4.2 专题突破11-12 “隔膜在电化学装置中的应用&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(人教版2019)

专题突破11“隔膜”在电化学装置中的应用 黑题 专题强化练 限时：20min 1.(2023·吉林长春高二期末)肼(N2H)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 ( 直流电源 A.电池工作时，正 a 膜d 筷e赅 (02 极附近的pH N.II 减小 NaOH 甲槽：乙槽 -NaOH B.当消耗1molO, 附离子交换膜 时，有2 mol Na"由甲槽向乙槽迁移 稀M(H Na So: TI,() 下a50.稀硫酸 C.负极反应式为40H+N,H,-4e 溶液 溶液 落液 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-PbO2二次电池，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 或子交换服 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 电 移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 K.SO. 下H,O落渡猴环液Nbr溶液循坏液NS),滨液 溶液 阴 A.充电时，阴极反应式为[Zn(OH).]2+2e 阴被液 极膜 交换室 子交换膜 子交 交换室2 =Zn+40H 膜 B.放电时，正极反应式为Pb02+2e+ 水层 水层 出口1 山口2 出口3 出口4 出口5 4H+s02=PbS0,+2H,0 下列说法正确的是 C.Z区域的电解质溶液为H,S0,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一H2↑ 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，RJ黑白题122 专题突破12突破电化学中多池串联装置 黑题专题强化练 限时：20min 1.(2023·辽宁本溪高二期末)电极I为A1,电 A.当电路中转移1mole时，阳极室溶液质量 极Ⅱ、V为石墨，电极Ⅲ为铜，盐桥中含KCl, 减少9g 下列说法正确的是 ( ) B.离子交换膜应选用阳离子交换膜 A.电流方向：电极I C.若每个电池甲烷通人量均为5.6L(标准状 →电极N B.盐桥中的K向电 况)且反应完全，则理论上最多能获 极I作定向移动 得2 mol NC(CH2),CN C.电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu+2e D.与传统有机合成相比，电有机合成法反应 -Cu 条件温和、反应试剂纯净且生产效率高 D.乙池中c(Cu2+)减小，丙池中c(Cu2+)不变 4.(2024·河南周口高二月考)下列装置中，C,~ 2.(2024·福建福州高二月考)在如图串联装置 中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出 C。均为石墨电极，假设各装置在工作过程中 现红色固体。下列说法不正确的是( 溶液的体积不变」 电源 KC落没 CuS0,溶液 AN(),滨没 KOTT溶波 1g小0，溶液 饱和食类水 两 稀HS0: 乙 A.乙中左侧电极反应式为Cu2+2e一Cu (1)甲装置中，C,电极为 (填“正” B.电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C.向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到 “负”“阳”或“阴”)极，C,电极的电极反应式 电解前的状态 为 D.标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙 (2)若乙装置中溶液的体积为400mL,起始时 中Cu电极质量增加21.6g 溶液的pH为6，当外电路中通过0.04mol电 3.(2024·安徽马鞍山高二月考)用电合成法先 子时，溶液的pH约为 以丙烯为原料制备丙烯腈(CH,一CHCN),再 (3)丙装置用于处理含高浓度硫酸钠的废水， 用丙烯腈电解合成己二腈[NC(CH2),CN]。 某研究小组利用如图所示两个甲烷燃料电池 并获得硫酸、烧碱和氢气，水分子不能通过膜X 串联后作为电源电解合成己二腈，下列有关 和膜Y。膜X为 (填“阳离子”或“阴 说法不正确的是 离子”)交换膜。当外电路中通过0.04mol电 子时，中间Na,SO.废水的质量改变了 8。 高子交换 NC(CHJ.CN 石墨电板 (4)丁装置工作中发生反应的化学方程式为 6 KQH溶液 KOTI落液 硫酸 第四章黑白题123浓度越大，溶液的导电性越强，若污水中离子浓度较小，导电能力较 极，电极上C发生还原反应生成C,发生的电极反应式为 差，可加人适量的Na,SO,来增强溶液导电性，D正确 Cu2+2eCu,C错误：若浓第室得到0.5L0.5mol·L1Na,S0 黑题 应用提优 溶液.