专题突破11 “隔膜”在电化学装置中的应用&专题突破12 突破电化学中多池串联装置-【经纶学霸】2026-2027学年高二化学选择性必修第一册4星学霸黑白题（人教版）

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(N2H4)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,S0,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 膜a膜b膜c 膜d 膜e膜f 极附近的pH 减小 NaOH 甲槽乙槽 NaOH B.当消耗1mol02 阳离子交换膜 时，有2 mol Na*由甲槽向乙槽迁移 稀NaOH Na,SO4H,O NaS04稀硫酸 C.负极反应式为40H+N2H4-4e 溶液 溶液 溶液 N2↑+4H20 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,S04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 H,SO 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 离子交换膜 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 放电 Zn(OH) 移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 K,SO. Na,SO,溶液循环液NaBr溶液循环液Na,SO,溶液 溶液 A.充电时，阴极反应式为[Zn(0H)4]2+2e 情性电极 阴极液 极膜 父换室 离子交换 交换室2 极 情性电 -Zn+40H 交换膜 B.放电时，正极反应式为Pb0,+2e+ 水层 水层 出口1 出口2 出口3 出口4 出口5 4H+S0=PbS04+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可从盐室最终进人阳极液中 为阴离子交换膜 D.阴极电极反应式为2H+2e=H2个 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 A 盐桥 C.若每个电池甲烷通人量均为5.6L(标准状 →电极W 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，C1~ 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 膜X膜】 N2H KCI溶液 CuS0,溶液 AgNO,溶液 KOH溶液 AgNO,溶液 /Na,SO,溶液 饱和食盐水 稀H,S04 稀NaOH 甲 乙 A.乙中左侧电极反应式为Cu2+2e =Cu (1)甲装置中，C2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,=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 R 子时，中间Na,S0,废水的质量改变了 石墨电极 离子交换膜 CH生CHCN NC(CH).CN 墨电极 (4)丁装置工作中发生反应的化学方程式为 KOH溶液 KOH溶液 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 差，可加入适量的Na2S04来增强溶液导电性，D正确。 黑题应用提优练 题号1234567 答案DBB B CDD 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 生成氧气和水，电极反应式为40H-4e一2H20+02↑，A项错 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 向移动，但Na的还原性大于Fe,B项错误：戴维法生成4 mol Na转 移4mol电子，但盖·吕萨克法生成4 mol Na转移8mol电子，则戴 维法转移电子总数较少，C项错误，D项正确。 2.B解析：该装置的目的是电解精炼Ga,则需要溶液中有Ga3+,在阴 极被还原生成Ga,所以高纯Ga为阴极，粗Ga为阳极，由于活泼性： Zn>Ga>Fe,所以Zn会先于Ga放电，而Fe、Cu等杂质会形成阳极泥。 电解精炼时，粗傢作阳极，活泼的锌和傢优先失去电子被氧化溶解， 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 似，具有两性，阳极像失去电子，在强碱性溶液中被氧化为G02,阴 极生成傢的反应为Ga0,+3e+2H0一Ga+40H,B错误：若电压 过高，溶液中的氢离子可能在阴极得到电子生成氢气，从而导致电解 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 源正极，经电解池阳极→电解质溶液→阴极→直流电源负极，D 正确。 四易错提醒 电子由负极经外电路（导线）到正极，电子不能通过电解质溶 液；电流可以通过外电路（导线）和内电路（电解质溶液）。 3.B解析：用惰性电极电解AgNO3溶液，阴极上银离子得电子析出 银，阳极上氢氧根离子失电子生成0，即X电极上有0，产生 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， 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； 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a极为电解池的阳极，发 生氧化反应生成氧气，A错误；b极的电极反应式为2H20+2e 一H2↑+20H,B正确：去除透气膜，海水中氯离子在阳极发生氧 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 论上逐渐增大，D错误。 