1.3 专题突破3 “隔膜在电化学装置中的应用&专题突破4 突破电化学中多池串联装置-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(鲁科版2019)

专题突破3“隔膜”在电化学装置中的应用 黑题 专题强化练 限时：20mim 1,(2023·吉林长春高二期末)肼(N,H)露置 下，双极膜中间层中的H,0解离为H和 在空气中容易爆炸，但利用其制作的燃料电 OH。某技术人员利用双极膜（膜c、膜d)和 池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化 离子交换膜高效制备H,SO,和NaOH,工作原 率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所 理如图所示。下列说法正确的是 ( 示，下列叙述正确的是 ( 克流也源 A.电池工作时，正 膜a 菜d 膜e膜 (0 极附近的pH 减小 NaOH 甲潜：乙档 NaOH B.当消耗1mol0, 阳离子交扶膜 时，有2 mol Na由甲槽向乙槽迁移 稀NaOH NaSO IL,O NaS0稀硫骏 C.负极反应式为40H+N,H,-4e 深液 溶液 溶液 N2↑+4H,0 A.电势：N电极<M电极 D.若去掉阳离子交换膜，电池也能正常工作 B.双极膜c输出H,膜a膜e为阴离子交换膜 2.(2024·河南周口高二月考)我国科学家发明 C.N极电极反应式为2H,0+2e 了一种Zn-Pb02二次电池，装置如图所示，X、 20H+H2↑ Z区域的电解质溶液不同，各为H,S0,溶液和 D.当电路中转移1mole时，整套装置将制得 KOH溶液中的一种。已知放电、充电过程中， 1 mol H2SO X、Y、Z区域始终均为单一电解质溶液。下列 4.双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子 说法错误的是 ( 交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内 离千交换脱 层为水层，工作时水层中的H,0解离成H和 OH,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁 IZn(OH).月 移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 N4SO落液循环液aBr溶液循环液N,S),溶液 落液 E 阴 交 双 A.充电时，阴极反应式为[Zm(0H).]2+2e 情性电极 朋板液 交换膜 盐定 交换膜 性电 =Zn+40H B.放电时，正极反应式为Pb02+2e+ 水层 水层 出1 出口2 出口3 出口4 4H+S07=PbS0,+2H,0 下列说法正确的是 C.Z区域的电解质溶液为H,SO,溶液，充电 A.出口2的产物为HBr溶液 时Z区域溶液的pH减小 B.出口5的产物为硫酸溶液 D.放电时Y区域K,SO,溶液浓度减小，N膜 C.Br可从盐室最终进入阳极液中 为阴离子交换膜 D.阴极电极反应式为2H+2e—H,↑ 3.(2024·山东济南高二月考)在直流电源作用 选择性必修第一册：LK黑白题030 专题突破4 突破电化学中多池串联装置 黑 黑题 专题强化练 限时：20 min 1.(2023·辽宁本溪高二期末)电极Ⅰ为Al，电 橄生物 质 质子交换膜 极Ⅱ、Ⅳ为石墨，电极Ⅲ为铜，盐桥中含 KCl， M ∠N Cu -Fe 有机 $$O _ { 2 }$$ $$C u S O _ { 2 }$$ 下列说法正确的是 () 废水 $$H _ { 2 } O$$ 溶液 \textcircled A 乙 Ⅱ π A.电子的流动方向： $$M \to F e \to C u S O _ { 4 }$$ Cu→N 乙 i 丙 B.M是负极，铜是阳极 A.电流方向：电极Ⅰ→电极Ⅳ C.一段时间后，乙中 $$C u S O _ { 4 }$$ 溶液浓度基本保 B.盐桥中的 $$K ^ { + }$$ *向电极Ⅰ作定向移动 持不变 C.电极Ⅲ为阳极，电极反应式为 $$C u ^ { 2 + } + 2 e ^ { - }$$ D.M极电极反应式： $$H _ { 2 } N \left( C H _ { 2 } \right) _ { 2 } N H _ { 2 } + 1 6 O H ^ { - }$$ $$\xlongequal { \quad } { \quad } C u$$ $$- 1 6 e ^ { - } \xlongequal { \quad } { \quad } 2 C O _ { 2 } \uparrow + N _ { 2 } \uparrow + 1 2 H _ { 2 } O$$ 4.