第1章 电化学重点突破练(教参独具)-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 鲁科版（2019）双选

电化学重点突破练(教参独具) 优化探究 第1章　化学反应与能量变化 2 3 4 5 6 7 8 1 1.(有机物电解池)(2023·湖北武汉5月质检)我国科技工作者设计了一种电解装置,能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气(CO、H2),其原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.催化电极a与电源负极相连 B.电解时催化电极a附近溶液的pH增大 C.电解时b极区Na2CO3溶液的浓度增大 D.生成的甘油醛与合成气的物质的量相等 9 10 11 12 13 14 15 D 催化电极a上C3H8O3转化为C3H6O3,是去氢的氧化反应,故催化电极a为阳极,连接电源的正极,阳极反应为C3H8O3-2e-+2C===C3H6O3+2HC,溶液中C水解程度大于HC,等浓度的Na2CO3溶液的碱性强于NaHCO3溶液,则催化电极a附近的溶液pH减小,A、B错误;催化电极b为阴极,电极反应为CO2+2e-+H2O===CO+2OH-、2H2O+2e-===H2↑+2OH-,电解时,阴离子向阳极移动,阳极消耗C,则C向催化电极a移动,故b极区Na2CO3溶液的浓度减小,C错误;由上述分析可知,阳极生成1 mol甘油醛转移2 mol电子,阴极生成1 mol CO或1 mol H2转移2 mol电子,电解池工作时,阴、阳极转移电子的物质的量相等,则生成的甘油醛与合成气的物质的量相等,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 2.(有机物电池)(2023·辽宁沈阳二模)微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图Ⅰ所示,并利用此电池装置模拟氯碱工业电解饱和食盐水,如图Ⅱ所示,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.电池工作时,电子由A极经外电路流向B极 B.电解池中每生成2 mol氯气,理论上原电池中生成二氧化碳的体积是22.4 L C.若a极为碳电极、b极为铁电极,b极应与A极相连 D.该微生物燃料电池应在常温下进行,不宜在高温下进行 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 B极上葡萄糖在微生物作用下转化为二氧化碳,发生氧化反应,故B极为负极,电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+,电池工作时,外电路电子由负极(B极)流向正极(A极),A错误;电解池中阳极的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,每生成2 mol氯气,转移4 mol电子,理论上原电池中生成标准状况下1 mol(22.4 L)CO2,但题中未给出标准状况条件,不能计算出生成二氧化碳的体积,B错误;若a极为碳电极、b极为铁电极,为了达到电解饱和食盐水的目的,则b极应为阴极,连接电源的负极,即与B极相连,C错误;微生物在高温下会死亡,所以不宜在高温下进行,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 3.(有机物二次电池)(2023·山东烟台二模)一种自充电的盐水电池植入肿瘤表面可用于抗肿瘤。电池放完电后,无需外接电源即能实现某个电极的化学自充电,该电极材料充放电原理如图所示。下列说法错误的是 (　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.该电极为电池正极 B.放电过程中,该电极附近溶液的pH减小 C.化学自充电时发生的反应可表示为PNTCDA⁃H+O2―→PNTCDA+nH2O D.放电过程中,外电路通过0.02 mol电子,该材料质量增加0.02 g 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 由题图中PNTCDA⁃H和PNTCDA的结构可知,充电过程中PNTCDA⁃H转化为PNTCDA,发生去氢的氧化反应,放电过程中PNTCDA转化为PNTCDA⁃H发生得氢的还原反应,故该电极为正极,A正确;放电时,发生反应PNTCDA+2nH2O+2ne-―→PNTCDA⁃H+2nOH-,电极附近溶液的pH增大,B错误;充电时,PNTCDA⁃H与氧气反应转化为PNTCDA,反应为PNTCDA⁃H+O2―→PNTCDA+nH2O,C正确;结合上述分析可知,放电过程中,外电路通过0.02 mol电子,电极材料吸收0.02 mol H原子,质量增加0.02 g,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 4.(有机物电池)(2023·宁夏石嘴山模拟)我国研发了一种治理污水有机物的技术,通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚,其工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.B极为电池的正极,发生还原反应 B.微生物膜的作用主要是提高B极的导电性 C.A极电极反应为 +H++2e-===Cl-+ D.当除去0.1 mol CH3COO-时,有0.4 mol H+通过质子交换膜从A极向B极移动 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 根据题图及有机物的特点进行判断: ―→ ,是得氢的还原发应,则A极作正极,B极作负极;A极电极反应为 +H++2e-===Cl-+ ,B极电极反应为CH3COO--8e-+4H2O ===2HC+9H+,A错误,C正确;微生物膜主要作催化剂,其作用为催化反应的进行,B错误;由A项分析中B极电极反应可知,除去0.1 mol CH3COO-时,转移电子的物质的量为0.8 mol,故有0.8 mol H+通过质子交换膜从B极移向A极,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 5.