2027届鲁科版高三化学一轮复习试题规范练34多池（或多室）电化学装置及分析（Word版附解析）

这是一份2027届鲁科版高三化学一轮复习试题规范练34多池（或多室）电化学装置及分析（Word版附解析），共14页。试卷主要包含了回答下列问题等内容，欢迎下载使用。
命题角度1 多池串联装置及分析
1.如图甲、乙为相互串联的两个电解池。下列说法正确的是( )
A.若甲池为精炼铜的装置,A极材料是粗铜
B.Fe电极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.若向乙池中滴入少量酚酞溶液,电解开始一段时间后石墨极附近变浅红色
D.若甲池为电镀铜的装置,阴极质量增加12.8 g,乙池阳极放出气体的体积为4.48 L
2.(2025·山东青岛检测)如图,微生物电池可处理镀铬工业废水中的Cr2O72-,且能为乙烯制备HOCH2CH2Cl提供能量。下列说法不正确的是( )
A.气体c为H2
B.b极为正极,电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3++7H2O
C.该套装置工作时温度不宜过高
D.a极每产生22.4 L CO2,电解槽中有4 ml K+通过阳离子交换膜
3.(2025·河南豫西北教研联盟模拟)热再生电池堆——CO2电化学还原池系统可回收烟气中的低温余热并将其转化为电能,同时实现CO2的转化利用,其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.装置Ⅱ中化学能转化为电能
B.可从Pt电极产生的气体中分离并回收CO2
C.碳毡处的电极反应:Cu+4CH3CN-e-[Cu(CH3CN)4]+
D.阴离子交换膜每通过2 ml HCO3-,就生成3 ml CO
4.(2025·湖南衡阳检测)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置(如图)。下列说法错误的是( )
A.a极为正极,c极为阴极
B.Ⅰ中双极膜中H2O解离出的OH-透过膜q向Al电极移动
C.d极的电极反应为H2O-e-·OH+H+
D.Ⅰ中双极膜中质量每减少18 g,左侧溶液中硫酸质量减少98 g
命题角度2 离子交换膜电解池
5.(2025·山东滨州一模)科学家为了消除酸性工业废水中甲醛的危害,利用驱动耦合电催化实现了CO2与HCHO转化为高附加值的产品HCOOH,耦合电催化反应系统的原理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.Cu箔负载Cu纳米绒电极为阴极
B.反应过程中H+从左极室向右极室移动
C.电路中通过2 ml电子时,在装置中可生成1 ml HCOOH
D.阳极的电极反应为HCHO+H2O-2e-HCOOH+2H+
6.我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(装置如图甲所示),既能实现乙炔加氢又能发电;同时开发新型催化剂,实现CO2电催化加氢制备C3H6(装置如图乙所示)。下列说法错误的是( )
甲
乙
A.甲、乙两装置相互连接时,a电极应接c电极
B.离子交换膜M与N不能选择相同的交换膜
C.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2OC2H4+2OH-
D.甲、乙两装置相互连接时,理论上每消耗1 ml CO2,b极质量增大48 g
7.(2025·云南昭通检测)金属钴和镍在新能源和高端制造中不可或缺,某化工厂排放的废水中含有C2+和Ni2+,可通过如图所示的装置将两者进行分离回收(废水中其他成分不参与反应,C2+与乙酰丙酮不反应),图中双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移,下列说法正确的是( )
A.石墨N为正极,膜b为阳离子交换膜
B.Ⅰ室的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.B为H+,Ⅲ室生成1 ml Ni(CH3COCHCOCH3)2,双极膜处有1 ml H2O解离
D.一段时间后,测得Ⅳ室溶液的pH不变
8.(4分)回答下列问题。
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: 。
B级素能提升练
(以下选择题有1~2个选项合题意)
9.(2025·黑龙江大庆模拟)工业上采用丙烯腈(CH2CHCN)电解合成己二腈[NC(CH2)4CN],电解原理如图所示(两极均为惰性电极),电解过程还会产生少量丙腈(CH3CH2CN),下列说法错误的是( )
A.电极A用Cu代替后总反应改变
B.H+通过质子交换膜向电极A移动
C.B极区主要发生的电极反应为
2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN
D.生成己二腈和丙腈的混合物0.1 ml时,理论上A极区产生标准状况下1.12 L O2
10.(2025·江苏南京检测)某浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl,装置如图所示。M、N均为AgCl/Ag电极,a、c为选择性离子交换膜,b为双极膜(双极膜中催化层可将水解离为H+和OH-,并实现其定向移动)。下列说法正确的是( )
A.电池工作时,N极发生氧化反应
B.a为阴离子交换膜,c是阳离子交换膜
C.Ⅱ室中得到HCl溶液,Ⅲ室中得到NaOH溶液
D.M电极质量每减少10.8 g,双极膜内有0.05 ml H2O解离
