作业验收评价(42) 多池串联装置分析与电化学的相关计算(Word练习)-【新高考方案】2027年高考化学一轮总复习

**基本信息** 聚焦多池串联装置分析与电化学计算，以科学思维为核心，通过典例提炼阳离子放电顺序、电子守恒等方法，构建从原理到应用的知识逻辑链。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |多池串联装置分析|6题（如1、4、5、6、7、9）|电极判断、离子交换膜类型、浓差电池浓度变化分析|原电池/电解池原理→多池串联关系→离子移动与电极反应| |电化学计算|4题（如2、3、6、10）|电子守恒法、电解复原物质组成分析、转移电子与产物量关系|电极反应式书写→电子转移计算→溶液浓度/沉淀转化推理|

作业验收评价(四十二)　多池串联装置分析与电化学的相关计算 一、选择题 1.(2026·吉林模拟)如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b<d。符合上述实验结果的盐溶液是 (　　) 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B CuSO4 AgNO3 C FeSO4 Al2(SO4)3 D AgNO3 Pb(NO3)2 2.甲、乙两同学,均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液,各通电一段时间后,甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2,都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移电子的物质的量之比为 (　　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 3.在1 L K2SO4和CuSO4的混合溶液中c(S)=2.0 mol·L-1,用石墨电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L(标准状况)气体,则原溶液中c(K+)为 (　　) A.2.0 mol·L-1 B.1.5 mol·L-1 C.1.0 mol·L-1 D.0.5 mol·L-1 4.(2026·烟台模拟)按如图装置模拟改进工业电解饱和食盐水和电镀实验。下列说法错误的是 (　　) A.膜a应使用阳离子交换膜 B.用乙装置给铜镀银,Y应为Ag电极 C.石墨Ⅱ电极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH- D.当电路中通过0.4 mol e-时,理论上石墨Ⅰ电极产生0.2 mol Cl2 5.钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是 (　　) A.已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1-xCoO2+LixC6==LiCoO2+6C,则m处Li1-xCoO2发生失电子的反应 B.当外电路中转移0.2 mol电子时,理论上装置Ⅰ中加入100 mL 2 mol·L-1盐酸可复原 C.电极d为阴极,电解过程中发生反应Cu+Cl--e-==CuCl D.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-==CuOH+Cl- 6.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池,放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小,当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是 (　　) A.a电极的电极反应为2H2O+2e-==H2↑+2OH- B.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得80 g NaOH C.电池放电过程中,Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-==Cu D.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜 7.利用氢氧燃料电池,以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4,其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,在高温下能传导O2-。下列说法正确的是 (　　) A.电极b的电极反应为H2-2e-==2H+ B.电极d材料是铁电极,电极反应为Fe-2e-+2OH-==Fe(OH)2 C.理论上,固体电解质中每迁移0.3 mol O2-,可以制得16.6 g Na2FeO4 D.为提高Na2FeO4的产率,应使用阳离子交换膜 8.