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 极，A错误；电极A的电极反应为Ti02+Si02+8e一TiSi+402, 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， 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， 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 电极为阳极，铅蓄电池Pb0,极为正极，A正确；Y电极为阴极，发生 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 2H20-4e一02↑+4H,C正确；由于不能确定参与电极反应 的NO。中氨元素的具体化合价，所以转移电子数无法确定，H+迁移 数量无法确定，D错误。 7.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 膜m为阳离子交换膜，阴极区SO子透过交换膜n进入浓缩室，故交 换膜n为阴离子交换膜，A错误；电极a为阳极，电极上Cl发生氧化 反应生成氯气，若电极a改为Cu,则Cu失电子生成Cu+,也会通过 交换膜m进人浓缩室，故不能达到预期实验目的，B错误；b极为阴 正本参考答案 极，电极上Cu2+发生还原反应生成Cu,发生的电极反应式为 Cu2*+2e一Cu,C错误；若浓缩室得到0.5L0.5mol·L1Na2S04 溶液，则有0.5mol·L-1×0.5L-0.1mol·L1×0.5L=0.2molS0}进 入浓缩室，电路中有0.4mol电子通过，可析出0.2 mol Cu,其质量为 64g·mol×0.2mol=12.8g,D正确。 四技巧点拨 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，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 移的方向；③根据以上分析，判断交换膜的作用。 压轴挑战 8.(1)①2NaC1+2H,0电解2Na0H+H,↑+C,↑日②用34WA (2)正极02+4e+2H20=40H(3)①02+2N205+4e 4N03②66.7 解析：(1)①电解饱和食盐水的化学方程式为2NaC1+2H,0电解 2Na0H+H2↑+Cl2↑，阳极为氯离子失去电子生成氯气，故a口逸出 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 交换膜。电解产生71gCl2,理论上阳极室有2mol氯离子转化为氯 气，同时2 mol Na'移向阴极，故共减少离子数为4WA。(2)电极A附 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 B附近氧气得电子转化为0H,电极反应式为02+4e+2H20一 40H。(3)①石墨Ⅱ为电池的正极，得电子转化为N03,附近发生的 电极反应式为0，+2N,0,+4e一4N0,。②阴极的电极反应式 为Ag*+e一Ag,电路转移0.3mol电子，理论上产生Ag的质量为 0.3mol×108g·mo=32.4g,实际得到21.6gAg,则该电解池的电 解效率为2165×100%=6.79%。 32.4g 专题突破11“隔膜”在电化学装置中的应用 黑题 专题强化练 题号1 2 34 答案CDDD 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， 因此正极附近的pH增大，故A错误；消耗1mol02时，转移4mol电 子，有4 mol Na由甲槽向乙槽迁移，故B错误：燃料电池的负极发生 氧化反应，负极燃料肼发生氧化反应，肼中的N元素的化合价由-2 价升高到0价，碱性电池中，其电极反应式应为N2H4+40H-4e 一N2↑+4H20,故C正确；若去掉阳离子交换膜后，肼会与水中溶 解的氧气直接接触，发生爆炸而无法正常工作，故D错误。 2.D解析：根据图示，放电时Zn变为[Z(0H)4]2,发生氧化反应， Zn电极为负极，则充电时Zn电极为阴极，阴极的电极反应为 [Zn(0H)4]2+2e一Zn+40H,A正确；放电时Pb02电极为正 极，正极反应为Pb02+2e+4H+S0?一PbS04+2H20,B正确；放 电时，Pb02电极反应消耗H,则Z区域的电解质溶液为H2SO4溶 液，充电时Pb02电极反应为PbS04-2e+2H20一Pb02+4H +SO2,溶液中c(H+)增大，故充电时Z区域溶液的pH减小，C正确： 放电时，Zm电极反应为Zm-2e+40H一[Zn(0H)4]2,Pb02电 极反应为Pb02+2e+4H*+S0}一PbS04+2H20,为平衡X、Z区域 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 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 黑白题47 域，M膜为阳离子交换膜，故放电时Y区域K2SO4溶液浓度增大， D错误。 3.D解析：从图中可以看出，M极区制得NaOH溶液，N极区制 得H2S04溶液，则M极为阴极，N极为阳极。在阴极(M极)，4H20+ 4e=40H+2H2↑；在阳极(N极)，2H20-4e=02↑+4H*。 则Na+透过膜a进人阴极区，膜a为阳膜；SO}从左侧透过膜b进人 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 膜e从右侧进入左侧，膜e为阳膜；S0子从左侧透过膜f进入右侧， 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 液：在N极区及膜b与膜c之间的区域，制得LSO,溶液。在电解池 中，阳极的电势高于阴极，则电势：N电极（阳极）>M电极（阴 极)，A错误；由分析可知，双极膜c输出Ht,膜a、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 为2H20-4e02↑+4Ht,C错误；当电路中转移1mole时，N极 区、膜b与膜c之间的区域各制得0.5molH2S04溶液。整套装置将 制得1molH2S04,D正确。 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， 溶液中的Na向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，出口2 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， 阴离子向阳极移动，溶液中的B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，钠离子不能通过双极膜，故出 口5不是硫酸，B错误；结合选项B,B不会从盐室最终进入阳极液 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 =H2↑，D正确。 