11.(2026·山东日照期中检测)利用碱性甲烷燃料电池电解制备C(H2PO2)2的装置如图所示,电解池中的电极材料为金属钴和石墨。下列说法正确的是( )
A.电极M为石墨
B.电极n处电极反应为CH4-8e-+8OH-CO2+6H2O
C.电解一段时间后,N极区溶液pH增大
D.膜a、膜c均为阳离子交换膜
12.(2025·浙江台州检测)科学家研制出一种能在较低电压下分解水获得氧气和氢气的电化学装置,工作原理如下。
下列说法不正确的是( )
A.电极a为阳极
B.同温同压下,气体M与气体N的体积比为1∶2
C.电极b的电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-
D.当电路中转移了1 ml e-时,左室比右室减少的质量多7 g
13.电解法常用于分离提纯物质,某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液进行回收利用(已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O),下列说法不正确的是( )
A.阴极室生成的物质为NaOH和H2
B.阳极的电极反应式是2H2O-4e-4H++O2↑
C.a离子交换膜为阳离子交换膜
D.当外电路中转移2 ml电子时,阳极室可生成1 ml Cr2O72-
14.(2025·吉林长春期末)某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液,装置如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法正确的是( )
A.戊室产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
B.膜①是阳离子交换膜
C.淡水的出口只有a和c
D.随着电解的进行,甲室溶液的pH不断增大
15.(10分)铅蓄电池是典型的可充电电池,正、负极都是惰性材料,电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,回答下列问题(不考虑其他反应):
铅蓄电池示意图
(1)放电时,正极的电极反应是 。
电解液中H2SO4的浓度将变 ;当外电路通过1 ml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,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”)。
参考答案
1.B 解析 甲池中A极为阴极,B极为阳极,若甲池为精炼铜的装置,粗铜应为电解池的阳极,则B极材料是粗铜,A错误;乙池中铁为阴极,石墨为阳极,阴极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B正确;乙池中铁为阴极,石墨为阳极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和OH-,氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,若向乙池中滴入少量酚酞溶液,开始一段时间后铁电极附近变浅红色,C错误;气体所处的状态未知,无法计算乙池阳极放出氯气的体积,D错误。
2.D 解析 由图可知,乙酸失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,a极为负极,电极反应为CH3COOH+2H2O-8e-2CO2↑+8H+;b极为正极,电极反应为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3++7H2O;X电极接正极(b极)作电解池的阳极,则右侧Y电极为阴极。Y电极为阴极,水得电子生成氢气和氢氧根离子,气体c为氢气,A正确;由上述分析可知,b极为正极,电极反应为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3++7H2O,B正确;该套装置工作时温度不宜过高,否则会导致微生物失活,C正确;气体未指明温度和压强,22.4 L CO2不一定是1 ml CO2,电解槽中通过阳离子交换膜的K+不一定是4 ml,D错误。
3.B 解析 由题给信息“热再生电池堆——CO2电化学还原池系统”判断右侧装置Ⅱ为CO2电化学还原池系统,即电解池,左侧为原电池。左侧原电池的负极(泡沫铜)反应为Cu+4CH3CN-e-[Cu(CH3CN)4]+,正极(碳毡)反应为Cu2++4CH3CN+e-[Cu(CH3CN)4]+,右侧电解池的阳极(Pt极)反应为4HCO3--4e-O2↑+4CO2↑+2H2O,阴极(Ag/C极)反应为CO2+2e-+H2OCO+2OH-。装置Ⅱ为电解池,电能转化为化学能,A错误;Pt电极产生O2和CO2,可从产生的气体中分离并回收CO2,B正确;碳毡处的电极反应为Cu2++4CH3CN+e-[Cu(CH3CN)4]+,C错误;阴离子交换膜每通过2 ml HCO3-,电路中转移2 ml电子,生成1 ml CO,D错误。
