专题3 选择题突破3.3 电化学中的多室、多池装置（word练习）-【创新教程】2025年高考化学大二轮专题增分方案（多选）

专题精准强化11　电化学中的多室、多池装置 1．(双选)下列装置可分离废水中的Co2＋和Ni2＋。已知Ni2＋和Co2＋性质相似，Co2＋和乙酰丙酮不反应。下列说法不正确的是(　　) A．M电极接太阳能电池的P电极 B．通电一段时间后，Ⅰ、Ⅳ室内溶液pH均减小 C．膜a、膜b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．每生成1 mol SO，理论上双极膜至少解离7 mol H2O 解析：BC　[由题图可知，Q极硫元素失去电子发生氧化反应，为原电池负极，P极氧气得到电子发生还原反应生成水，为正极；由氢离子移动方向可知，N极为阴极，连接原电池负极Q极，则M为阳极，连接原电池正极P极；由分析可知，M电极接太阳能电池的P电极，A正确；根据得失电子守恒，双极膜产生的氢离子与N极消耗的氢离子量相同，故Ⅳ室内溶液pH不会减小，B错误；装置可分离废水中的Co2＋和Ni2＋，由题图可知，Ni2＋、Co2＋通过b膜迁移到Ⅲ室，Ni2＋和乙酰丙酮反应而Co2＋不反应，故b为阳离子交换膜；Ⅲ室为碱性，故氢离子不能通过ab膜进入Ⅲ室，故a为阴离子交换膜，C错误；硫元素化合价由－1变为＋6生成硫酸根离子，SO～7e－，双极膜上水电离出的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，H2O～H＋～e－；根据得失电子守恒可知，每生成1 mol SO，理论上双极膜至少解离7 mol H2O，D正确。] 2．(双选)我国科学家研发了一种用于合成氨的自供电Haber­Bosch反应器(机理如图所示)。该装置工作时，将Zn­NO2水溶液体系电池反应中的产物，通过自供电转换为NH3·H2O，从而在单个设备内完成氮循环中的多个关键转换步骤。 下列说法正确的是(　　) A．b电极为Zn电极 B．放电过程中，负极发生的反应为NO2＋e－===NO C．电解过程中，阴极区溶液的pH逐渐增大 D．理论上，每得到1 mol NH3·H2O，至少需要消耗390 g Zn 解析：CD　[由题干图示信息可知，TiO2电极将NO转化为NH3·H2O可知TiO2电极为阴极，电极反应式为：NO＋7H＋＋6e－===NH3·H2O＋H2O，石墨电极为阳极，电极反应为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故a电极为负极，发生氧化反应，即Zn为负极，电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，b电极为正极，发生还原反应，电极反应式为：NO2＋e－===NO，据此分析解题。A.由分析可知，a电极为Zn电极是负极，故A错误；B.放电过程中，负极发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，故B错误；C.电解过程中，TiO2电极为阴极，电极反应式为：NO＋7H＋＋6e－===NH3·H2O＋H2O，则阴极区溶液的pH逐渐增大，故C正确；D.由于两个a电极串联，理论上，每得到1 mol NH3·H2O，需要转移12 mol电子，即至少需要消耗6 mol Zn，质量为6 mol×65 g/mol＝390 g，故D正确。] 3．(双选)利用如图所示装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]，充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H＋和OH－向两极移动，下列说法错误的是(　　) A．M极的电势低于N极的电势 B．放电时双极膜中OH－向N极移动，充电时双极膜中H＋向N极移动 C．放电时，N极的电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ D．若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态 解析：AD　[由题干图可知，放电时，M电极为原电池的正极，双极膜中氢离子移向正极，酸性条件下过二硫酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成硫酸根离子和水，N电极为负极，水在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，双极膜中的氢氧根离子移向负极中和放电生成的氢离子；充电时，与直流电源正极相连的M电极为电解池的阳极，双极膜中的氢氧根离子移向阳极，碱性条件下硫酸根离子失去电子发生氧化反应生成过二硫酸根离子和水，电极N为阴极，双极膜中氢离子移向阴极，酸性条件下丙烯腈在阴极得到电子发生还原反应生成己二腈。