专题突破12 突破电化学中多池串联装置 黑题 专题强化练 题号12 3 答案DCC 1.D解析：A1的金属活动性最强，则A】优先失电子，电极I为负极， 电极Ⅱ为正极；丙为电解池，电极Ⅲ为阳极，电极V为阴极。A!从电 极I失电子流向电极Ⅳ，所以电流方向：电极V→电极I,A不正 确：电极I为负极，盐桥中的阳离子(K+)向正极移动，阴离子向负 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 一Cu2+,C不正确；乙池中Cu2+在电极Ⅱ得电子生成Cu,c(Cu2+) 减小：丙池中，电极Ⅲ中发生反应Cu-2e—Cu+,电极V中发生反 应Cu2++2e一Cu,所以溶液中c(Cu2+)不变，D正确。 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 侧电极表面出现红色固体，说明发生反应：Cu2++2e一Cu,A正确； 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 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 =Ag,阴极电极反应式为Ag+e一Ag,所以电解过程中丙中溶 液酸碱性无变化，B正确；甲装置中阳极电极反应为2Cl-2e= Cl2↑，阴极电极反应为2H20+2e一H2↑+20H,相当于从溶液 中逸出HC1气体，若加入盐酸，则多加入了水，会导致KC1溶液浓度 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 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0.2 mol Ag生成，则Cu电极增重 21.6g,D正确。 3.C解析：阳极的电极反应式为2H20-4e一02↑+4H,当电路中 转移1mole时，生成8g02从溶液中逸出，同时有1molH通过离 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 NC(CH2),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 由阳极室向阴极室迁移，B正确：通入甲烷一极的电极反应式为 CH4-8e+100H一C0?+7H20,石墨电极b上的电极反应式为 2CH2=CHCN+2H*+2e=NC(CH2),CN,每个电池甲烷通入量 均为5.6L(标准状况)且反应完全，则电路中转移电子为2mol,理论 上最多能获得1 mol NC(CH2)4CN,C错误；根据题意，与传统有机 合成相比，电化学有机合成法反应条件温和、反应试剂纯净且生产效 率高，D正确。 4.(1)正N2H4-4e+40H=N2↑+4H20(2)1(3)阴离子 2.84(4Fe+2H,0电解fe(0H2+H,↑ 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 上氧气得电子为正极；C,电极中N2H,失电子产生氮气，电极反应式 为N2H4-4e+40H一N2↑+4H20。(2)乙装置发生的反应为 4AgN0,+2H,0电解4Ag+0,↑+4HN0,当外电路中通过0.04ml电 子时，反应生成0.04mlHN0,原溶液中c(H+)=0,04m0l 0.4L 10-6mol·L1≈0.1mol·L-1,故溶液的pH约为1。(3)丙装置中， C4电极为阳极，阳极上有O2产生；C电极为阴极，阴极上有H2产 生。中间Na2S04废水中的S0?通过膜X向阳极区移动，Na*通过 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； 当外电路中通过0.04mol电子时，中间Na2S04废水中减少溶 质Na2s04的质量为0.02mol×142g·mol1=2.84g。(4)丁装置中， 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 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 合形成Fe(OH)2,丁装置工作中发生反应的化学方程式为Fe+2H20 电解re(oH)2+H,t。 第二节 强化提优练 黑题阶段复习练 题号12345 答案BC DDB 1.B解析：电解稀盐酸溶液，两极上分别为C1和H放电，两极气体体 积之比是1：1，A不符合题意；电解稀硫酸，两极上分别为0H和H 放电，消耗水，H浓度增大，溶液的pH变小，B符合题意；电解CuSO4 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 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 不变，D不符合题意。 2.C解析：以阴极e和阳极C为电极，电解氯化钾溶液，电解反应式 为2KC+2H,0电解2KOH+H,↑+C,↑，通人HC可恢复电解前的 状态，故A错误；以阳极Pt和阴极C山为电极，电解硫酸铜溶液，电 解反应式为2CuS04+2H,0电解2Cu+0,↑+2H,s04,需要加入氧化 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， 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 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 C正确；以阳极Ag和阴极Fe为电极，电解AgNO3溶液，阳极银放电， 阴极银离子放电，相当于电镀银，通电一段时间后仍为AgNO3溶液 且浓度不变，不需要加AgNO3晶体恢复电解前的状态，故D错误。 3.D解析：图中石墨A中I→I2,碘元素的化合价升高，发生氧化反 应，A为阳极；石墨B中CH3OH→CH0+D,其中C、0元素化合 价不变，而B为阴极，则H元素化合价应该降低，则D为H2;由分析 0 可知，选项A、B正确；由图可知反应①的方程式为八√+，一 0 人Y+,C正确；由图可知，参加反应的为「、CHOH、2-丁酮 黑白题48