5.B解析如圖,Ⅲ室中b極為鋰電極,為放電時(shí)的負(fù)極,發(fā)生反應(yīng):Li-e-+Cl-LiCl,Cl-通過(guò)交換膜2移向Ⅲ室,交換膜2為陰離子交換膜,a極為放電時(shí)的正極,發(fā)生反應(yīng):FeOCl+e-FeO+Cl-,Cl-通過(guò)交換膜1移向Ⅱ室。b極為鋰電極,為放電時(shí)的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng):Li-e-+Cl-LiCl,A錯(cuò)誤;a極為放電時(shí)的正極,發(fā)生反應(yīng):FeOCl+e-FeO+Cl-,B正確;交換膜1和交換膜2均為氯離子交換膜,C錯(cuò)誤;充電時(shí),b極發(fā)生反應(yīng):LiCl+e-Li+Cl-,LiCl→Li,質(zhì)量削減,每轉(zhuǎn)移1mol電子,b電極削減35.5g,D錯(cuò)誤。6.B解析三室膜電滲析分別硫酸鋰并回收酸堿,由圖可知,中間室離子向兩側(cè)遷移,右側(cè)得到氫氧化鋰、左側(cè)得到硫酸,則右側(cè)電極為陰極,水放電發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子;左側(cè)電極為陽(yáng)極,水放電發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子。由分析可知,左室有生成的氫離子和遷移過(guò)來(lái)的硫酸根離子,硫酸濃度變大;右室有生成的氫氧根離子和遷移過(guò)來(lái)的鋰離子,氫氧化鋰濃度變大,A錯(cuò)誤;右側(cè)電極水放電發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-2OH-+H2↑,B正確;由分析可知,a為生成的氧氣、b為生成的氫氣,依據(jù)電子守恒可知,生成氣體n(a)∶n(b)=1∶2,C錯(cuò)誤;右側(cè)離子交換膜可以讓鋰離子通過(guò),為陽(yáng)離子交換膜,D錯(cuò)誤。7.答案Fe-2e-Fe2+2NO2-+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O解析依據(jù)電解原理,陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),由裝置圖可知,A為電源的正極,B為電源的負(fù)極,鐵作陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+;NO2-在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性,能將Fe2+氧化,本身被還原成N2,其反應(yīng)的離子方程式為2NO2-+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H8.B解析由圖可知,甲極發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳,為負(fù)極,則乙為正極;丙極發(fā)生氧化反應(yīng)生成[Fe(CN)6]3-,為陽(yáng)極,則丁為陰極。a中氫離子向正極右側(cè)遷移,b中氫離子向陰極右側(cè)遷移,A正確;a裝置中甲電極上乙酸根離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳,反應(yīng)式為CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+,B錯(cuò)誤;圖b裝置中丙電極為陽(yáng)極、丁電極為陰極,則丙的電勢(shì)比丁電極高,C正確;圖b裝置中丁電極上二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇,電子轉(zhuǎn)移狀況為CO2~6e-,則每消耗22.4LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下為1mol),轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為6×6.02×1023=3.6129.B解析左側(cè)的濃差電池中,Cu(1)電極為正極,電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,Cu(2)電極為負(fù)極,電極反應(yīng)為Cu-2e-Cu2+;右側(cè)的電解池中,NaOH在a電極處產(chǎn)生,獲得濃NaOH溶液和H2,H2SO4在b電極處產(chǎn)生,獲得較濃的硫酸和O2,則a電極為陰極,電極反應(yīng)式為4H2O+4e-2H2↑+4OH-,b電極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++O2↑。由分析可知,a電極為陰極,電極反應(yīng)式為4H2O+4e-2H2↑+4OH-,A正確;由分析可知,OH-在a電極上產(chǎn)生,并獲得濃NaOH溶液,H+在b電極上產(chǎn)生,并獲得較濃的硫酸,則c、d離子交換膜依次為陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜,B錯(cuò)誤;電池放電過(guò)程中,Cu(1)電極為正極,電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,C正確;電池放電過(guò)程中,左側(cè)c(Cu2+)漸漸減小,右側(cè)c(Cu2+)漸漸增大,右側(cè)CuSO4溶液的濃度會(huì)增大,D正確。10.A解析由a極生成O2可以推斷電極a為陽(yáng)極,電極b為陰極,陽(yáng)離子向陰極流淌,則H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移,A正確;電極b上的反應(yīng)為CO2+8HCO3-+8e-CH4+8CO32-+2H2O,B錯(cuò)誤;電解過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,C錯(cuò)誤;電解時(shí)OH-比SO42-更簡(jiǎn)潔失去電子,所以電解Na211.D解析依據(jù)題意分析可知,甲是電解池,乙是燃料電池。電解池中,左側(cè)電極為陽(yáng)極,氯離子在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣(X),右側(cè)電極為陰極,水在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣(Y),鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由左向右移動(dòng);燃料電池中,左側(cè)電極為負(fù)極,氫氣在氫氧根離子作用下失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水,右側(cè)電極為正極,氧氣和水在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子,鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由左向右移動(dòng)。X為氯氣、Y為氫氣,A正確;甲為電解池,乙為燃料電池,B正確;燃料電池中,氫氣在負(fù)極放電消耗氫氧根離子,氧氣在正極放電生成氫氧根離子,則氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小為b>a>c,C正確;燃料電池的負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-2H2O,D錯(cuò)誤。12.答案(1)PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O小48(2)PbPbO解析(1)依據(jù)總反應(yīng)式可知放電時(shí),正極PbO2得到電子,電極反應(yīng)式是PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O,負(fù)極電極反應(yīng)式是Pb+SO42--2e-PbSO4;由反應(yīng)式知放電時(shí)消耗H2SO4,則H2SO4濃度變小;當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí),理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加0.5mol×96g·mol-1=48g。(2)若按題圖連接,B為陽(yáng)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),A為陰極,得到電子發(fā)生還原反應(yīng),B電極上發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42-,A電極發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4+2e-13.D解析放電時(shí),該裝置為原電池,通入O2的Pt/C電極是正極,電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O4OH-,Zn電極為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,[Zn(H2O)6]2+濃度增大,電離平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移動(dòng),導(dǎo)致Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+的濃度增大,A