专题探究3 膜技术在电化学中的应用&专题探究4 原电池，电解池的串联应用-【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（苏教版）

专题探究3 隔膜技术 黑题 专题强化 1.(2025·四川成都高三期中)现代膜技术可使 某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、 原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备 HB03,其工作原理如图。下列说法错误的是 电源。 石墨 石墨 a膜 h膜 Y%0 NaOH 溶液 H.BO. NaB(OH) x% 希溶液 浓溶液 NaOH 溶液 M室 产品室 原料室 N室 A.去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解液，不影 响H,B0,的纯度 B.N室发生的电极反应式为2H,0+2e =H2↑+20H C.HB03为一元弱酸 D.a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交 换膜 2.（2025·江苏 CO 负载 电极 淡水 电极b 镇江高二月 考)一种微生 天 物电池可用于 净化污水和淡 化海水，工作 含葡萄糖废水海水含NO:废水 离子交换膜c离子交换膜d 原理如图。下列说法正确的是 ) A.放电时电极a上反应为C6H1206 24e+240H=6C02↑+18H20 B.放电时电极b附近溶液的pH降低 C.离子交换膜c和d分别为阴离子交换膜和 阳离子交换膜 D.为加快净化污水和淡化海水的速率，该电 池可在高温下工作 3.（2025·河北石家庄高二期中)三室式电渗析 选择性必修第一册·SJ黑： 在电化学中的应用 限时：20min 法处理含NH,NO,废水的原理如 图所示，在直流电源的作用下，两 膜中间的NH和NO;可通过离子父秧脵，而 两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 工作一段时间后，在两极区均得到副产品 NH4NO3。下列叙述正确的是 ) 电源 c膜 d膜 石墨 稀硝酸含NH,NO,废水稀氨水 A.a极电势大于b极电势 B.c膜为阴离子交换膜，d膜为阳离子交换膜 C.阴极电极反应式为2N0,+12H+10e— N2↑+6H,0 D.当电路中通过1mol电子时，阳极产生标准 状况下的025.6L 双极膜在电渗析中应用广泛 是由阳离子交换膜和阴离子 、视频讲解 膜复合而成。双极膜内层为水层，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移。下图为NaBr溶 液的电渗析装置示意图。 Na,SO,溶液循环液NaBr溶液循环液Na,SO,溶液 情性电极 阴极液 双极膜 交换室！ 离子交换膜 盐室 阴离子交换膜 交换室2 双极膜 阳极液 情性电极 水层 水层 出口1 出口2 出口3 出口4 出口5 下列说法正确的是 A.出口2的产物为HBr溶液 B.出口5的产物为硫酸溶液 C.Br可从盐室最终进入阳极液中 D.阴极电极反应式为2H+2e=H2↑ 1题026 专题探究4原电池 黑题 专题强化 1.(2025·河南郑州高二期中)如下图所示的装 置中，X、Y、Q、W都是石墨电极，将电源接通 后，W极附近颜色逐渐加深。下列说法不正 确的是 硫酸铜溶液 氢氧化铁胶体 甲 丙 A.电源的M极为正极 B.电极X和Y产生的单质的物质的量之比 为1：2 C.若甲装置中盛有足量CuS04溶液，通电一 段时间，加入适量Cu(OH),可以使溶液恢 复原状 D.欲用乙装置给铜镀银，U极应该是Ag,电 镀液选择AgNO,溶液 2.(2024·安徽马鞍山高二月考)用 电合成法先以丙烯为原料制备丙 烯腈(CH2=CHCN),再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串联后作为电源电解 合成己二腈，下列有关说法不正确的是( CH 离子交换膜 CI CHCNS NC(CH.CN KOH溶液 KOH溶液 硫酸 A.当电路中转移1mole时，阳极室溶液质量 减少9g B.