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用,用该新型电池电解CuSO4溶液,装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是 (　　) A.b电极反应式为R+2H++2e-==H2R B.电池工作时,负极区要保持呈碱性 C.工作一段时间后,正极区的pH变大 D.若消耗标准状况下112 mL O2,则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为2 9.(2026·广州开学检测)全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应,该电池储能容量大、使用寿命长。利用该电池电解处理含NH4NO3废水制备硝酸和氨水的原理如图所示,a、b、c、d电极均为惰性电极。下列说法不正确的是 (　　) A.全钒液流电池放电时,a电极的电极反应式为V+2H++e-==VO2++H2O B.c电极为阴极,隔膜2为阴离子交换膜 C.装置乙中p口流出液的溶质中含有NH3·H2O D.当装置乙中产生气体的总体积为33.6 L(标准状况)时,装置甲中理论上有4 mol H+通过质子交换膜 二、非选择题 10.(10分)(2026·泰安模拟)Ⅰ.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效多功能水处理剂,在强碱性条件下稳定,易被H2还原。以铁合金、Ni为电极,电解NaOH溶液制取Na2FeO4的装置如图1所示。 (1)①电解后,左、右两侧溶液的pH大小关系为pH(左)　　　pH(右)(填“>”“<”或“=”)。  ②如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源,则铁合金应与铅酸蓄电池的　　 　(填“Pb”或“PbO2”)相连。阳离子交换膜每通过1 mol Na+,铅酸蓄电池的负极将增重　　 　g。  Ⅱ.二氧化氯是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂,工业上有多种制备方法。其中一种方法是用惰性电极电解氯化铵和盐酸,原理如图2所示。 (2)“气体X”是　　 　(写化学式)。  (3)c的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。  答案 评价(四十二)　多池串联装置分析与电化学的相关计算 1.选B　电极b、d均为阴极,在它们上面均没有气体逸出,但质量均增大,且增重b<d,则所电解的盐溶液中金属元素应该在金属活动顺序表中(H)以后,转移相同电子时,b析出金属质量小于d,阳离子得电子能力如图所示, (前面的H+表示酸溶液中的H+,后面的H+表示盐溶液中的H+)。在金属活动性顺序表中,Mg在H之前,所以电解镁盐溶液时阴极上不能得到金属单质,故A错误;由阳离子得电子能力顺序表可以看出,盐溶液中Ag+和Cu2+的得电子能力均大于H+,因此电解CuSO4溶液阴极b上生成Cu,电解硝酸银溶液时阴极d上生成Ag,两池中的电极上转移的电子数是相等的,设转移2 mol电子,b增重64 g,d增重216 g,所以质量增加b<d,故B正确;在金属活动性顺序表中,Fe、Al都在H之前,电解亚铁盐、铝盐溶液时阴极上都不能得到金属单质,故C错误;由阳离子得电子能力顺序表可以看出,盐溶液中Ag+和Pb2+的得电子能力均大于H+,因此电解硝酸银溶液时阴极b上生成Ag、电解硝酸铅溶液阴极d上生成Pb,两池中的电极上转移的电子数是相等的,设转移2 mol电子,b增重216 g,d增重207 g,所以质量增加b>d,故D错误。 2.选B　加入0.1 mol CuO后恢复到电解前的浓度,可知发生反应 2H2O+2CuSO42Cu+O2↑+2H2SO4　转移电子 2 mol 4 mol 0.1 mol 0.2 mol 故转移电子的总物质的量为0.2 mol; Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O,加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度,即电解了0.1 mol硫酸铜,并电解了0.1 mol H2O,由电解的总反应式可知, 2H2O+2CuSO42Cu+O2↑+2H2SO4　转移电子 2 mol 4 mol 0.1 mol 0.2 mol 2H2O2H2↑ + O2↑　转移电子 2 mol 4 mol 0.1 mol 0.2 mol 所以电解过程中共转移电子的物质的量为0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol,则甲、乙在电解过程中转移电子的物质的量之比为0.2 mol∶0.4 mol=1∶2,B正确。 3.选A　阳极发生的反应:2H2O-4e-==4H++O2↑,阴极先后发生的反应为Cu2++2e-==Cu,2H2O+2e-==H2↑+2OH-,两极均收集到22.4 L(标准状况)气体,即均生成1 mol气体,根据得失电子守恒:2H2~4e-~O2、2Cu~4e-~O2,阳极生成1 mol氧气说明转移4 mol电子,而阴极上生成1 mol H2只得到2 mol电子,所以剩余2 mol电子由铜离子获得,c(Cu2+)=1 mol·L-1,电解前根据电荷守恒:c(K+)+2c(Cu2+)=2c(S),c(K+)=(2.0×2-1×2) mol·L-1=2.0 mol·L-1。 