由分析可知，放电时M电极为原电池的正极，N电极为负极，充电时M电极为电解池的阳极，电极N为阴极，则N极的电势低于M极的电势，故A错误；由分析可知，放电时双极膜中的氢氧根离子移向N极中和放电生成的氢离子，充电时双极膜中氢离子移向阴极，故B正确；由分析可知，放电时，N电极为负极，水在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故C正确；由分析可知，电极N为阴极，双极膜中氢离子移向阴极，酸性条件下丙烯腈在阴极得到电子发生还原反应生成己二腈，电极反应式为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN，放电时，N电极为负极，水在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则由得失电子守恒可知，制得1 mol NC(CH2)4CN时，放电使左室溶液恢复至初始状态生成氧气的物质的量为1 mol×＝0.5 mol，故D错误。] 4．(双选)利用钒电池电解制备ClO2的装置如图所示。下列说法中错误的是(　　) A．工作时，b极区溶液由绿色变成紫色 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．生成的H2和NH3的物质的量之比为3∶1 D．当钒电池有2 mol H＋通过质子交换膜时，理论上生成2 mol ClO2 解析：AB　[由题干装置图可知，右侧的电解池中左侧产生H2，电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，该电极为阴极，故与左侧钒电池相连的b电极为负极，电极反应为：V2＋－e－===V3＋，a电极为正极，电极反应为：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，电解池中右侧产生NCl3，电极反应为：NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，NCl3在ClO2发生器中和NaClO2反应生成ClO2和NH3，反应的化学方程式为：3H2O＋NCl3＋6NaClO2===6ClO2＋NH3＋3NaOH＋3NaCl，据此分析解题。由分析可知，工作时，b极区电极反应为：V2＋－e－===V3＋，故溶液由紫色变成绿色，A错误；由分析可知，电解池中阴极电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，阳极的电极反应为：NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，则Cl－由阴极区经离子交换膜进入阳极区，离子交换膜为阴离子交换膜，B错误；由分析可知，生成1 mol H2转移2 mol电子，而生成1 mol NH3转移6 mol电子，根据得失电子守恒可知，生成的H2和NH3的物质的量之比为3∶1，C正确；由分析可知，生成1 mol ClO2转移电子为1 mol，根据得失电子守恒可知，当钒电池有2 mol H＋通过质子交换膜时，理论上生成2 mol ClO2，D正确。] 5．(双选)某化学兴趣小组在三颈烧瓶中模拟雷雨条件下氮气和氧气反应，利用伽伐尼式氧气传感器测量反应过程中O2含量，实验装置、氧气含量及氧气传感器结构如图所示。已知三颈烧瓶高压放电过程中有大量O＋等活性氧产生。下列说法错误的是(　　) A．该传感器工作时Pt电极电势低于Pb电极 B．工作时Pb电极反应为Pb＋2OH－－2e－===PbO＋H2O C．高压放电时，O＋与O2均参与电极反应，导致氧气传感器数值异常增大 D．当空气中存在较多Cl2时，氧气传感器测量数值偏小 解析：AD　[该传感器工作时Pt电极是正极，Pb电极是负极，因此Pt电极电势高于Pb电极，A错误；工作时Pb电极是负极，失去电子转化为PbO，则Pb电极反应为Pb＋2OH－－2e－===PbO＋H2O，B正确；三颈烧瓶高压放电过程中有大量O＋等活性氧产生，从而导致高压放电时，O＋与O2均参与电极反应，因此氧气传感器数值异常增大，C正确；当空气中存在较多Cl2时，氯气会得到电子，参与反应，因此氧气传感器测量数值偏大，D错误。] 6．(双选)在铜基配合物的催化作用下，利用电化学原理将CO2转化为含碳化合物X，装置如图1所示。相同条件下，恒定通过电解池的电量，测得生成不同含碳化合物X的法拉第效率(FE) 随电压的变化如图2所示。下列说法正确的是(　　) A．装置工作时，阴极室溶液pH逐渐减小 B．U1 V时，M电极上的还原产物为H2 C．U2 V时，阴极室消耗气体与阳极室产生气体的物质的量之比为2∶1 D．