离子交换膜应选用阳离子交换膜 C.若每个电池甲烷通人量均为5.6L(标准状 况)且反应完全，则理论上最多能获 专题1 电解池的串联应用 限时：20min 得2 mol NC(CH2)4CN D.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 3.(2025·河南南阳高二期中)能源的开发、利 用与人类社会的可持续发展息息相关。如图 所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接 通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe电极附近 显红色。其中装置乙、丙、丁中溶液均为足 量，回答下列问题： 电极 电极 离子交换膜 饱和NaCI溶液CuSO,溶液CuCl,溶液 $ 丁 (1)甲装置是甲醇燃料电池（电解质溶液为 KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是 (填“CH,0H”或“0，”)，其电极上发 生的电极反应是 (2)在乙装置中，石墨(C)电极上发生 (填“氧化”或“还原”)反应；乙装置 中总反应的离子方程式是 。若把乙装置两电极互换，铁电 极的电极反应式为 (3)丙装置为电解精炼粗铜装置，当d极质量 (填“增加”或“减少”)12.8g时，装 置乙中产生气体的总物质的量为 装置丁中电解质溶液质量减少 (4)若将乙装置中两电极用导线直接相连 形成原电池，则石墨(C)电极上发生的电极 反应为 黑白题027溶解12.8g时，不能计算出转移电子总数，所以通过隔膜的*不一 定为0.4mol,D项错误。 6.D解析：根据题意分析，氧化铁固体逐渐溶解，可能电解产生了氢离 子形成酸性溶液，则I室中铜离子得电子形成铜单质，氯离子通过阴 离子交换膜迁移至Ⅱ室，电极I为阴极，电极Ⅱ为阳极，Ⅲ室的水失 去电子形成氧气和氢离子，电极反应式为2H20-4e一0，↑+4H+, 产生的氢离子通过质子交换膜迁移至Ⅱ室，迁移的氯离子和氢离子 形成盐酸溶液，溶解氧化铁固体。根据分析，电极I为电解池的阴 极，连接电源的负极，则a为负极，b为正极，A错误：石墨电极Ⅱ为阳 极，电极反应式为2H20-4e一02↑+4H,向石墨电极Ⅱ附近滴加 石蕊溶液，应出现红色，B错误；通电后，I室溶液中的铜离子得电子 形成铜单质附着于电极I上，质量增加，C错误：当0.01mol氧化铁 完全溶解时，根据反应方程式Fe,03+6HCl一2FeCl3+3H20可知， 消耗0.06 mol HC1需要0.06mol氢离子，根据电极反应式2H20-4e 02↑+4H,共转移电子0.06mol,则根据阴极电极反应式 Cu2*+2e= 一Cu,失去铜离子0.03mol,同时迁移至Ⅱ室的氯离子共 0.06ml,总共减少质量为64g·mol1×0.03mol+35.5g·mol1× 0.06mol=4.05g,D正确。 压轴挑战 7.(1)负极Br-6e+3H20=B03+6H*(2)H20 (3)CH30H-6e+H20=C02↑+6H(4)①纯铜②D(5)> (6)ej 解析：I.图1甲池的b极上Br失去电子生成BO3,发生氧化反应， 则b是阳极与电源正极相连，a为阴极与电源负极相连，BO3进入乙 装置，在催化剂作用下生成Br和乙，Z是02。(1)由分析可知，电极 a为阴极与电源负极相连；b极上Br失去电子生成BO?,电极反应 式为Br-6e+3H20=B03+6H。(2)总反应中生成物是氢气和 氧气，因此补充的物质Y为H20。Ⅱ.(3)根据装置甲溶液内H移 动方向，原电池内部阳离子向正极移动，B为燃料电池的正极，A为 燃料电池的负极，发生氧化反应，酸性条件下甲醇失去电子生成C02 和H*,电极反应式为CH30H-6e+H20一C02↑+6H。(4)乙装 置中C与燃料电池的正极相连为阳极，D为阴极，若用于粗铜精炼， 则粗铜作阳极，精铜作阴极，D电极是纯铜；若用于电镀，则镀层金属 作阳极，镀件作阴极，则镀件是D。