(2024·河南周口高二月考)下列装置中， $$C _ { 1 }$$ D.乙池中 $$c \left( C u ^ { 2 + } \right)$$ 减小，丙池中 $$c \left( C u ^ { 2 + } \right)$$ )不变 $$C _ { 6 }$$ 均为石墨电极，假设各装置在工作过程中 2.(2024·福建福州高二月考)在如图串联装置 溶液的体积不变， 中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出 现红色固体。下列说法不正确的是() $$N _ { 2 } H _ { 4 }$$ Ag $$F _ { C }$$ 电源 $$p _ { 1 }$$ t Cu Ag $$C _ { 1 }$$ $$C _ { 2 }$$ $$- C _ { 5 }$$ KOH [溶液 A $$A g N O _ { 3 }$$ 溶液 $$N a _ { 2 } S O _ { 4 }$$ 饱和食盐水 $$平 面 H _ { 2 } S O _ { 4 }$$ aOH 甲 丁 KCI 溶液 溶液 $$A g N O _ { 3 }$$ 溶液 (1)甲装置中， $$C _ { 2 }$$ 电极为(填“正” 乙 丙 “负”“阳”或“阴”)极， $$C _ { 1 }$$ 电极的电极反应式 A.乙中左侧电极反应式为 $$C u ^ { 2 + } + 2 e ^ { - } \xlongequal { \quad } { \quad } C u$$ 为 。 B.电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 (2)若乙装置中溶液的体积为400 mL，起始时 C.向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到 溶液的pH为6， 当外电路中通过0.04 mol电 电解前的状态 子时，溶液的pH约为。 D.标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙 (3)丙装置用于处理含高浓度硫酸钠的废水， 中 Cu 电极质量增加21.6g 并获得硫酸、烧碱和氢气，水分子不能通过膜X 3.(双选)(2024·山东青岛高二期中)下列装置 和膜 $$Y _ { 0 }$$ 膜X为(填“阳离子”或“阴 由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水 离子”) 交换膜。当外电路中通过0.04 mol电 中乙二胺 $$\left[ H _ { 2 } N \left( C H _ { 2 } \right) _ { 2 } N H _ { 2 } \right]$$ ]氧化为环境友好 子时，中间 $$N a _ { 2 } S O _ { 4 }$$ 废水的质量改变了g。 物质形成的化学电源。当电池工作时，下列 (4)丁装置工作中发生反应的化学方程式为 说法正确的是 。 () 第1章黑白题031粗铜作阳极X.纯铜作阴极Y,碗酸铜溶液作电解质溶液,故C错误; 压轴挑战 电工业中.阴极Y是待金属,阳极X是层金属.故D错误 ,通电2NaoH+H.+C1。fa②阳③4V 3.B 解析;阴离子氢氧根离子向a极移动,故a极为电解池的阳极,发 7.(1)①2NaCl+2H.0 生氧化反应生成氧气.A错误;b极的电极反应式为2H,042e (2)正极 0+4e+2H.0--40H(3)①0+2N.0+4e- -H.1+20H,B正确;去除透气膜,海水中氢离子在阳极发生氧 4N0: ②66.7 化反应,故a极发生的电极反应发生变化,C错误;电解池工作时,溶 解析:(1)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaC1+2Hgo通电 剂水不断通过透气膜进入a.b两极发生反应,海水侧的离子浓度理 2NaOH+H。1+C1。^.阳极为氢离子失去电子生成氧气,故a口逸出 论上逐渐增大,D错误 氢气,为避免氢氧根离子移向阳极与氢气反应,故需选择使用阳离子 4.AD 解析:FeCl。具有强氧化性,反应池中FeCl.溶液氧化H.s生 交换膜。电解产生71gCl..理论上阳极室有2mol氢离子转化为氢 成S单质,发生的反应为2FeCl.+H,S--2FeCl.+2HCl+S1.反应池 气,同时2mol'移向阴极,故共减少离子数为4V.。(2)电极A附 中溶液M转移到电解池左池,由图可知.电解池左池产生Fe”,右池 近氢离子失去电子被氧化为氢气,作阳极,应与电源正极相连。