则有0.5ml·L-1×0.5L-0.1mdl·L-'×0.5L=0.2molS0进 题号1234567 人浓箱室，电路中有0.4m心l电子通过，可析出0.2 mol Cu,其质量为 64g·mm×0.2mol=12.8g.D正确 答案DBBBCDD 四技巧点拨 1.D解析：由电解方程式可知，电解过程中，阳极上氢氧根离子放电 此类题型中出现的离子交换模一般为阳离子交换膜、阴离子交 生成氧气和水，电极反应式为40H-4e°一2H,0+0,↑，A项错 换燕和质子交换膜，其作用是使对应的离子单向通过，从而隔离可 误：钠的熔，沸点低，高温时生成Na蒸气，Na蒸气挥发有利于反应正 能发生反应的物质发获褥指定的产物。解题步骤：①分清交换膜类 向移动.但Na的还原性大于Fe,B项错误：戴维法生成4mlNa转 型，确定允许通过的离子种类：②分析电解泡的工作原理，写出电极 移4mol电子，但盖·吕的克法生成4 mol Na转移8mml电子，则藏 反应式，判断交换腹两侧离子变化情况，报据电荷守恒判断离子司 推法转移电子总数较少，C项错误，D项正确 移的方向：③报据以上分析，判断交换膜的作用。 2.B解析：该装置的目的是电解情炼Ga,则需要溶液中有Ga,在阴 极被还原生成Ga,所以高纯Ga为阴极，粗G为阳极，由于活泼性： 压轴桃战 Zn>Ga>Fe,所以Zn会先于Ca放电，面Fe,Cu等杂质会形成阳极泥 8.(1)①2NaC+2H,0电警2Na0H+H,t+C,↑。②用34N, 电解精炼时，粗镩作阳极，活泼的锌和镓优先失去电子被氧化溶解， (2)正极02+4e+2H20=40H(3)①02+2N205+4e 杂质中的铁和铜沉积下来形成阳极泥，A正确：镓的化学性质与铝相 4N05266.7 似，具有两性，阳极嫁失去电子，在强碱性溶液中被氧化为G0;,阴 极生成镓的反应为G05+3e+2H20一Ga+40H,B错误：若电压 解析：(1)①电解饱和食盐水的化学方程式为2NaC+2组，0电怒 2NaOH+H,T+CL,1,阳极为氯离子失去电子生成氯气，故a口逸出 过高溶液中的氢离子可能在阴极得到电子生成氧气，从而导致电解 氯气，为避免氢氧根离子移向阳极与氯气反应.故需选择使用阳离子 效率下降，C正确：电流方向与电子流向相反，所以电流由直流电 交换膜。电解产生71gC,理论上阳极室有2d氯离子转化为氯 源正极，经电解泡阳极一→电解质溶液一→阴极→直流电源负极，D 气.同时2mN移向阴极.故共减少离子数为4N。(2)电极A附 正确 近氯离子失去电子被氧化为氯气，作阳极，应与电源正极相连。电极 四易错提醒 B附近氧气得电子转化为0H,电极反应式为02+4e+2H,0 电子由负极经外电路（导线）到正极，电子不能通过电解质溶 40H。(3)①石墨Ⅱ为电池的正极，得电子转化为N01,附近发生的 液：电流可以通过外电路（导线）和内电路（电解质溶液）。 电极反应式为02+2N,0,+4e一4N0;=②阴极的电极反应式 3.B解析：川惰性电极电解AgNO3溶液.阴极上银离子得电子析出 为Ag+e一Ag.电路转移0.3m电子，理论上产生Ag的质量为 银，阳极上氢氧根离子失电子生成02，即X电极上有02产生， 0.3ml×108g·mo=32.45,实际得到21.6gAg,则该电解池的电 故A错误：氯碱工业中，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液.阴极附近 得到氢氧化钠，即Y附近能得到氢氧化钠，故B正确：铜的精炼中 效率品学四%低7 粗铜作阳极X,纯铜作阴极Y,硫酸铜溶液作电解质溶液，故C错误： 专题突破11“隔膜”在电化学装置中的应用 电镀工业中，阴极Y是待镀金属阳极X是镀层金属.故D错误。 4.B解析：阴离子氢氧根离子向a极移动，故极为电解池的阳极，发 黑题 专頭强化练 生氧化反应生成氧气.A错误：b极的电极反应式为2H0+2e 题号1 234 —H,↑+20H,B正确：去除透气眼，海水中氯离子在阳极发生氧 答案CDDD 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 剂水不新通过透气眼进入，b两极发生反应，海水侧的离子浓度理 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， 论上逐渐增大，D错误。 因此正极附近的pH增大，故A错误：消耗1olO2时，转移4ml电 5.C解析：石墨电极上C转化为C0,失电子发生氧化反应，为阳用 子，有4mNa由甲槽向乙槽迁移，故B错误：燃料电池的负极发生 极，A错误：电极A的电极反应为T02+Si02+8e一T5i+40, 氧化反应，负极燃料肼发生氧化反应，册中的N元素的化合价由-2 B错误：根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于C参与反应， 价升高到0价，碱性电池中.