(试题调研原创　双电极反应)工业上用电解法生产乙醛酸(OHCCOOH)的原理如图所示,装置中阴、阳两极均为惰性电极。其中双极膜由阴离子交换膜和阳离子交换膜复合而成,在直流电场的作用下,双极膜复合层内的水解离为H+和OH-并分别向两极移动。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.a极为直流电源的负极 B.相同时间内,两极得到乙醛酸的物质的量一定相等 C.电极X上生成乙醛酸的电极反应为OHCCHO-2e-+2OH-===OHCCOOH+H2O D.膜M是阴离子交换膜 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 根据题图中物质的转化关系,从简单的一极开始分析判断电极类型。该装置为电解池,电极X上发生反应2H2O-4e-===O2↑+4H+、2Br--2e-===Br2,发生失电子的氧化反应,电极X为阳极,连接电源的正极,即a极为直流电源的正极,A错误;电极Y上H2C2O4转化为OHCCOOH,发生去氧的还原反应,电极Y为阴极,电极Y上发生反应HOOCCOOH+2e-+2H+===OHCCOOH+H2O、2H++2e-===H2↑。由于阴极上发生2个电极反应,同时阳极上也发生2个电极反应,故无法确定相同时间内两极得到乙醛酸的物质的量是否相等,B错误;阳极室电解质溶液中发生反应OHCCHO+Br2+H2O===OHCCOOH+2HBr,故生成乙醛酸的反应发生在电解质溶液中,不是在电极X上,C错误;电解时,阴离子、阳离子分别向阳极、阴极移 动,故膜M、膜N分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 6.(2024·黑龙江哈尔滨10月模拟)利用电化学原理可同时将SO2、CO2变废为宝,其装置如图所示,装置中a、b、c、d电极均为惰性电极。下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.a极为负极,发生氧化反应 B.装置工作时,电子从c极流入b极 C.d极的电极反应为CO2+6H++6e-===CH3OH+H2O D.若b极消耗16 g O2,则Y装置中左侧溶液质量减少16 g 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 a极发生失电子的氧化反应,电极反应为SO2+2H2O-2e-===S+4H+,a极为负极,A正确;充入O2的一极为燃料电池(原电池)的正极,则b极为正极,c极与b极(正极)相连,c极为阳极,电子从a极(负极)流入d极(阴极)、从c极(阳极)流入b极(正极),B正确;X装置为燃料电池(原电池),Y装置为电解池,d极为阴极,电极反应为CO2+6e-+6H+===CH3OH+H2O,C正确;b极的电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,c极的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,可得关系式n消耗(O2)~4n(e-)~n生成(O2),b极消耗16 g O2,Y装置中左侧溶液中有16 g(0.5 mol)O2逸出,同时有2 mol H+从左侧移向右侧,左侧减少的溶液质量为16 g+(2×1) g=18 g,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 7.(2024·江西新余一中10月模拟)镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似,工业上可通过电化学装置将废水中的Co2+和Ni2+分离,装置如图所示。已知Co2+和乙酰丙酮不反应,下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.膜a为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜 B.通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大 C.Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3COCH2COCH3+2OH-===Ni(CH3COCHCOCH3)2+2H2O D.通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体,双极膜内减少18 g H2O 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 该装置中两个电极均是石墨电极,不能根据电极材料判断电极类型,应根据溶液中离子移动方向来判断电极类型。该装置是电解池,H+(阳离子)向阴极移动,则石墨N为阴极,石墨M为阳极。Ⅱ室为原料室,Co2+、Ni2+通过膜b进入Ⅲ室,Co2+和乙酰丙酮不反应,Ni2+和乙酰丙酮反应,则膜b应为阳离子交换膜。石墨M为阳极,电解池中阴离子移向阳极,故Ⅱ室中的阴离子经膜a进入Ⅰ室,则膜a应为阴离子交换膜,A正确;通电过程中,Ⅳ室中H+得电子生成H2,N极的电极反应为2H++2e-===H2↑,Ⅳ室内消耗的H+数目与双极膜中转移过来的H+数目相等,则Ⅳ室内硫酸浓度不变,B错误;Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3COCH2COCH3+2OH-===Ni(CH3COCHCOCH3)2+2H2O,C正确;通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体,即0.5 mol H2,双极膜中迁出1 mol H+和1 mol OH-,故双极膜内减少18 g H2O,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 8.