4.D 解析 装置Ⅰ中,Al电极为负极,电极反应为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,PbO2电极为正极,电极反应为PbO2+2e-+4H++SO42-PbSO4+2H2O,Ⅰ中双极膜中H2O解离出的OH-透过膜q向Al电极移动,Ⅰ中双极膜中H2O解离出的H+透过膜p向PbO2电极移动,电极c与负极相连,为阴极;电极d与正极相连,为阳极,电极反应为H2O-e-·OH+H+,生成的羟基自由基(·OH)将苯酚氧化为CO2和H2O。由上述分析可知,a极(PbO2电极)为正极,c极为阴极,A正确;Ⅰ中双极膜中H2O解离出的OH-透过膜q向Al电极移动,Ⅰ中双极膜中H2O解离出的H+透过膜p向PbO2电极移动,B正确;电极d为阳极,电极反应为H2O-e-·OH+H+,C正确;PbO2电极的电极反应为PbO2+2e-+4H++SO42-PbSO4+2H2O,消耗1 ml H2SO4(98 g)时还需双极膜中的2 ml H2O解离出2 ml H+参与反应,则Ⅰ中双极膜中质量每减少18 g,有1 ml H2O解离出1 ml H+参与反应,则左侧溶液中硫酸质量减少49 g,D错误。
5.C 解析 装置的左侧HCHO转化为HCOOH,C元素的化合价升高,发生氧化反应,左侧电极为阳极,连接正极(b),电极反应为HCHO-2e-+H2OHCOOH+2H+,则右侧电极为阴极,连接电源负极(a),电极反应为CO2+2e-+2H+HCOOH,A正确;反应过程中阳离子H+从阳极向阴极移动,即从左极室向右极室移动,B正确;电路中通过2 ml电子时,在装置中可生成2 ml HCOOH,C错误;阳极的电极反应为HCHO+H2O-2e-HCOOH+2H+,D正确。
6.A 解析 甲装置中,Zn被氧化,所以b电极为负极,a电极为正极;乙装置中d电极上H2O被氧化为O2,所以d电极为阳极,c电极为阴极,c电极与电源负极相连,即c电极与b电极相连,A错误;甲装置中通过氢氧根离子迁移来平衡电荷,离子交换膜M为阴离子交换膜,乙装置中通过氢离子迁移来平衡电荷,离子交换膜N为氢离子交换膜,B正确;a电极上C2H2被还原为C2H4,电极反应为C2H2+2e-+2H2OC2H4+2OH-,C正确;c电极的电极反应为3CO2+18e-+18H+C3H6+6H2O,b电极的电极反应为Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O,b极增重的是O原子的质量,消耗1 ml CO2转移6 ml电子,b极质量增大48 g,D正确。
7.D 解析 该装置为电解池,Ni2+穿过膜b进入Ⅲ室,则N为阴极,n为负极,M为阳极,m为正极。Ⅱ室中Ni2+穿过膜b进入Ⅲ室,膜b为阳离子交换膜,石墨N为阴极,A错误;Ⅰ室为阳极室,Ⅰ室的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,B错误;Ⅱ室生成1 ml Ni(CH3COCHCOCH3)2,有1 ml Ni2+移动,双极膜处应有2 ml H2O解离,产生2 ml OH-和2 ml H+,C错误;Ⅳ室电解消耗稀硫酸中H+的量等于双极膜中H2O解离移向Ⅳ室的H+的量,D正确。
8.答案 Fe-2e-Fe2+ 2NO2-+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,电极反应为Fe-2e-Fe2+;NO2-在酸性条件下具有强氧化性,能将Fe2+氧化,本身被还原成N2,该反应的离子方程式为2NO2-+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。
9.B 解析 由图可知,CH2CHCN在装置右侧生成NC(CH2)4CN或丙腈(CH3CH2CN),该过程中C元素的化合价降低,发生还原反应,电极B是电解池阴极,电极A上生成O2,发生氧化反应,电极A为阳极。若用Cu作阳极,Cu失去电子生成Cu2+,总反应改变,A正确;电解时阳离子向阴极移动,H+通过质子交换膜向电极B移动,B错误;B极区主要发生CH2CHCN得电子生成NC(CH2)4CN的反应,即2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN,C正确;根据阴极反应2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN和CH2CHCN+2e-+2H+CH3CH2CN可知,生成1 ml己二腈转移2 ml电子,生成1 ml丙腈也转移2 ml电子,故生成己二腈和丙腈的混合物0.1 ml时,转移0.2 ml电子,理论上A极区产生0.05 ml O2,标准状况下体积为1.12 L,D正确。
10.B 解析 Ⅰ室通入足量的NH3发生反应:Ag++2NH3[Ag(NH3)2]+,Ⅰ室中Ag+浓度减小,M电极的电极反应为Ag-e-Ag+,故M为负极;N为正极,电极反应为Ag++e-Ag,双极膜产生的OH-进入Ⅱ室,H+进入Ⅲ室;由题给信息可知该浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl,故Ⅱ室中的Cl-进入Ⅰ室,Ⅲ室中的Na+进入Ⅳ室,故a、c分别是阴离子交换膜和阳离子交换膜,B正确;N极为正极,发生还原反应,A错误;Ⅱ室中得到NaOH溶液,Ⅲ室中得到HCl溶液,C错误;M电极质量每减少10.8 g,即负极参与反应的Ag为0.1 ml,则有0.1 ml OH-定向移到Ⅱ室,故双极膜内解离的H2O为0.1 ml,D错误。
11.CD 解析 该装置用于制备C(H2PO2)2,根据图示,M电极所在为阳极室,M电极为阳极C电极,钴失去电子被氧化:C-2e-C2+;N电极为阴极,N电极为石墨电极,水得电子被还原生成氢气和OH-,则碱性甲烷燃料电池中m电极为正极,n电极为负极。M电极为阳极C电极,N电极为阴极石墨电极,A错误;n电极为碱性甲烷燃料电池的负极,n电极通入CH4,甲烷失去电子被氧化:CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,B错误;N电极为阴极,N电极电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,电解一段时间后,N极区碱性增强,溶液的pH增大,C正确;阳极室中的C2+通过膜a进入产品室,膜a为阳离子交换膜,原料室中H2PO2-通过膜b进入产品室,膜b为阴离子交换膜,原料室中Na+通过膜c进入阴极室,膜c为阳离子交换膜,D正确。