其电极反应式应为N2H1+4OH-4 C正确：电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动， 一N,「+4H,0,故C正确：若去掉阳离子交换膜后，耕会与水中溶 D错误 解的氧气直接接触，发生爆炸而无法正常工作，故D错误 6.D解析：NO:在Y电极得到电子转化为氮气，即Y电极为阴极，X 2.D解析：根据图示，放电时Zm变为[Zn(0H),】,发生氧化反应. 电极为阳极，铅蓄电池bO,极为正极，A正确：Y电极为阴极，发生 Z如电极为负极，则充电时Z如电极为阴极，阴极的电极反应为 还原反应，B正确：阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为 [7n(0H):]产+2e一Zm+40H,A正确：放电时P02电极为正 2H0-4e°一02↑+4H,C正确：由于不能确定参与电极反应 极，正极反应为P02+2e+4H+S0片一PS0,+2H,0,B正确：放 的NO。中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无祛确定.H'迁移 电时，PO2电极反应消耗H”,则Z区域的电解质溶液为HSO4溶 数量无法确定，D情误。 液.充电时P02电极反应为PS0。-2e+2H20=P02+4H 7.D解析：由图可知，阳极区Na通过交赖膜m进人浓缩室，放交换 +S0,溶液中c(H”)增大，故充电时Z区域溶液的pH减小，C正确： 膜m为阳离子交换膜，阴极区SO好透过交换膜n进入浓缩室，故交 放电时，Z电极反应为Zm-2e+40H一[Z(0H),]2,P03电 换膜n为阴离子交换膜，A错误：电极a为阳极，电极上C发生氧化 极反应为Ph0,+2e+4H+S0一PS0+2H,0.为平衡X,乙区域 反应生成氯气.若电极a改为Cu,则C失电子生成C+,也会通过 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 交换膜m进入浓缩室.故不能达到撰期实验目的，B错误：b极为阴 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 正本参考答案黑白题47 域，M膜为阳离子交换膜，故放电时Y区域K,S0溶液浓度增大， 由阳极室向阴极室迁移，B正确：通人甲皖一极的电极反应式为 D错误 CH,-8e+100H一C0片+7H,0,石墨电极b上的电被反应式为 3.D解析：从图中可以看出.M极区制得NOH溶液，N极区制 2CH,=CHCN+2H+2e一NC(CH,),CN.每个电池甲烷通人量 得H,S0,溶液.划M极为阴极，N极为阳极。在阴极(1极)，4H20+ 均为5.6L.(标准状况)且反应完全，则电路中转移电子为2l.理论 4e=40川+2H,↑：在阳极(N极).2H,0-4e=02↑+4H. 上最多能获得1mlNC(CH2),CV,C错误：根据题意，与传统有机 则Na透过膜a进人阴极区，膜a为阳膜：SO从左侧透过膜进入 合成相比，电化学有机合成法反应条件温和，反应试剂钝净且生产效 右侧，膜b为阴膜：水电离出的日从双极膜©进入左侧，膜c为阳 率高，D正确。 膜：水电离出的OH通过膜d从左期进人右侧，膜d为阴膜：Na透过 4.(1)正N,H-4e+40H一N,↑+4H,0(2)1(3)阴离子 膜e从右侧进人左侧，膜：为阳膜：S0子从左侧透过膜f进人右侧， 2.84（4)Fe+2H,0电解Fe(0H)2+H,t 膜f为阴膜。所以在M极区及膜d与膜e之间的区域制得NaOH溶 解析：(1)正极发生还原反应，负极发生氧化反应，甲装置中C2电极 液：在N极区及膜b与膜e之间的区城，制得H,SO,溶液。在电解池 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 中，阳极的电势高于阴极，则电势：N电极（阳极）>M电极（阴 为N,H,-4e+40HF一N2↑+4H,0。(2)乙装置发生的反应为 极)，A错误：由分析可知，双极眼e输出H',膜，膜e为阳离子交换 膜，B错误：N极为阳极，水失电子生成O,和H,电极反应式 4AgN0,+2H,0电解4g+0,t+4HNO,.当外电路中通过0.04ml电 为2H,0-4e一021+4H,C误：当电路中转移1mole时，N极 子时，反应生成0.4mdH0,.原溶液中c()=004m, 0.4L. 区，膜b与膜e之间的区域各制得0.5molH,S0,溶液。整套装置将 10ml·L1✉0.1ml·L',放溶液的pH约为1。(3)丙装置中， 制得1molH,S0,D正确 C电极为阳极，阳极上有O2产生：C,电极为阴极，阴极上有H,产 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。 生。