电极 中NO;转化为氢气,即左池中Fe*失电子生成Fe”,右池中NO0发 B附近氧气得电子转化为0H,电极反应式为0.+4e+2H.0 生得电子的还原反应,则左池a极为阳极,有池上极为阴极,阳极反 40H。(3)①石墨IlI为电池的正极,得电子转化为NO.附近发生的 应式为F”-Fe”,阴极反应式为2N0+10 +12H' 电极反应式为0+2N0+4e--4NO。②阴极的电极反应式 6H.04N。。由b电极上反应可知.NO;发生得电子的还原反应 为Ag'+e -Ag.电路转移0.3mol电子,理论上产生Ag的质量为 则电极b为阴极.电极a为阳极,A正确;溶液M为吸收H.S气体后 0.3 molx108g·mol-1=32.4g.实际得到21.6g Ag.则该电解池的电 的FeCl.溶液,发生的反应为2FeCl,+H.s--2FeCl.+2HCl+S1. FeCI.是氧化剂.S是氧化产物,则氧化性:Fe S.B错误;离子交换 膜为质子交换膜,则b极电解质溶液呈酸性,电极反应式为2NO+ 专题突破3 “隔膜”在电化学装置中的应用 10e +12H*--6H.0+N.1.C错误;电极b为阴极.电极反应式 为2N0+10e+12H 6H.0+N.1,反应消耗H生成水,溶液的 酸性减弱.c(H')减小,D正确。 5.B 解析:由图可知,该装置为电解池,石墨电极为阳极,水在阳极失 答案 去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H,0-4e -0.1+4H',1室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数,放电生成 1. C 解析:碱性环境中,氧气在正极发生还原反应生成氢氧根离子, 的氢离子通过阳离子交换膜由I室向II室移动,钻电极为阴极,钻离 因此正极附近的pH增大,故A错误;消耗1mol0.时,转移4mol电 子在阴极得到电子发生还原反应生成钴,电极反应式为Co{→+2e 子,有4molNa'由甲向乙栖迁移,故B错误;燃料电池的负极发生 --Co,II室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数,氢离子通过阴离子 氧化反应,负极燃料耕发生氧化反应,朋中的N元素的化合价由-2 交换膜由III室向II室移动,电解总反应的离子方程式为2Co2*42H.0 价升高到0价.喊性电池中.其电极反应式应为N.H.+40H-4e 通也2Co40。^+4H'。电解池的阳极电势高于电解池的阴极,即阳极 --N.f+4H.0.故C正确;若去掉阳离子交换膜后,耕会与水中溶 解的氧气直接接触,发生爆炸而无法正常工作,故D错误。 的石墨电极电势高于钴电极(阴极).A错误:由分析知.II室中 2.D 解析:根据图示,放电时Zn变为[Zn(OH)],发生氧化反应 Co*t2。 Co.氢离子通过阴离子交换膜由II室向II室移动.当外 电极为负极,则充电时电极为阴极,阴极的电极反应为 电路每通过1mol电子时,有0.5mol Co2*和1mol CI脱离III室,故III [Zn(OH)]+2e--Zn+40H,A正确;放电时PbO电极为正 室溶液质量理论上减少0.5molx130g·moll-65g.B正确;移除阳 极,正极反应为PbO.+2e+4H+SO-PbS0+2H.0.B正确;放 离子交换膜后,石墨电极上发生的反应为氧离子失电子生成氧气 电时,PO。电极反应消耗H,则7区域的电解质溶液为H.S0.溶 C错误;1室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数,放电生成的氢离子 液,充电时PbO.电极反应为PlSO.-2e+2H.0-PbO.+4H' 通过阳离子交换膜由I室向I|I室移动,氧离子通过阴离子交换膜由 II室向II室移动,故电解过程中,II室盐酸浓度变大,D错误。 +S0,溶液中e(H)增大,故充电时Z区域溶液的pH减小.C正确; 6.D 解析:由图可知.阳极区Na'通过交换膜m进入浓缩室,故交换 放电时,乙n电极反应为n-2e+40H-[Zn(0H)]2,Pb0.电 膜m为阳离子交换膜,阴极区sO 透过交换膜n进入浓缩室,故交 极反应为Pb0.+2e+4H+S0-PbS0.+2H.0.为平衡XZ区域 换膜n为阴离子交换膜,A错误;电极a为阳极,电极上CI发生氧化 的溶液电荷.同时保证X、Y.Z区域均为单一电解质溶液,则S0 通 反应生成氢气.若电极a改为Cu.则Cu.失电子生成Cu”.也会通过 过N膜移向Y区域,N膜为阴离子交换膜.K通过M膜移向Y区 交换膜m进入浓缩室,故不能达到预期实验目的.B错误;b极为阴 域,M膜为阳离子交换膜,故放电时Y区域K,SO.