新教材高考化学一轮复习课时作业21多池、多室的电化学装置含答案

这是一份新教材高考化学一轮复习课时作业21多池、多室的电化学装置含答案，共10页。试卷主要包含了单项选择题，不定项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题（本题包括6个小题，每小题只有1个选项符合题意）
1．用惰性电极电解CuCl2和CuSO4的混合溶液（物质的量浓度均为0.1 ml·L－1）500 mL，当阴极析出4.8 g固体时，在阳极可得到标准状况下的气体体积为（ ）
L B．1.4 L
L D．2.24 L
2．聚合硫酸铁{PFS，[Fe4（OH）2n（SO4）（6－n）]m}是一种性能优越的无机高分子混凝剂，利用双极膜（BP，由一张阳膜和一张阴膜复合制成，在直流电场作用下将中间层中的H2O解离成OH－和H＋，作为H＋和OH－的离子源）电渗析法制备PFS的装置如图所示，下列说法错误的是（ ）
A.X极上发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B.“室1”和“室3”得到的产品为H2SO4和K2SO4的混合液
C.“室2”和“室4”得到的产品为浓PFS
D.双极膜向“室2”和“室4”中提供OH－
3．利用如图所示装置可以实现吸收一定量SO2气体后的钠碱脱硫液（NaOH＋Na2SO3）的“循环再生”。下列说法正确的是（ ）
A.m为阴膜
B.出液1的溶质主要是H2SO3
C.出液2的pH大于进液2的pH
D.当电路中转移0.2 ml电子时，a电极产生标准状况下1.12 L气体
4．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＋8HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) －8e－===CH4＋8CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ＋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
5．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜（在直流电场作用下，双极膜层间的水会解离为H＋和OH－，分别迁移到双极膜两侧）。下列说法正确的是（ ）
A.a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
B.电流流向：电源正极→X电极→Y电极→电源负极
C.若去掉X电极与a之间的双极膜，X电极区产物不变
D.若外电路中通过1 ml电子，双极膜内有4 ml H2O发生解离
6．天津大学研究团队以KOH溶液为电解质溶液，CP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物（RCN，R代表烃基）的装置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.CP极连接直流电源的正极
B.Ni2P极的电极反应式为RCH2NH2＋4e－＋4OH－===RCN＋4H2O
C.离子交换膜是阳离子交换膜
D.合成1 ml偶氮化合物转移8 ml电子
二、不定项选择题（本题包括4个小题，每小题有1个或2个选项符合题意）
7．如图为某二次电池充电时的工作原理示意图，该过程可实现盐溶液的淡化。下列说法错误的是（ ）
A.放电时，负极反应式为Bi－3e－＋H2O＋Cl－===BiOCl＋2H＋
B.放电时，每生成1 ml Bi消耗1.5 ml Na3Ti2（PO4）3
C.充电时，a极为电源正极
D.充电时，电解质溶液的pH减小
8．NaBH4燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如下图所示。下列说法不正确的是（ ）
A.离子交换膜应为阴离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移
B.该燃料电池的负极反应式为BH eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(2)) ＋6H2O
C.电解池中的电解质溶液可以选择CuSO4溶液
D.每消耗2.24 L O2（标准状况）时，A电极的质量减轻12.8 g
9．H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚（CH3OCH3）—空气燃料电池。
下列推断正确的是（ ）
A.Y极充入空气
B.电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y
C.电解后，乙装置右池中c（NaOH）减小
D.Z极反应式为S2－－2e－===S↓
10．双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是（ ）
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
三、非选择题
11．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。
如图1是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。
（1）甲中负极的电极反应式为 。
（2）乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为 。
（3）
丙装置的溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2，则图中②线表示的是 的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要 mL 0.5 ml·L－1 NaOH溶液。
12．肼（N2H4）—空气碱性燃料电池放电效率高，以该电池为电源模拟工业制烧碱，装置如图所示：
回答下列问题：
（1）乙装置的能量转化形式主要是 。
（2）乙装置中离子交换膜的类型是 （填字母）。
A.质子交换膜 B．阳离子交换膜
C.阴离子交换膜
（3）铂电极的名称是 （填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”）。
（4）写出铜电极的电极反应式： 。
（5）电解过程中，石墨电极附近溶液的pH减小，其原因是 （用化学用语和必要的文字说明）。
（6）若铂电极上有4.48 L O2（标准状况）发生反应，装置的电流效率为80%，理论上制备纯度为96%的烧碱 g（结果保留1位小数）。
课时作业21 多池、多室的电化学装置
1．解析：CuCl2和CuSO4的混合溶液，物质的量浓度均为0.1 ml·L－1，体积为500 mL，即溶液中的n（Cu2＋）＝0.1 ml，完全得电子时，质量为6.4 g>4.8 g，则阴极的电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，生成4.8 g Cu时，转移0.15 ml电子，阳极的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，可生成n（Cl2）＝0.05 ml，即失去0.1 ml电子，继续失去0.05 ml电子，生成0.012 5 ml氧气，即0.28 L，生成气体合计1.4 L。
答案：B
2．解析：
答案：B
3．解析：进液1中的NaHSO3转化为再生液中的NaOH，故a电极上水电离出的H＋放电，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，a电极是阴极，中间室中的Na＋通过m移向左室，故m是阳膜，A错误。b电极作阳极，H＋通过阳极移向中间室，与SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) 、HSO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) 结合生成H2SO3，故出液1的溶质主要是H2SO3，B正确。b电极上水电离出的OH－放电，故右室中H2O减少，H2SO4浓度增大，出液2的pH略小于进液2的pH，C错误。由a电极的电极反应式可知，当电路中转移0.2 ml电子时，a电极产生0.1 ml H2，标准状况下体积为2.24 L，D错误。