(双极膜)(2023·山西运城5月二模)我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密度、优异的循环性能的新型水系电池,模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2,相应的产物为Zn(OH和Mn2+。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.双极膜中的OH-通过膜a移向M极 B.电池工作一段时间后,NaOH溶液的pH不变 C.N极的电极反应为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O D.若电路中通过2 mol电子,则稀硫酸溶液质量增加89 g 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 由题给信息Zn的产物Zn(OH和MnO2的产物Mn2+及题图可知,M极为Zn电极,N极为MnO2电极。阴离子OH-移向负极,即M极,A正确;M极的电极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH,每转移2 mol电子,消耗4 mol OH-,同时双极膜中有2 mol OH-移向M极,则电池工作一段时间后,NaOH溶液的pH变小,B错误;N极的电极反应为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,若电路中通过2 mol电子,溶解1 mol MnO2,同时双极膜中有2 mol H+移向N极,则稀硫酸溶液质量增加2 mol×1 g/mol+1 mol×87 g/mol=89 g,C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 9.(双极膜+多室电解池)(2023·四川攀枝花5月三模)在直流电场作用下双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并分别向两极迁移。如图所示装置,可将捕捉的二氧化碳转化为CaCO3而矿化封存,减少碳排放,同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.CaCO3在碱室形成 B.两个双极膜中间层中的H2O解离出的H+均向右移动 C.向碱室中加入NaHCO3固体,有利于CO2的矿化封存 D.b极为阳极,电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 由各室产物可知,Cl-、H+移向酸室得到高浓度盐酸;C移向中间室生 成CaCO3,A错误;右侧双极膜中间层中的H2O解离出的H+进入酸室生成盐酸,左侧双极膜中间层中的H2O解离出的H+左移在电极a上发生还原反应生成H2,两个双极膜中间层中的H2O解离出的H+均向左移动,B错误;碱室中二氧化碳和碱反应生成C,C通过阴离子交换膜进入中间室,与Ca2+结合形成碳酸钙,向碱室中加入NaHCO3固体会消耗OH-而不利于CO2的吸收,C错误;右侧双极膜中间层中的H2O解离出的H+进入酸室,而解离出的OH-右移,电极b为阳极,电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 10.(2023·山东泰安5月二模改编)NO⁃空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化,某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程,装置如图所示。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.交换膜b为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L-1盐酸时,M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计) D.若甲池有5.6 L O2参加反应,则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 NO⁃空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池(甲池)的正极,通入NO的一极为原电池(甲池)的负极。乙池和丙池均为电解池,乙池的左侧电极与电源正极相连,为阳极;丙池的右侧电极与电源负极相连,为阴极。丙池左侧电极为阳极,电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,产生的H+通过交换膜a,与通过交换膜b移向浓缩室的Cl-形成HCl,所以交换膜b为阴离子交换膜,A正确;乙池中SO2被氧化为S,NO被还原为N,反应还有NH3参与,由得失电子守恒和原子守恒可得总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S,B正确;丙池左侧电极的电 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L-1盐酸时,M室转移至浓缩室的H+的物质的量为4 L×(0.6-0.1) mol·L-1=2 mol,所以M室生成2 mol H+,相当于减少1 mol H2O,则M室溶液的质量变化为18 g,C正 确;选项中没有给出气体所处状态,无法计算气体体积,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 11.(微生物燃料电池)(2023·江西南昌5月二模)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能,同时加速沉积物中污染物的去除,用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.外电路的电流方向是从碳棒b到碳棒a B.碳棒a附近溶液的酸性增强 C.碳棒b发生电极反应:S-6e-+4H2O===S+8H+ D.