12.D 解析 由[Fe(CN)6]4-→[Fe(CN)6]3-发生氧化反应可知,电极a为阳极,电极反应为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,反应器Ⅰ中发生的反应为4[Fe(CN)6]3-+4OH-4[Fe(CN)6]4-+2H2O+O2↑,则气体M为O2;电极b为阴极,电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-,反应器Ⅱ中发生的反应为DHPS-2HDHPS+H2↑,则气体N为H2。由上述分析可知,电极a为阳极,A正确;气体M为O2,气体N为H2,根据得失电子守恒,生成O2、H2时的电子转移关系为:O2~4e-,2H2~4e-,则同温同压下,气体M(O2)与气体N(H2)的体积比为1∶2,B正确;电极b为阴极,电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-,C正确;右室中,电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-,同时发生反应DHPS-2HDHPS+H2↑,当电路中转移1 ml e-时,生成12 ml H2,同时有1 ml OH-进入左室,右室减少的质量为12 ml×2 g·ml-1+1 ml×17 g·ml-1=18 g,左室中的电极反应为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,同时发生反应4[Fe(CN)6]3-+4OH-4[Fe(CN)6]4-+2H2O+O2↑,当电路中转移1 ml e-时,生成14 ml O2,同时有1 ml OH-进入左室,左室减少的质量为1 ml×17 g·ml-1-14 ml×32 g·ml-1=9 g,则右室比左室减少的质量多18 g-9 g=9 g,D错误。
13.D 解析 电解时,阳极上水放电:2H2O-4e-O2↑+4H+,混合物浆液中的CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动,从浆液中分离出来,因存在2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,则分离后含铬元素的粒子是CrO42-、Cr2O72-;阴极上水放电:2H2O+2e-H2↑+2OH-,混合物浆液中的钠离子通过阳离子交换膜(a离子交换膜)进入阴极,故阴极反应生成氢气和NaOH,由上述分析可知,A、B、C正确。电解时,每转移2 ml电子,阳极区生成2 ml H+,由于2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O为可逆反应,则阳极室生成的Cr2O72-小于1 ml,D错误。
14.C 解析 甲室的电极与电源的正极相连,则甲室为阳极室,阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,戊室的电极与电源的负极相连,则戊室为阴极室,阴极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,H2不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,A错误;电解池中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,丙室中为海水,在反应过程中,丙室中的Na+通过膜②移到丁室,Cl-通过膜①移到乙室,因此膜①是阴离子交换膜,膜②是阳离子交换膜,B错误;甲室中氯离子发生氧化反应产生氯气,钠离子通过阳离子交换膜移到乙室,因此出口a为淡水,丙室中钠离子移到丁室,氯离子移到乙室,因此出口c为淡水,C正确;甲室的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,甲室中Na+通过阳离子交换膜移到乙室,随电解的进行,溶液的pH不会不断增大,D错误。
15.答案 (1)PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O 小 48
(2)Pb PbO2 对换
解析 (1)根据总反应可知,放电时正极PbO2得到电子,电极反应为PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O,负极电极反应为Pb+SO42--2e-PbSO4;由总反应可知放电时消耗H2SO4且生成H2O,则H2SO4的浓度变小;当外电路通过1 ml电子时,理论上负极板的质量增加0.5 ml×96 g·ml-1=48 g。
(2)若按题图连接,B电极为阳极,失去电子发生氧化反应,A电极为阴极,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++SO42-,A电极上发生的反应为PbSO4+2e-Pb+SO42-,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。