专题1 专题提优4 原电池、电解池的串联应用-【学霸题中题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(苏教版2019)

专题提优4原电池、电解池的串联应用 1.相同金属在不同浓度盐溶液中可形成浓差电 D.乙中右侧电极反应式：Cu2+2e=Cu 池。如下图所示装置是利用浓差电池电 3.(2024·江苏宿迁高二检测)研究微生物燃料 解NaS0,溶液(a、b电极均为石墨电极)，可 电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污 以制得O2、H2、H,SO,和NaOH。下列说法 水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含 不正确的是 硫废水并电解制备KO:的原理如图所示，下 列说法正确的是 ( Cu() 光照 b:I 溶液 0,窗 2 L2.5 mol-L 2 L0.5 mol-L 离子交换膜 电 )浮液 CuS0溶液 光合菌 P 阴离 交换膜 H.0 茵N F5,KOHKOH+I,b A.a电极的电极反应式为2H,0+2e 质子文涣膜 阿离子交换模 —H2↑+20H A.光照强度大小不影响KIO,的制备速率 B.电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反 B.右侧电池中K通过阳离子交换膜从P极 应式为Cu2+2e=Cu 移向Q极 C.c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳 C.电极N处发生电极反应：S-6e+4H,0 离子交换膜 =S0片+8H D.电池从开始工作到停止放电，电解池理论 D.不考虑损耗，电路中每消耗1mol0,理论 上可制得160 g NaOH 上Q极可制得342.4gKI0 2.(双选)(2024·江苏苏州高二检测)在如图串 4.利用CH,燃料电池电解制备Ca(H,P0,)2并 联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极 得到副产物NaOH、H2、Cl2,装置如图所示。 表面出现红色固体，则下列说法正确的是 下列说法不正确的是 ( ( 电源 A膜 .0 B膜 (C模 石墨 石墨 0 CaCI (aII,P),下aIP) NaOI 浓溶 稀深液 浓溶液 烯溶 甲 液 液 CuS(液 Ag(济液 a极电解质h极 阳极堂 产品室 原林室 阴极 甲 A.当丙中Cu电极质量增加21.6g,甲中共产 A.a极反应：CH,-8e+402 =C0,+2H0 生4.48L气体 B.A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子 B.电解过程中丙中溶液电解质溶液的浓度 交换膜 不变 C.可用铁电极替换阴极的石墨电极 C.向甲中加人适量的盐酸，可使溶液恢复到 D.a极上通入2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少 电解前的状态 0.4 mol 选择性必修第一册·SJ学霸030 5.如下图所示，甲是一种利用微生物将废水中 (填“c极”或“d极”)，d极上的电极 的尿素(H,NCONH2)的化学能直接转化为电 反应式为 能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此 (2)若电解池工作时，a、b、c、d电极均有气体 装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是 产生，且只有a极产生的是黄绿色气体，则A 槽选择的溶液为 (填标号，下同)，B 槽选择的溶液为 ,闭合的开关 纸生勤 是 ,相同时间内，a、c电极上产生气 体的体积（相同状况）之比为 (3)若A槽选择500mL2mol·LAgN03溶 A.乙装置中溶液颜色会变浅 液，B槽选择500mL2mol·LCuS0,溶液， B.铁电极应与X相连接 闭合开关K,则析出固体的电极是 C.M电极反应式：H,NCONH,+H,0+6e= 7.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材 C02↑+N2↑+6H 料，两电极上分别通入CH和0，电解质溶液 D.