U3 V时，测得生成的n(CH4)∶n(C2H4)＝7∶4，则x＝42 解析：BD　[由题图1可知，装置工作时，N电极上H2O被氧化生成O2，则N电极为阳极，M电极为阴极，CO2在阴极室得到电子生成有机物X，当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳没有在阴极得到电子发生还原反应，而是水在阴极得到电子发生还原反应生成H2，以此分析。装置工作时，CO2在阴极室得到电子生成有机物X，由电荷守恒可知，该过程中会有OH－生成，则阴极室溶液pH逐渐增大，故A错误；由图2可知，当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳没有在阴极得到电子发生还原反应，而是水在阴极得到电子发生还原反应生成H2，故B正确；图2中显示电压是U2 V时含碳化合物为HCOO－，且FE%较低，即并不是所有CO2都转化为HCOO－，同时水在阴极放电生成H2，无法计算，故C错误；当电解电压为U3 V时，CO2→CH4转移8e－，2CO2→C2H4转移12e－，当电解生成的n(CH4)∶n(C2H4)＝7∶4时，可建立等式＝，则x＝42，故D正确；故选BD。] 7．(双选)光电化学装置可以将CO2还原为有机物，实现碳资源的再生利用。图1是光电化学法实现CO2转化的BiVO4|NaCl(aq)|Cu的电解装置示意图。在不同电压条件下进行光照电解实验，不同有机产物的法拉第效率(FE)如图2所示。 资料：Ⅰ.法拉第效率(FE)；FE(X)＝n(生成X的电子)/n(通过电极的电子)×100% Ⅱ.选择性(S)：S(X)＝n(生成X的CO2)/n(发生反应的CO2)×100% 以下说法不正确的是(　　) A．使用BiVO4光电极可以节约电能，为阴极CO2的转化提供H＋ B．电解电压为0.75 V时，Cu电极只有CO2被还原 C．电解电压为0.9 V时，S(CH2O)＝85% D．电解电压为1.0 V时，每生成1 mol CH2O就有10 mol H＋移向甲室 解析：BC　[由题干图可知，BiVO4电极为阳极，阳极电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Cu电极为阴极，阴极生成CH2O的电极反应式为CO2＋4H＋＋4e－===CH2O＋H2O，阴极生成HCOOH的电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，阴极生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O，阴极生成C2H5OH的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，由图2可知，通过改变电压可以选择性地获得不同还原产物，据此分析。A.使用BiVO4光电极进行光照电解实验，可以将光能转化为化学能，可以节约电能，为阴极CO2的转化提供H＋，故A正确；B.由图2可知电解电压为0.75 V时，生成CH2O、HCOOH，Cu电极不是只有CO2被还原，故B错误；C.阴极生成CH2O的电极反应式为CO2＋4H＋＋4e－===CH2O＋H2O，阴极生成HCOOH的电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，由电极反应式可知，生成等物质的量的CH2O或HCOOH等产物时转移的电子数不同，由法拉第效率(FE)的定义：FE(X)＝n(生成X的电子)/n(通过电极的电子)×100%，选择性(S)的定义：S(X)＝n(生成X的CO2)/n(发生反应的CO2)×100%，故由图2可知：电解电压为0.9 V时，FE(CH2O)＝85%，则S(CH2O)≠85%，故C错误；电解电压为1.0 V时，FE(CH2O)＝n(生成CH2O的电子)/n(通过电极的电子)＝0.4，根据电极反应式CO2＋4H＋＋4e－===CH2O＋H2O，每生成1 mol CH2O转移4 mol电子，则通过电极的电子有10 mol，就有10 mol H＋移向甲室，故D正确。] 8．(双选)双极膜(BP)可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH－和H＋，并透过阴、阳离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过程如图所示，已知盐室中生成CaCO3实现捕获，下列说法正确的是(　　) A．捕获装置中，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．溶液中的X为H＋ C．交换膜A为阴离子交换膜 D．捕获1.12 L CO2转化为沉淀，则转移电子2 mol 解析：AC　[由题干图可知，左边电极连接电源负极，为阴极，左侧双极膜上H＋向左移动进入阴极室得电子生成H2，OH－进入碱室与CO2反应生成CO，CO透过离子交换膜A进入盐室生成CaCO3；右侧电极为阳极，右侧双极膜上OH－进入阳极室，H＋进入酸室，Cl－透过离子交换膜C进入酸室形成盐酸，以此分析解答。