溶液浓度增大. 极,电极上Cu*发生还原反应生成Cu.发生的电极反应式为 D错误。 Cu+2e--Cu.C错误;若浓缩室得到0.5 L0.5 mol·L-Na. so 3.D 解析:从图中可以看出.M极区制得NaOH溶液,N极区制 溶液,则有0.5 mol·L x0.5 L-0.1 mol·L-x0.5 L=0.2 mol so进 得H.SO.溶液.则M极为阴极.N极为阳极。在阴极(M&).4H.0+ 4e 40H+2Hf:在阳极(N极).2H.0-4e-0.1+4H' 入浓缩室,电路中有0.4mol电子通过,可析出0.2molCu.其质量为 64g· mol-lx0.2mol=12.8g.D正确。 则Na*透过膜a进入阴极区,膜a为阳膜;SO从左侧透过膜b进入 技巧点拨 右侧,膜b为阴膜;水电离出的H'从双极膜c进入左侧,膜c为阳 膜;水电离出的OH通过膜d从左侧进入右侧.膜d为阴膜;Na透过 此类题型中出现的离子交换膜一般为阳离子交换膜,阴离子交换膜 膜e从右侧进入左侧,膜e为阳膜;SO从左侧透过膜(进入右侧. 和质子交换膜,其作用是使对应的离子单向通过,从而隔离可能发 膜f为阴膜。所以在M极区及膜a与膜e之间的区域制得NaOH溶 生反应的物质或获得指定的产物。解题步骤:①分清交换膜类型 液;在N极区及膜b与膜e之间的区域,制得H.SO.溶液。在电解池 确定允许通过的离子种类;②分析电解池的工作原理,写出电极反 中,阳极的电势高于阴极,则电势:N电极(阳极)>M电极(阴 应式,判断交换膜两侧离子变化情况,根据电荷守恒判断离子迁移 极),A错误;由分析可知,双极膜e输出H',膜a.膜e为阳离子交换 的方向;③根据以上分析,判断交换膜的作用。 膜,B错误;N极为阳极,水失电子生成0,和H',电极反应式 为2H.0-4e--0.f+4H'.C错误;当电路中转移1mole时,N极 正本参考答案 黑白题11 区,膜b与膜c之间的区域各制得0.5molH.S0.溶液。整套装置将 质Na.$0.的质量为0.02molx142g·moll=2.84g。(4)T装置中 制得1mol H.so..D正确。 Fe与丙装置中阴极相连,Fe为阳极,比Cl更容易失去电子,Fe质量 4.D 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. 减少,水得电子生成氢氧根离子和氢气,二价铁离子与氢氧根离子结 溶液中的N向阴极移动.与双极膜提供的氢氧根离子结合,出口2 合形成Fe(OH)。,丁装置工作中发生反应的化学方程式为Fe+2H.0 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. 通电fe(oH):+H:f。 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,纳离子不能通过双极膜,故出 第3节) 强化提优练 口5不是疏酸.B错误;结合选项B.Br 不会从盐室最终进人阳极液 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 题号123456 _H,D正确。 答案BC D DBDAC 专题突破4 突破电化学中多池串联装置 1.B 解析:电解稀盐酸溶液,两极上分别为C)和H'放电,两极气体体 在题化练 积之比是1:1.A不符合题意;电解稀疏酸,两极上分别为0H和H 题号123 放电,消耗水,H'浓度增大,溶液的pH变小,B符合题意;电解CuSO 溶液,阴极析出铜,如时间较少,没有气体放出,C不符合题意;电解 答案 DC BC 硝酸钾溶液,两极上分别为OH”和H放电,消耗水,溶液呈中性,pH 1.D 解析:A1的金属活动性最强,则A1优先失电子,电极I为负极, 不变,D不符合题意。 电极II为正极:丙为电解池,电极I为阳极.电极IV为阴极。A1从电 2. C 解析:以阴极Fe和阳极C为电极,电解氧化钾溶液,电解反应式 为2KCI+2H.o2KoH+H.f+Cl.f,通入HC1可恢复电解前的 极1失电子流向电极IV.所以电流方向:电极IV→电极1.A不正确 电极1为负极,盐桥中的阳离子(K)向正极移动,阴离子向负极移 状态,故A错误:以阳极P和阴极Cu为电极.电解磕酸铜溶液,电 动,B不正确;由分析知,电极II为阳极,电极反应式为Cu-2 解反应式为2Cus0.+21.o通也2Ca+0.1+2H.s0.,需要加入氧化 Cu*.C不正确;乙池中Cu”在电极IlI得电子生成Cu.c(Cu')减小; 丙池中,电极I中发生反应Cu-2e -Cu*.电极IV中发生反应 铜或碳酸铜恢复电解前的状态,故B错误;以C为电极,电解疏酸。 Cu+2eCu.所以溶液中e(Ca”)不变.D正确。 