当N电极消耗0.25mol气体时，铜电极质 为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料 量减少16g 电池串联后作为电源，进行电解饱和氯化钠 6.用如图所示装置做电解实验，a、b、c、d均为铂 溶液实验，如图所示，回答下列问题： 电极，A槽与B槽选择的溶液足量但不同，可 供选择的电解质溶液有： ①500mL2mol·L1CuS0,溶液 KOH溶液 KOH溶液 ②500mL2mol·L.-NaC1溶液 aC1饱和落液 ③500mL2mol·L-Na,S0,溶液 (1)闭合K开关后，U形管中a,b电极上均有 ④500mL2mol·L.AgN01溶液 气体产生，其中a电极上得到的物质 是 ,往b电极处的溶液滴人酚酞溶液， ⑤500mL2mol·LCuCl.2溶液 能观察到 (2)电解氯化钠溶液的总化学方程式为 (3)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应式分 B 别为 (1)若A槽选择500mL2mol·L CuCl2溶 (4)若每个电池甲烷通入量为2.24L(标准状 液，B槽选择500mL2mol·L1CuS0,溶液， 况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电 闭合开关K2,则b极为 (填“阴极” 子的总物质的量为 最多能产生的 或“阳极”)，与a极现象相同的电极为 氯气体积为 L(标准状况)。 专题1学霸0312)进人阳极室，故膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜，故 电，溶液中Cu浓度变为15mwd·L,正极上析出C:的物质的量为 C错误；1.2L(标准我况)H2的物质的量为0.5m,当阴极放出 (G)=(2.5-l.5)mol·L1×2L=2mol.正极反应式为Cu2+2e 0.5molH2时，转移电子1l,阳极室会产生1lH”,但是由于进 Cu,阴极反应式为4H20+4e一2H2↑+40H,根据电子守 人阳极室的H,PO正.HPO子电荷不同.总物质的量只能在0.5-1d 恒有Cu~2e~2NaOH,电解池理论上生成NaOH的物质的量 之闻.回收HP0,质量小于98g.D错误 n(NOH)=2n(Cu)=4mol,则m(NnOH)=aM=4ml× 5,C解析：根据图示，阳极氨气尖电子生成氨气.电极反应式为 40g·w1=160g.D正确 2NH,-6e+60H一N2+6H,0.A项正确：a电极发生还原反应，8 2,BD解析：通电片刻发现乙装置左侧电极表而出现红色固体，则红 是阴极，山是阳极，阴离子由阴极移向阳极，O州由a电极通过交换膜 色固体为C.即乙装置左侧为阴极，右侧为阳极：甲装置中，左侧为 迁移向b电极.B项正确：阴极发生反应：2H20+2e一H,↑+ 阴极，右侧为阳极：丙装置中，左侧为阴极，右侧为阳极。当丙中C 2OH,电解一段时间后.阴极区的H增大.C项错误：阴极发生反 电极质量增加21.6g.电路中转移电子， 108g·mr7=0.2mml,甲中 21.6g 应：2H,0+2eH,↑+20H,当电路中转移1mol电子时，理论上 可生成高纯氢气112L(标准状况)，D项正确 产生C,0.1ml和H20.1mol,标准状况下体积为4.48L.因为题中 6.D解析：结合题干信息，由题图可知M室会生成硫酸，说明O川放 没有强调“标准状况”，所以气体体积不一定是4.48L,A错误：在 电，电极为阳极，则a为正极b为负极，据此分析解答问题。根据上 丙装置中，阳极反应式为Ag-e一Ag,阴极反应式为Ag+e 述分析，b为电源负极，A顶错误：根据电池的总反应为21+xS 一Ag,所以电解过程中丙中溶液无变化，B正确：甲中阳极生成 山2S,每通过2male需要消耗32xg硫，B项惜误：N室中石为 C,,阴极生成H,相当于从溶液中逸出HC气体，若向甲中加人适 阴极，氢离子放电，电极反应式为2H+2一H21,C项错误：M室 量的盐酸，则加人了水，溶液浓度或小，不能恢复到电解前的状态 生成硫酸，石墨I为阳极，电解池中阴离子向阳极移动，原料室中 C错误：乙中左则Cu2“放电，电极反应式为Cu2++2e一Cu, 的SO通过阴膜移向M室，D项正确。 D正确。 7.D解析：由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极 3.C解析：石墨电极M处，CO2在光合菌，光照条件下转化为02.0 为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳 在M极放电生成HO.