A.阴极发生还原反应，溶液中H＋放电，为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；B.碱室中CO2转化为CO，应由双极膜产生OH－不断补充，保持碱的浓度，X应为OH－，B错误；C.盐室中生成CaCO3，就需要CO穿过交换膜A，所以交换膜A为阴离子交换膜，C正确；D.捕获1.12 L CO2，未指明是否标准状况，无法计算转移电子数，D错误。] 9．(双选)化学性质类似NH4Cl的盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂。工业上主要采用图1所示的方法制备，其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。图3是用图1的电池电解处理含有Cl－、NO的酸性废水的装置。下列说法正确的是(　　) A．图1电池工作时，Pt电极是正极 B．图2中，A为H＋和e－，B为NH3OH＋ C．电极b接电源负极，处理1 mol NO，酸性废水中Cl－减少2.5 mol D．电池工作时，每消耗3.36 L H2(标准状况下)，左室溶液质量增加3.3 g 解析：CD　[由题目信息可快速推出图1是原电池，且由NO变成盐酸羟胺(NH3OHCl)可知铁电极为正极；图3为电解池，由NO生成NH可知b电极为阴极。A.由NO变成盐酸羟胺(NH3OHCl)可知铁电极为正极，Pt电极为负极，故A错误；B.由题目信息NH3OHCl类似NH4Cl可知NH2OH的性质类似NH3，能与盐酸发生非氧化还原反应而生成NH3OHCl，化合价并未发生变化，所以图2中的A为H＋但无e－，故B错误；C.图b为阴极，因此要接电源的负极，NO最终变成了N2，根据化合价的变化可推出处理1 mol NO共转移5 mol电子，而1 mol Cl－转化为HClO转移2 mol电子，因此当电路转移5 mol电子时，氯离子参加反应2.5 mol，C正确；D.消耗3.36 L H2共转移0.3 mol电子，则必有0.3 mol H＋由右室流向左室，同时由NO变成盐酸羟胺(NH3OHCl)可知参加反应的NO为0.1 mol，故左室增加的质量包括0.1 mol NO和0.3 mol H＋，其质量为3.3 g，故D正确。] [点睛]　此题的难点在于D选项中计算左室质量变化时不仅要考虑参加反应的NO的质量，还要考虑迁移进来的H＋的质量。 10．(双选)甲酸钠又称蚁酸钠，是一种重要的化工原料。以甘油和NaOH溶液为原料通过电解的方法可以制得甲酸钠，工作原理如图。下列说法错误的是(　　) A．X含甘油，Y含NaOH B．当收集到4 mol Z气体时可制得产品102 g C．石墨电极反应为C3H8O3－8e－＋11OH－===3HCOO－＋8H2O D．以廉价的NaCl代替NaOH可以达到相同的电解效果 解析：BD　[C3H8O3失去电子变为HCOO－，电极反应式为C3H8O3－8e－＋11OH－===3HCOO－＋8H2O，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，铜电极上有Z生成，即Z为H2，铜电极为阴极。A.石墨电极为阳极，C3H8O3失去电子变为HCOO－，即X含甘油，那么Y含NaOH，故A正确；B.当收集到4 mol Z气体时，转移电子数为8 mol，生成产品3 mol，质量为：3 mol×68 g/mol＝204 g，故B错误；C.石墨电极为阳极，C3H8O3失去电子变为HCOO－，电极反应式为C3H8O3－8e－＋11OH－===3HCOO－＋8H2O，故C正确；D.NaCl代替NaOH，Cl－通过阴离子交换膜，可能在石墨电极上放电，无法达到相同的电解效果，故D错误。] 11．(双选)我国科研团队设计的一种新型固态电解质PK10的氟离子电池，其充、放电工作时的物质转化及放电时F－的迁移方向如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．放电时，a极为负极 B．放电时，b极的电极反应式为Sn＋2e－＋2F－===SnF2 C．充电时，F－由b极向a极迁移 D．充电时，外电路每通过1 mol e－，a极反应消耗1 mol F－ 解析：AB　[如题干图所示，放电时，F－由a极移向b极，则a极为正极，b极为负极。由分析可知，a极为正极，故A错误；放电时，Sn失去电子生成SnF2，电极反应式为：Sn－2e－＋2F－===SnF2，故B错误；充电时，a极为阳极，b极为阴极，电解池中阴离子向阳极移动，则F－由b极向a极迁移，故C正确；充电时，a极为阳极，电极反应式为：Bi－3e－＋3F－===BiF3，外电路每通过1 mol e－，a极消耗1 mol F－，故D正确；故选AB。] 学科网（北京）股份有限公司 $$