中间NaS0,废水中的S0通过膜X向阳极区移动，Na通过 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 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： 的产物为NOH溶液，A错误；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动， 当外电路中通过0.04电子时，中间Na,S0废水中诚少溶 阴离子向阳极移动.溶液中的B向阳极移动，与双极跟提供的氢离 质Na2S0,的质量为0.02mml×142g·mo1=2.84g。(4)丁装置中， 子结合，故出口4的产物为H溶液，钠离子不能通过双极膜，故出 :与丙装置中阴极相连，Fe为阳极，比C更容易失去电子，e质量 口5不是硫酸，B错误：结合选项B,B不会从盐室最终进人阳极液 减少，水得电子生成氢氧根离子和氢气.二价铁离子与氧氧根离子结 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 合形成F(O加)：，丁装置工作中发生反应的化学方程式为F:+2H20 还原反应，水解离成H和O川，则在阴极处发生的反应为2H+2 一H21,D正确 电解re(OH)2+,↑。 专题突破12 突破电化学中多池串联装置 第二节 强化提优练 黑题 专题强化播 果题 阶段习组 题号12 3 题号12345 答案DCC 答案BCDDB 1,D解析：1的金属活动性最强，则1优先失电子，电极I为负极， 1,B解析：电解稀盐酸溶液，两极上分别为C广和H放电.两极气体体 电极Ⅱ为正极：丙为电解池，电极Ⅲ为阳极，电极W为阴极。1从电 积之比是1：1，A不符合题意：电解稀硫酸，两极上分别为OH厂和H 极【失电子流向电极W,所以电流方向：电极N一→电极I,A不正 放电，消耗水，H浓度增大，溶液的pH变小，B符合题意：电解CSO 确：电极1为负极，盐桥中的阳离子(K)向正极移动，阴高子向负 溶液，阴极析出铜，如时间较少，设有气体放出，C不符合题意：电解 极移动，B不正确；由分析知，电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu-2e 硝酸钾溶液，两极上分别为OH和H放电，消耗水，溶液星中性，p Cm2,C不正确：乙池中C2在电极Ⅱ得电子生成Cu.c(Cu2) 不变，D不符合题意 减小：丙池中，电极围中发生反应C加-2eC2”,电极W中发生反 2.C解析：以阴极F:和阳极C为电极.电解氯化钾溶液，电解反应式 应C2++2eCu,所以溶液中c(C+)不变，D正确。 为2KC+2H,0电2KOH+H,↑+C,t,通人HC可恢复电解前的 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 状态，故A错误：以阳极P凸和阴极C为电极，电解硫酸铜溶液，电 侧电极表面出现红色固体，说明发生反应：C+2eC,A正确： 解反应式为20S04+2H,0电解20u+0,↑+2H,S0.需要加人氧化 乙装置左期电极为电解池阴极，右侧为阳极：电源左侧为负极，右侧 铜或碳酸铜恢复电解前的状态，故B错误：以C为电极，电解硫酸， 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一 阳极上氢氧根离子放电，阴极上氧离子放电，相当于电解水，通电一 一Ag,阴极电极反应式为Ag+一Ag,所以电解过程中丙中溶 段时间后仍为硫酸溶液，可以加水让溶液恢复电解前的状态，故 液酸碱性无变化，B正确：甲装置中阳极电极反应为2C-2:一 C正确：以阳极Ag和阴极Fe为电极，电解AgNO,溶液，阳极银放电， Cl21,阴极电极反应为2H,0+2e=H21+20H,相当于从溶液 阴极银离子放电，相当于电镀银，通电一段时间后仍为AgNO溶液 中逸出HC气体，若加入盐酸.侧多加入了水，会导致KC溶液浓度 且浓度不变，不需要加ANO,晶体恢复电解前的状态，故D错误。 减小，C错误：标准状况下当甲中产生4,48L气体时两极各产生 3.D解析：图中石墨A中厂→2，碘元素的化合价升高，发生氧化反 0.I气体，转移电子数0.2ml,丙中C,电极上银离子得电子产生 应.A为阳极：石墨B中CH,0H→CH,0+D.其中C0元素化合 银单质，转移0.2mal电子时有0.2mlAg生成，则Cu电极增重 价不变，面B为阴极，则H元素化合价应该降低，则D为H,:由分析 21.6g,D正确。 0 3.C解析：阳极的电极反应式为2H20-4一02↑+4H,当电路中 转移1ml。时，生成8g02从溶液中逸出，同时有1mH通过离 可知，选项A,B正确：由图可知反应①的方程式为y+山2一 子交换膜向阴极室迁移，所以阳极室溶液质量共减少9g.A正确：阳 极室产生H°，阴极电极反应式为2CH2=CHCN+2H”+2e +广，C正确：由图可知，参加反应的为厂、CHOH、2-丁 NC(CH,),CN,消耗H,应选用阳离子交换膜使H通过离子交换膜 选择性必修第一册·RJ黑白题48