发生还原反应，则M为正极，正极电极反应 极上H0放电生成O2和，阴极上H0放电生成H和O川：H 式为02+4e+4H'一2H,0.N极为负极，硫氧化菌将Fes,氧化 透过e,C透过b,二者在b,c之间的圆室形成盐酸，盐酸浓度变大， 为S,硫再放电生成S0好，负极电极反应式为S-6e+4H20 所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜：Na透过a,NaOH的 SO+8H”,H通过质子交换取由右室移向左室：铂电极P为 浓度变大，所以是阳离子交赖限，故AB两项均错误：电解一段时 阴极，铂电极Q为阳极，阴极反应式为2H,0+2®一H2↑+ 间后，I室中的溶液的e(OH)升高.pH升高，室中为NC1溶液.pH 20H,阳极反应式为2+120H-10e一2I05+6H,0.阴极生成 不变，Ⅲ室中有HC生成，故(H)增大，pH减小，V室中H移向Ⅲ 氢氧根离子，而阳极生成的O比消耗的O州少，溶液中K通过 室，H0放电生成O2,使水的量减小，c(H)增大.H减小，C错误 阳离子交换膜从Q极移向P极，据此分析解答。光照强度大小影 8.阴用H,50.N0H2N,S0,+6H,0道电4N0H+2H,S0,+ 响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KO的制 备速率，A项错误：铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢 2H,↑+02↑ 氧根离子，面阳极生成的O;比消耗的O旧少，溶液中K通过阳 解析：电解阳时，阳离子会移向阴极，阴离子会移向阳极，加人的硫酸钠 离子交换膜从Q极移向P极，B项错误：N极为负极，硫氧化菌将 溶液电离生成的N:则会通过阳离子交换膜进入阴极室，所以目是 FS,氧化为S,硫再放电生成S0,负极电极反应式为S-6e+ 阳离子交换膜，面S0则会通过阴离子交换膜进入到阳极室，所 以m是阴离子交换膜，根据电解时离子的放电顺序，阳极失电子能 4H20一S0片+8H,C项正确：若不考虑损耗.电路中每消耗 力：0>SO子，故从A口出的产品是H,S0,又由于阴极得电子能 1mol02,转移电子为4mwl,阳极反应式为12+120川-10e 力：H>飞a”.故从D口出的产品是NOH。综上所述，电解硫酸钠溶 205+6H,0,期生波K0,的物质的量为4m×5=0.8mm,理论 液的总反应方程式为2Xa,S0,+6,0酒电4Na0H+2H,S0,+2H,t+ 上Q极可制得KI0,的质量为0.8ml×214g·m=171.2g, 02↑ D项错误。 专题提优4原电池、电解池的串联应用 4.D解析：不知道气体所处的温度和压强，所以无法计算甲烷的物 质的量，D错误。 1.C解析：浓差电池中.左侧溶液中C2浓度大，离子的氧化性强，所 5.B解析：由图甲O2生成H0,可知N为正极.M为负极：图乙为电 以C(1)电极为正极，电极上发生得电子的还原反应，电极反应式 镀装置，铁作阴极，与电源负极相连。乙装置为电镀装置，电镀液 为C2”+2e一Cu。Cm(2)电极为负极，电极反应式为Cu-2e 的浓度不变，因此溶液的颜色不变，A情误：电镀时，待镀金属作阴 C2“,电解槽中a电极为阴极，b电极为阳极。阳极上水失电子 极，与电源负极相连，则铁电极与X相连接，B正确：尿素失电子生 生成0，和H,电极反应式为2H,0-4e0,↑+4H:阴极上水发 成C0,和N,,碳元素化合价没有变化，1尿素失去6w电子， 生得电子的还原反应生成H,电极反应式为2H,0+2一H,↑+ 所以M电极反应式为H2 NCONH2+H2O-6eCO2↑+N2↑+ 2OH,则钠离子通过离子交换膜c生成NOH,e为阳离子交换职， 6H,C错误：根据N电极反应式：02+4H+4e一2H,0,铜电极 硫酸根通过高子交换膜d生成硫酸，d为阴离子交换膜。电解槽中a 反应式：Cu-2eC:,由各电极上转移的电子数相等，可得关 电极为阴极，水得电子发生还原反应生成H,其电极反应式为 系式：02~2Cu,则N电极消耗0,25mdl氧气时，铜电极质量或少 2H0+2一H2↑+20H,A正确：浓差电泡中，C(1)电极为正 0.25mol×2×64g·ml'=32g,D错误。 