(5)溶质为Cu(NO3)2和 X(N03)3,且均为0.1mol的混合溶液，Cu2+和X3+均为0.1mol,若 0.1 mol Cu2+生成0.1 mol Cu单质需要0.2mol电子，若0.1molX3+生 成X单质，需要0.3mol电子，由图可知，0.2mol电子转移，固体质量 不再变化，说明析出的是Cu,氧化性强的离子先得电子析出，Cu2+的 氧化性大于X3+。(6)阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通 过，甲室是阳极室，戊室是阴极室，电解时乙室中阴离子移向甲室，乙 室中阳离子移向丙室，丁室中的阳离子移向戊室，阴离子移向丙室， 则乙室和丁室中部分离子的浓度减小，剩下的物质主要是水，淡水的 出口为ejo 专题探究3隔膜技术在电化学中的应用 黑题 专题强化 题号1234 答案ACDD 1.A解析：与电源正极相连的石墨电极为阳极，H20失电子生成H 和02，H+通过a膜进人产品室，则a膜为阳离子交换膜；与电源负极 相连的石墨电极为阴极，H20得电子生成H2和OH,从NaOH溶液 的流向看，其浓度应增大，所以Na+通过c膜流向N室，c膜为阳离子 交换膜；B(OH),通过b膜流向产品室，则b膜为阴离子交换膜。产 品室中，通过a膜进入的H与通过b膜进人的B(OH):发生反应： B(OH)4+Ht一H,B03+H20,去掉a膜，阳极区用稀硫酸作电解 液，会影响H3B0,的纯度，A错误；N室中与电源负极相连的石墨电 极为阴极，H20得电子生成H2和0H,电极反应式为2H20+2e =H2↑+20H,B正确；产品室中，通过a膜进人的H与通过b膜 进入的B(OH):发生反应生成H,B03,可以推知H,B03可以发生反 选择性必修第一册·SJ 应H3B03+H20一→B(OH)4+H,则H3B03为一元弱酸，C正确：由 分析可知，a、c膜均为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，D正确。 2.C解析：电极b加入含N0,的废水，产生氮气，氮元素化合价降低， 得到电子，所以b电极是正极，则a电极为负极，并且a电极区产生 C02,溶液不显碱性，所以电极反应式为C6H1206-24e+6H20 6C02↑+24H,A错误；b电极是正极，电极反应式为2N0+6H20+ 10e一N2↑+120H,pH升高，B错误：根据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引的原则，在放电时阴离子移向左侧负极，阳离子移 向右侧正极，所以该电池工作时，离子交换膜c和d分别为阴离子交 换膜和阳离子交换膜，C正确：高温会导致厌氧菌、反硝化细菌等微 生物的蛋白质发生变性而失去其生理活性，导致电池失效，因此该电 池不能在高温下工作，D错误。 3.D解析：根据题意两极均得到副产品NH4NO,可知，Ⅱ室废水中 的NH移向I室、NO3移向Ⅲ室，根据电解池中阳离子向阴极移动、 阴离子向阳极移动，则I室石墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极； 阴极所连的a极为电源负极，阳极所连的b极为电源正极。由分析 可知，a极为电源负极，b极为电源正极，a极电势低于b极电势，A错 误：c膜通过的是NHt,故c膜应为阳离子交换膜，d膜通过的是 NO,,故d膜为阴离子交换膜，B错误；阴极上H得电子生成氢 气：2H++2e—H2↑，然后迁移过来的铵根离子和硝酸根离子生成 硝酸铵，C错误；阳极的氢氧根离子失去电子发生氧化反应生成氧 气：40H-4e一2H20+02↑，则当电路中通过1mol电子时，阳极 会有0.25mol02生成，在标准状况下的体积为5.6L,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。 专题探究4原电池、电解池的串联应用 黑题 专题强化 题号 1 答案CC 1.C解析：将电源接通后，W极附近颜色逐渐加深，说明通电时氢氧 化铁胶粒移向该极，则W是阴极，N是电源负极、M是正极：X是阳 极、Y是阴极。W极附近颜色逐渐加深，W是阴极，则N是电源负 极、M是正极，A正确；X是阳极、Y是阴极，X极发生反应2H20-4e 一02↑+4H+;Y极发生反应Cu2++2e一Cu,根据得失电子守 恒，电极X和Y产生的单质的物质的量之比为1：2，B正确；若甲装 置中盛有足量CS0,溶液，X极放出氧气、Y极生成单质铜，通电一 段时间，加入适量C0可以使溶液恢复原状，C错误：乙装置U是阳 极、R是阴极，欲用乙装置给铜镀银，银作阳极、铜作阴极，U极应该 是Ag,电镀液选择AgNO3溶液，D正确。 