升高温度可提高电池的能量转化效率 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 碳棒a为正极,碳棒b为负极,则外电路的电流方向是从碳棒a到碳棒b,A错误;O2得电子结合H+生成H2O,碳棒a为正极,电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,碳棒a附近溶液的酸性减弱,B错误;FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S,S在硫氧化菌的作用下被氧化为S,碳棒b为负极,电极反应为S-6e-+4H2O===S+8H+,C正确;升高温度可能会使光合菌、硫氧化菌失去生理活性,降低电池的能量转化效率,D错误。 11 12 13 14 15 12.(协同转化电解池)(2023·湖北名校联盟5月检测)科学工作者提出了一种在室温条件下以CO2和甲醇为原料合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]的电化学方案,其原理如图所示。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.催化电极b连接电源的正极 B.Br-的数目在反应过程中减少 C.阴极的电极反应为CO2+2CH3OH+2e-===CO+2CH3O-+H2O D.电路中转移2 mol电子时,理论上会产生90 g碳酸二甲酯 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 由题图可知,催化电极b上Br-转化为Br2,发生氧化反应,则催化电极b为阳极,催化电极b连接电源的正极,A正确;题干信息及题图可知,电池总反应为CO2+2CH3OH===(CH3O)2CO+H2O,Br-的数目在反应过程中不发生变化,B错误;根据题图可知,阴极(催化电极a)的电极反应为CO2+2CH3OH+2e-===CO+2CH3O-+H2O,电路中转移2 mol电子时,理论上会产生1 mol碳酸二甲酯,其质量为90 g,C、D正确。 11 12 13 14 15 13.(2023·山西临汾二模)中科大电化学团队研究用HCl⁃CuCl2混合溶液作腐蚀液来处理工业废铜,其方法如图所示。其中BDD电极上生成一种具有强氧化性的羟基自由基(·OH)。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.当BDD电极上生成0.1 mol·OH,将有0.1 mol Cl-通过阴离子交换膜 B.SS电极的电极反应为H2CuCl3+e-===Cu+3Cl-+2H+ C.蚀铜槽中废铜棒表面的铜被氧化成H2CuCl3进入溶液 D.X为盐酸 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 由题图可知,BDD电极连接电源正极,为阳极;SS电极连接电源负极,为阴极。在BDD电极(阳极)上,水生成羟基自由基(·OH),电极反应为H2O-e-===·OH+H+,当生成0.1 mol·OH时,转移0.1 mol电子,根据电荷守恒可知,有0.1 mol Cl-通过阴离子交换膜,A正确;在SS电极(阴极)上,H2CuCl3得到电子,发生还原反应产生Cu单质,电极反应为H2CuCl3+e-===Cu+3Cl-+2H+,B正确;蚀铜槽中HCl⁃CuCl2混合溶液将Cu单质氧化为H2CuCl3,C正确;BDD电极上生成·OH和H+,·OH具有强氧化性,能将溶液中的H2CuCl3氧化为Cu2+,发生反应:·OH+H2CuCl3===Cu2++3Cl-+H2O+H+,则X为含盐酸和CuCl2的混合溶液,D错误。 11 12 13 14 15 14.(协同转化电解池)(2023·辽宁沈阳5月三模)利用间接成对电化学法,以间硝基甲苯为原料合成间氨基苯甲酸的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 A.物质X为间硝基苯甲酸 B.右侧电极电势高于左侧电极电势 C.阳极的电极反应:2Cr3++7H2O-6e-===Cr2+14H+ D.当电路中转移8 mol电子时,理论上可得到1 mol间氨基苯甲酸 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 由题图可知,X被Ti3+还原为间氨基苯甲酸,则物质X为间硝基苯甲酸,A正确;右侧电极连接电源正极,为阳极,左侧电极连接电源负极,为阴极,则右侧电极电势高于左侧电极电势,B正确;右侧电极为阳极,阳极上Cr3+失去电子发生氧化反应生成Cr2,电极反应为2Cr3++7H2O-6e-=== Cr2+14H+,C正确;左侧电极为阴极,电极反应为Ti4++e-===Ti3+,阴极槽 外反应为间硝基苯甲酸和Ti3+反应生成间氨基苯甲酸和Ti4+,即 +6Ti3++6H+―→ +2H2O+6Ti4+,则当电路中转移6 mol电子时,理论上可得到1 mol间氨基苯甲酸,D错误。 11 12 13 14 15 15.完成下列各题。 (1)(2023·山东卷,改编)利用热再生氨电池可实 现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如 图1所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电 镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。 甲室Cu电极为　　　　(填“正”或“负”)极;隔 膜为　　　　(填“阴”或“阳”)离子交换膜;电池总反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 负 阴 Cu2++4NH3===[Cu(NH3)4]2+ (2)(2022·河北卷,改编)科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置,工作原理示意图如图2所示。电极b为　　　　(填“阴”或“阳”,下同)极;隔膜为　　　　离子交换膜;反应器Ⅰ中反应的离子方程 式为　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 14 15 阴 阴 4[Fe(CN)6]3-+4OH-+O2↑+2H2O $$