极，正极上Cu2“得电子生成C,其电极反应式为C“+2e一Cu, 6.(1)阳极e极2H,0-4e=021+4H(2)②)K B正确：a极附近生成NaO川H,b极附近生成HS0,所以钠离子通过 2:1(3)b极.d极 离子交换膜e生成NOH,e为阳离子交换膜：硫酸根通过高子交换 解析：电解池中，与电源正极相连的电极是阳极与电源负极相连 膜d生成硫酸，d为阴离子交换膜，C错误：电池从开始工作到停止放 的电极是阴极，阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应：在惰 选择性必修第一册·SJ学霸12 性电极上，各种商子的放电顺序：阴极（李电子的能力）：Ag> 2H,0-4e02↑+4H知.产生0.01ml的氧气转移0.04mwl电 C”>H',阳极（失电子的能力）：C>0H>含氧酸根.据此同答 子，则根据Cm2+2e一Cu可推出应析出0.02mol的铜.其质量 (1)若A惜选择500mL2mol·L CuCl2溶液，B槽选择500mL 为1.28g 2l·L-1CSO,溶液，闭合开关K,则a极与电源的负极相连为 4.A解析：氯碱工业中，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极附近 阴极，b极为阳极，d极与电源的正极相连为阳极，©极为阴极，阴极 能到氢氧化钠.即Y附近得到氢氧化钠，故A正确：铜的精炼中，粗 削离子得电子被还原变成削.因此电极上析出紫红色的金属，则与 铜作阳极(X),纯铜作阴极(Y),硫酸铜溶液作电解质溶液，放B错 :极现象相同的电极为心极，d极上水提供的氢氧根失去电予被氧 误：电镀工业中，Y是待镀金属，X是镀层金属.故C错误：外加电 化产生氧气.电极反应式为2H20-4:一02↑+4H”。(2)若电 流的阴极保护法中，阴极是待保护金属，即Y是待保护金属，故 解池工作时，b.心，d电极均有气体产生，且只有a极产生的是黄 D错误 绿色气体即氯气，则a极氯离子被氧化为氯气，极金属离子不放 5.A解析：“粗能”中含有的杂质主要是Ph,通过熔盐电解精炼可 电，产生的只能是氢气，电极反应为2H10+2一H2↑+20H, 达到除杂的目的.电解后，阳极底部留下的为精经。电解精炼时 则A情选择的溶液为食盐水，标号为②：B槽产生的气体分别为氢 粗经作阳极，阴极上发生还原反应，电极反应式为P%2+2 气和氧气，e电极上产生氧气，d电极上产生氢气、相当于电解水， P%,A错误：电解精炼时，粗作阳极，阳极上发生氧化反应，电极 则选择的溶液为硫酸钠溶液，标号为3：a极为阳极，与电源的正极 反应式为P%-2e一P2,B正确：电解过程中，阴极电极反应为 相连，则闭合的开关是K,,电解池工作时电极上的电子数守恒，存 P%2++2e—%.阳极电极反应为H-2e—Pb2+.故电解液中 在关系式：2C1,-4e-02,则相同时间内，a,e电极上产生气体即氯 各离子浓度保持不变，C正确：电解后，电解液中存在的金属阳离 气和氧气的体积（相问找况）之比为2：1。(3)闭合开关K,,则“ 子只有P2+和K,D正确 和e为阳极，b和d为阴极：若A槽选择500mL2ml·L'AgNO、 6.B解析：利用电化学装置将CH和CO,拥合转化生成乙烯，乙烷 溶液，b极银离子得电子被还原成银，B槽选择500ml.2·L- 水和一氧化碳，由原理图可知，X电极上C02C0,C元素化合价 CSO溶液，d极铜离子得电子被还原成铜.则析出固体的电极是 降低，发生还原反应，则X电极为阴极，电解质传导0，Y电极为 b极，d极 阳极.阴极反应式为C02+2一C0+02,阳极Y上生成一定量 7.（1)氯气溶液变红(2)2NaC+2H,0通电C,↑+H,↑+2N0H 的乙烯和乙烷混合气体。由分析可知，X电极为阴极.侧连接阴极 的极为负极，迷项A错误：设生成乙烯和乙烷的物质的量分别为 (3)20,+4H,0+8e—80HCH,+100H-8e—C0片+ 2mol、1d.由碳原子个数守恒可知.甲烷的物质的量为6mol,由 7H20(4)0.8nl8.96 得失电子数目守恒可知，二氧化碳的物质的量为 解析：如题图所示，该研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电 2mol×4+1m×2 源，通入CH:的电极为负极，电极反应式为CH:+1OOH一8e 2 =5m,期相问条件下，消耗甲烷和二氧化碳的 C0片+7H,0:通人02的电极为正极，电极反应式为202+4H20+8 体积比为6：5，选项B正确：阴离子0从阴极电极X传导到阳极 一8OH:闭合K开关后，a电极和通入O,的电极相连，则a电极 电极Y,选项C错误：消耗甲烷但不知生成的是乙烯还是乙烷，无 为阳极，电极反应式为2C-2e一C12↑，b电极和通人CH,的 法计算转移电子数，选项D错误。 