2.C解析：阳极的电极反应式为2H20-4e=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)4CN,消耗H,应选用阳离子交换膜使H通过离子交换膜 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 2CH2CHCN+2H*+2e=NC(CH2)4CN,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),CN,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。 黑白题10 3.(1)CH30HCH30H+80H-6e=C0号+6H20(2)氧化 2H,0+2C-通电CL,↑+20H+H,↑Fe-2e一Fe2+(3)增加 0.4mol27g(4)02+2H20+4e=40H 解析：将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说 明Fe为阴极，C为阳极，则c为阳极，d为阴极，甲装置左边为负极， 右边为正极，丁池中X是阳极，Y是阴极。(1)甲装置左边为负极， 右边为正极，则a处通入的是CH,OH,电极上发生的电极反应式是 CH30H+80H-6eC0号+6H20。(2)乙为电解饱和食盐水，石 墨电极是阳极，发生氧化反应，生成氯气，其总反应的离子方程式 是2H,0+2C通电c,↑+20H+H,↑；如果两极互换，Fe为阳极是 活泼电极，发生反应为Fe-2e一Fe2*。(3)丙装置中电解精炼粗 铜，d是阴极，电极方程式为Cu2+2e一Cu,若该电极质量增加了 12.8g,则生成Cu的物质的量为 4g-mal=0.2mol,转移0.4modl 12.8g 电子，乙装置中产生0.2 mol Cl2和0.2molH2,共0.4mol气体；丁装 置发生反应CuC,通电Cl,↑+Cu,溶液减少0.2mal氯化铜，质量 为27g。(4)乙装置中两电极用导线直接相连形成原电池，发生的是 吸氧腐蚀，则石墨(C)电极上发生的电极反应为02+2H20+4e =40H。 第二单元阶段综合 黑题 阶段强化 题号12345678910 答案D CBB B D C D CC 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NaOH溶液，实质是电解 水，NaOH溶液浓度增大，B项错误：电解Na,SO,溶液，实质是电解水，故 在阴极析出H2,阳极析出02，两者的物质的量之比为2：1，C项错误；电 解CuCl2溶液时，阴极反应式为Cu2++2e一Cu,阳极反应式为 2C-2e=CL2↑，Cu和Cl2的物质的量之比为1：1，D项正确。 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。 C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌作负极，发生氧化反应，与电池 反应不符」 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2H20-4e=02↑+4H*知，产生0.01mol的氧气转移0.04mol 电子，则根据Cu2++2eCu可推出应析出0.02mol的铜，其质量 为1.28g0 4.B解析：a极附近CN发生氧化反应为负极，电极反应为2CN- 10e+120H一2C0号+N2↑+6H20,b极为电池正极，电极反应 为2H+2e一H2↑。a极附近CN发生氧化反应，a极为电池负 极，b极为电池正极，A错误；a极CN发生氧化反应，电极反应式为 2CN-10e+120H一2C03+N2↑+6H20,B正确；右室中b极发 生的电极反应为2H++2eH2↑，H不断被消耗，pH增大，C错 误；阳离子向正极移动，Na向b极也就是向右室迁移，D错误。 