阳极上氢氧根离子放电,阴极上氢离子放电,相当于电解水,通电一 2.C 解析:该装置外接电源,为电解池装置,通电片刻即发现乙装置左 段时间后仍为碗酸溶液,可以加水让溶液恢复电解前的状态,故 侧电极表面出现红色固体,说明发生反应:Cu**+2c”-Cn.A正确; C正确;以阳极Ag和阴极Fe为电极,电解AgNO,溶液,阳极银放电. 乙装置左侧电极为电解池阴极,右侧为阳极;电源左侧为负极,右侧 阴极银离子放电,相当于电银,通电一段时间后仍为AgNO,溶液。 为正极;在丙装置中阳极发生失电子反应,阳极电极反应式为Ag-e 且浓度不变,不需要加AgN0.晶体恢复电解前的状态,故D错误。 Ag'.阴极电极反应式为Ag+e一A.所以电解过程中丙中落 3.D 解析:图中石墨A中→..魏元素的化合价升高,发生氧化反 液酸碱性无变化.B正确:甲装置中阳极电极反应为2C-2e- 应,A为阳极;石墨B中CH,OH→CH.O+D.其中C.0元素化合 Cl. 1.阴极电极反应为2H,0+2e-H.f+20H,相当于从溶液 价不变,而B为阴极,则H元素化合价应该降低,则D为H.。由分 中逸出HCl气体,若加入盐酸,则多加入了水,会导致KCl溶液浓度 。一 减小.C错误;标准状况下当甲中产生4.481.气体时,两极各产生 析可知,选项A.B正确;由图可知反应①的方程式为 0.1mol气体,转移电子数0.2mol.丙中Cu电极上银离子得电子产生 银单质,转移0.2mol电子时有0.2molAg生成,则Cu电极增重 21.6g.D正确 +I.C正确;由图可知.参加反应的为、CHOH.2-丁配 3.BC 解析:电子不能通过溶液,A错误;根据题给信息知,甲图中装置 # 是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,铜是阳极,铁 是阴极,B正确;乙装置是在铁上键铜,阳极电极反应式为Cu-2e ).化学方程式为 __Cu”.阴极电极反应式为C+2e”-Cu.相当于阳极上的Ca 转移到阴极,因此乙中CasO.溶液浓度基本保持不变,C正确; CHo+H.1.D错误 H.N(CH.)、NH.在负极M上失电子发生氧化反应.生成氮气.二氧 4.D 解析;二氧化磕被氧化为疏酸根离子,所以二氧化碗所在的区为 化碳和水,电极反应式为HN(CH).NH。+4H.0-16e* 阳极区,阳极与电源正极a相连,则b为电源负极,A错误;将装置中 2C0.f+N.f+16H.D错误 的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,阴极变为氢离子得电子,阳极变 4.(1)正 N.H-4e+40H-N1+4H0 (2)1 (3)阴离子 为亚磕酸氢根离子失电子,电极反应式发生改变,B错误;阳离子交 2.84(4)Fe+2H.ofe(oH):H. 换膜只允许阳离子通过,电解时,阳离子移向阴极,所以H由阳极室 解析:(1)正极发生还原反应.负极发生氧化反应,甲装置中C.电极 通过阳离子交换膜移动到阴极室,C错误;阳极的电极反应式 为s0.+2H.0-2e--s0+4H'.D正确。 上氧气得电子为正极;C.电极中N.H.失电子产生氮气.电极反应式 5. BD 解析:电解时.阳极Zn.Fe、Ni失去电子.发生氧化反应,A错 为N.H.-4e+40H-N.f+4H.0。(2)乙装置发生的反应为 4AgNO.t2H.o通也4Ag 140. +4HNO.当外电路中通过0.04 mol 误;电解过程中阳极失电子的有Ni.Fe、Zn.阴极析出的是锦,依 据电子守恒,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,B正确; 04_. 电子时,反应生成0.04molHNO..原溶液中c(H')= 电解后,溶液中存在的阳离子有H'、Fe②*Zn*、Ni},C错误;粗 锦中含有少量Fe.Zn.Cu、Pt等杂质做阳极,铜和铀不失电子.沉 10-^mol·1-1~0.1mol·L-1.故溶液的pH约为1.(3)丙装置中. 降电解池底部形成阳极泥,故电解后电解橹底部的阳极泥中有 C.电极为阳极,阳极上有0。产生;C.电极为阴极,阴极上有H.产 Cu和Pt.D正确。 生。中间Na.SO.废水中的sO 通过膜X向阳极区移动.Na'通过 6.AC 解析;由题可知,充电时Ti0.光电极受光激发产生电子和空穴. 膜Y向阴极区移动,故膜X为阴离子交换膜,膜Y为阳离子交换膜; 空穴作用下Nal转化为Nal.则TiO.光电极为阳极,电极M为阴极 当外电路中通过0.04mol电子时,中间Na.s0.废水中减少溶 放电时,电极N为正极,电极M为负极。放电时,电极N为正极,正 选择性必修第一册·LK 黑白题12