电极相连，则b电极为阴极，电极反应式为2H0+2:一20川+ 7.B解析：无论是否鼓入空气，F:易失电子生成亚铁离子而作负极 H2↑。(1)由分析可知，a电极为阳极，b电极为阴极，闭合K开关 电极反应式为Fe-2e一Fe2,A错误：装置为利用原电池原理处 后，a电极土得到的物质是C,,b电极上得到的物质是NOH和 理酸性污水，不鼓人空气时，正极上可得到强还原性的H·(氢原 H2,往b电极处的溶液滴人酚陆溶液，能观察到b电极附近的溶液 子)，则电极反应为氢离子得到电子发生还原反应生成氢原子： 变红。(2)电解氯化钠溶液的总化学方程式为2八aC+2H,0通电 H+e—H·,B正确：若上端开口打开，并鼓人空气，氧得到电子 发生还原反应，可得到强氧化性的·0H(羟基自由基)，0，+2+ Cl↑+H2「+2Na0H。(3)由分析可知，甲烷燃料电池中，通人0 2H一2·OH,每生成1l·OH有1m电子发生转移，C错 的电极为正极，电极反应式为202+4H0+8e一80H,通人CH 误：草酸有强还原性，则会和氧化性的羟基自由基反应，故应将上 的电极为负极，电极反应式为CH+100HF-8e一C0防+7H,0。 端开口打开，并鼓人空气.以得到强氧化性的·OH.D错误 (4)标准状况下，2.24L甲烷的物质的量为0.1mol.根据电极反应 B.B解析：由图可知，该装置为电解池，石墨电极为用极，水在阳极 式可知，0.1l甲烷完全反应，转移0.8mo电子，由于两个甲烷燃 失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H20- 料电池申联后作为电源，故理论上通过电解池的电子的总物质的 4e一02「+4H,I室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数.放电 量为0.8mol,根据n电极的电极反应式可知.最多能产生C的物 生成的氢离子通过阳离子交换膜由1室向Ⅱ室移动.结电极为朝 质的量为0.4m@l,其标准状况下的体积为8.96L 极结离子在阴极得到电子发生还原反应生成钻，电极反应式为 第二单元综合练习 C,2+2e一C0.Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数.氯离子 通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动.电解的总反应的离子方程 1.D解析：电解稀硫酸，实质是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶 液体积减小，浓度增大，A项错误：电解稀飞OH溶液，实质是电解 式为20C2+2H,0通电2C0+0,1+4H.放电生成的氢离子道过 水，NOH溶液浓度增大，B项错误：电解Na,SO,溶液，实质是电解水， 阳离子交换膜由【室向Ⅱ室移动.使Ⅱ室中氢离子浓度增 故在阴极析出H2,阳极析出O,两者的物质的量之比为2：1.C项错 大，A项精误：电解总反应为2C。“+2H,0画电20o+0,↑+4H。 误：电解CuC,溶液时，阴极反应式为Cu2+2e一Cu,阳极反应式为 B项正确：若移除离子交换膜.氯离子的放电能力强于水，氯离子 2C-2e一Cd2↑，C和CQ2的物质的量之比为1；1，D项正确。 会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，石墨电极的电极反应 2.C解析：由电池反应可知，铁作负极，铁失去电子发生氧化反应。 会发生变化，C项错误：由分析可知，阴极生成2w钴，阳极有 C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌作负极，发生氧化反应，与电 2mol水放电.则1室溶液质量减少36g,D项错误。 池反应不符 9.B解析：打开K,关闭K,形成原电池，左侧M电极作负极，右 3.B解析：用惰性电极电解硫酸铜溶液，阳极产生的气体为氧气，由 侧N电极为正极，关闭K,,打开K,进行充电，M电极接外加电源的 参考答案学霸13