5.B解析：由电极上物质的变化可知，左边电极氮元素化合价降低，发 生还原反应，为正极：右边电极碳元素化合价升高，发生氧化反应，为 负极。石墨I上氮元素化合价降低，发生还原反应，为正极，A错误； 02为阴离子，阴离子由正极移向负极，B正确；石墨Ⅱ上发生氧化反 应，电极反应式为C0-2e+02-一C02,C错误；未说明气体是否为 标准状况下的体积，难以计算氮气、电子的物质的量，D错误。 6.D解析：铅碳电池放电时，Pb+C为电池负极，Pb0,为电池正极，充 电时Pb+C为电解池阴极，PbO2为电解池阳极，传统铅酸蓄电池放 电总反应：Pb+Pb02+4H++2S0}一2PbS04+2H20。铅碳电池放 电时，Pb+C为电池负极，Pb02为电池正极，充电时Pb+C为电解池 阴极，PbO2为电解池阳极，A错误；传统铅酸蓄电池放电总反应：Pb+ Pb02+4H*+2S0子一2PbS04+2H20,B错误；传统铅酸蓄电池的缺 点是比能量低、笨重，且由于含有重金属、酸，随意丢弃会对生态环境 和人体健康造成危害，C错误；铅碳电池中碳材料的加人，可抑制铅 正本参考答案 酸电池的“负极硫酸盐化”，防止PbS04在负极沉积附着，可延长电 池使用寿命，D正确。 OH 7.C解析：由图可知，原电池工作时冷端 发生加氢反 OH OH 0 应，热端 ,发生去氢反应，即冷端发生得电子的还原反 OH 应，热端发生失电子的氧化反应，则冷端为正极，热端为负极，正极反 0 OH OH 0 应为+2e+2Ht ,负极反应为 -2e +2H。由 0 OH OH 0 分析可知，pH:热端>冷端，A错误；由分析可知，冷端电极为正极，则 热端电极为负极，B错误：结合两端反应，对醌、对苯二酚浓度不变， 不需要补充，C正确；含羧酸的纳米颗粒在不同温度下膨胀或收缩 从而释放或吸收H驱动电极反应发生，则温差恒定时该电池能持续 工作，形成连续的反应和持续的电流，不需要充电恢复，所以不是二 次电池，D错误。 8.D解析：催化电解KNO3溶液制氨，硝酸钾发生还原反应，则电极a 为阴极、电极b为阳极，双极膜界面产生的H移向阴极，而OH移向 阳极，阴极反应式为NO3+7H20+8e一NH3·H20+9OH,阳极反 应式为80H-8e一202↑+4H20,电解总反应为N03+3H20 =NH3·H20+202↑+OH。由分析可知，b为阳极，a为阴极，则 电极电势：电极b>电极a,A正确；由分析可知，电极a为阴极，电极b 为阳极，双极膜界面产生的H移向阴极a,而OH移向阳极b,B正 确；电极a为阴极得到电子，反应式为NO?+7H20+8e一 NH3·H20+90H,C正确；每生成1 mol NH3·H20转移8mol电 子，则双极膜处有8molH20解离，产生的8mol0H移向电极b所 在的Ⅱ室且全部放电，因此Ⅱ室中K0H的物质的量不变，D错误。 9.C解析：该装置为电解池，Ni2P电极上RCH2NH2失电子生成RCN, 发生氧化反应，所以N2P为阳极，与电源正极相连，电极反应为 RCH2NH2-4e+4OH一RCN+4H20,消耗0H,CoP电极上硝基 苯变为偶氮化合物：2N0:+8e+4H,0一80H+ ,发生还原反应，为电解池的阴极，与电源负极相连。 OH向阳极移动，离子交换膜为阴离子交换膜。若用铅蓄电池作电 源，工作时负极材料是Pb,CP电极为电解池的阴极，与电源负极相 连，故与Pb相连，A错误；根据分析，离子交换膜为阴离子交换膜 OH向阳极移动，从CoP电极移动至Ni,P极，B错误：根据分析，阴极 的电极式为2〔 -N02+8e+4H20—80H+ 成1mol偶氮化合物，需转移8mol电子，C正确；根据分析，Ni2P电 极反应式为RCH2NH2-4e+4OH一RCN+4H20,D错误。 10.C解析：图中为放电过程，放电时Z电极失电子，而惰性电极得到 电子，可知放电时，Z电极为负极，惰性电极为正极，交换膜M为阳 离子交换膜，交换膜N为阴离子交换膜；充电时，Z电极连接电源 负极作为电解池的阴极，惰性电极连接电源正极作为电解池的阳 极。由分析可知，放电时，Z电极为负极，A正确；由分析可知，放 电时，硫酸钾溶液中的钾离子通过阳离子交换膜M向右移动，硫酸 根离子通过阴离子交换膜N向左移动，Z电极的电极反应式为 Zn-2e+40H一[Zn(0H)4]2,则当消耗6.5g锌时，转移 黑白题11