答案：B
4．解析：由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动。则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) ＋8e－===CH4＋8CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ＋2H2O，故B错误；电解过程中是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) 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，所以Na2SO4溶液的浓度是增大的，故D错误。
答案：A
5．解析：由题图可知，阴离子向X电极移动，阳离子向Y电极移动，故X电极是阳极、Y电极是阴极，a、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，A错误。电流流向：电源正极→阳极（X电极）→阴极（Y电极）→电源负极，B正确。若去掉X电极与a之间的双极膜，X电极上放电的离子不再是OH－，而是Cl－，产物由O2变为Cl2，C错误。外电路中通过的电子数与双极膜内解离出的H＋或OH－所带电荷数相同，故外电路中通过1 ml电子，双极膜内有1 ml H2O发生解离，D错误。
答案：B
6．解析：CP极上发生C6H5NO2转化为（C6H5N）2的脱氧反应，是还原反应，故CP极为阴极，连接直流电源的负极，A错误；Ni2P极为阳极，电极反应式为RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O，B错误 ；CP极的电极反应式是2C6H5NO2＋4H2O＋8e－===（C6H5N）2＋8OH－，生成的OH－通过离子交换膜移至Ni2P极，故离子交换膜应是阴离子交换膜，C错误；由CP极的电极反应式可知，合成1 ml偶氮化合物转移8 ml电子，D正确。
答案：D
7．解析：
答案：A
8．解析：燃料电池中通入氧气的一极为正极，氧气得电子生成氢氧根离子，钠离子通过离子交换膜进入右极室与氢氧根离子形成浓氢氧化钠溶液，故离子交换膜允许钠离子通过，是阳离子交换膜，A错误；根据图示，负极BH eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) 转化为BO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(2)) ，故电极反应式为BH eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(2)) ＋6H2O，B正确；电解池是电解精炼铜，电解质溶液必须含有铜离子，可以选择CuSO4溶液，C正确；A极连接正极，作为阳极，每消耗2.24 L O2（标准状况）时，转移电子0.4 ml，A极为粗铜，比铜活泼的金属先放电，质量减轻不一定为12.8 g，D错误。
答案：AD
9．解析：据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极为阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入空气，A项正确；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极的电极反应式为S2－－2e－===S↓，D项正确。
答案：AD
10．解析：电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，出口2的产物为NaOH溶液，A错误；电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。
答案：D
11．解析：两种计算关系模型（以4e－为基准）：
（1）甲醇燃料电池是原电池装置，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ＋6H2O。（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应：B为阴极，溶液中铜析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1 ml，电极反应式为
Cu2＋ ＋ 2e－=== Cu
0.1 ml 0.2 ml
2H＋ ＋ 2e－===H2↑
2x x
A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应式为
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4x x
得到0.2＋2x＝4x，x＝0.1 ml。由以上分析可知，乙中A极析出的气体是氧气，其物质的量为0.1 ml，在标准状况下的体积为2.24 L。（3）根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化关系图，以及丙电解池装置中，铜离子从无到有逐渐增多，铁离子物质的量逐渐减小，亚铁离子物质的量逐渐增大可知，①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋，依据（2）计算得到电子转移为0.4 ml，当电子转移为0.4 ml时，丙中阳极电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，生成Cu2＋的物质的量为0.2 ml，由图像分析可知，反应前，丙装置中n（Fe3＋）＝0.4 ml，n（Fe2＋）＝0.1 ml，当电子转移0.4 ml时，Fe3＋完全反应，生成0.4 ml Fe2＋，则反应结束后，丙装置电解液中Fe2＋的物质的量为0.5 ml，Cu2＋的物质的量为0.2 ml，所以需要加入NaOH的物质的量为1.4 ml，所以需要的NaOH溶液的体积为1.4 ml÷0.5 ml·L－1＝2.8 L＝2 800 mL。
答案：（1）CH3OH－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ＋6H2O
（2）2.24 L （3）Fe2＋ 2 800
12．解析：（1）装置甲是肼（N2H4）—空气碱性燃料电池，则装置乙是电解池，能量转化形式主要是电能转化为化学能。（2）N2H4在铜电极被氧化生成N2，则铜电极是负极，根据电极连接方式可知，铁是阴极，石墨是阳极。铁电极（阴极）反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极产生OH－，石墨电极（阳极）反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极消耗Cl－，为保持溶液呈电中性且制取烧碱，Na＋应透过离子交换膜向左侧迁移，阴极室中得到NaOH溶液，故离子交换膜是阳离子交换膜。（5）电解过程中，石墨电极（阳极）上生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，则石墨电极附近溶液的酸性增强，pH减小。（6）铂电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铂电极上有4.48 L O2（标准状况）发生反应，即消耗0.2 ml O2，电路中转移0.8 ml电子，装置的电流效率为80%，则电子的有效利用量为0.8 ml×80%＝0.64 ml。制取1 ml NaOH时理论上转移电子的物质的量为1 ml，则制取的NaOH的物质的量为0.64 ml，故理论上制备纯度为96%的烧碱的质量为 eq \f(0.64 ml×40 g·ml－1,96%) ≈26.7 g。
答案：（1）电能转化为化学能 （2）B （3）正极 （4）N2H4＋4OH－－4e===N2↑＋4H2O （5）石墨电极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO （6）26.7