4.选B　电极Ⅰ中氯离子变为氯气,2Cl--2e-==Cl2↑,发生氧化反应,电极Ⅰ为阳极,阳离子通过阳离子交换膜移向电极Ⅱ,如果选阴离子交换膜,氯气可与碱发生反应,故A正确;给铜镀银时,需要银作电解池的阳极,铜作阴极,因电极Ⅰ为阳极,则Y电极为阴极,故B错误;电极Ⅱ为阴极,得电子,发生还原反应,故C正确;当电路中通过0.4 mol e-时,理论上石墨Ⅰ电极可产生0.2 mol Cl2,故D正确。 5.选D　LixC6中可看作Li镶嵌在石墨中,Li、C都为0价,负极Li被氧化,根据电池总反应,LixC6作负极,则Li1-xCoO2作正极,得电子,故A错误;盐酸中的水会稀释Ⅰ中的溶液,故不可复原,故B错误;a电极一直有气泡,且a的材料为铜,故a极为阴极,d为阳极,d极反应式为Cu+Cl--e-==CuCl,故C错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应是CuCl+OH-==CuOH+Cl-,故D正确。 6.选B　浓差电池工作时,两极附近的电解质溶液浓度差减小,即Cu(1)一侧电解质溶液浓度减小,Cu(2)一侧电解质溶液浓度增大,则原电池中Cu(1)为正极,电极反应:Cu2++2e-==Cu,Cu(2)为负极,电极反应:Cu-2e-==Cu2+,则电解池中a电极为阴极,水电离的H+发生得电子的还原反应生成氢气,电极反应为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,故A、C正确;电池从开始工作到停止放电即两侧溶液中Cu2+浓度相等,设两电极发生改变的Cu2+的物质的量为a,由两侧浓度相等可得2.5 mol·L-1×2 L-a=0.5 mol·L-1×2 L+a,解得a=2 mol,根据转移电子守恒有Cu~2e-~2NaOH,电解池理论上生成NaOH的物质的量为4 mol,则m(NaOH)=4 mol×40 g·mol-1=160 g,故B错误;a电极为阴极,电极反应为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,b电极为阳极,电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+,则a极附近生成NaOH,b极附近生成H2SO4,所以钠离子通过离子交换膜c进入a极区,则c为阳离子交换膜,S通过离子交换膜d进入b极区,则d为阴离子交换膜,故D正确。 7.选C　装置图中,左侧装置为氢氧燃料电池,右侧装置为电解池。氢氧燃料电池中,负极反应为2H2+2O2--4e-==2H2O,正极反应式为O2+4e-==2O2-;电解池中,Fe电极(阳极)反应为Fe+8OH--6e-==Fe+4H2O,Ni电极(阴极)反应为6H2O+6e-==3H2↑+6OH-。从图中箭头可知,电极c产生的H2流入电极b中,所以电极c为阴极(Ni电极),电极b为负极;电极a为正极,电极d为阳极(Fe电极)。理论上,固体电解质中每迁移0.3 mol O2-,电路中转移电子的物质的量为0.6 mol,可以制得0.1 mol Na2FeO4,质量为0.1 mol ×166 g·mol-1=16.6 g,C正确;阳极需要消耗OH-,阴极不断生成OH-,为提高Na2FeO4的产率,应使用阴离子交换膜,D不正确。 8.选A　a电极反应式为Fe2+-e-==Fe3+,a电极为负极,左侧还发生反应:2Fe3++H2S==2Fe2++S↓+2H+,b电极为正极,电极反应式为R+2H++2e-==H2R,右侧还发生反应:O2+H2R==R+H2O2,实现废气处理和能源利用。负极区生成Fe3+,为防止Fe3+水解生成Fe(OH)3,所以电池工作时,负极区要保持呈酸性,B项错误;氢离子通过质子交换膜进入正极区,所以正极区的pH基本不变,C项错误;根据原电池正极区的反应,每转移2 mol电子消耗1 mol氧气,现消耗氧气的物质的量为=0.005 mol,则转移电子0.01 mol,由电解总反应式:2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+知,生成0.01 mol氢离子,c(H+)==0.1 mol·L-1,则电解后的CuSO4溶液的pH约为1,D项错误。 9.选D　全钒液流电池放电时,a电极为正极,溶液中V得电子,和氢离子反应生成VO2+和水,其电极反应式为2H++e-+V==H2O+VO2+,故A正确;c电极为阴极,水得到电子生成H2和OH-,OH-与废水中的N反应生成NH3·H2O,则隔膜1为阳离子交换膜,p口流出液的溶质中含有NH3·H2O,d电极为阳极,水失去电子生成O2和H+,H+与N生成HNO3,则隔膜2为阴离子交换膜,故B、C正确;装置乙工作的本质是电解水,反应方程式为2H2O2H2↑+O2↑,装置乙中两电极每产生3 mol气体,理论上转移4 mol电子,装置甲中有4 mol H+通过质子交换膜,则在标准状况下,装置乙中产生气体的总体积为33.6 L,即物质的量==1.5 mol,理论上电子转移2 mol,有2 mol H+通过质子交换膜,故D错误。 10.解析:(1)①阳极是活性电极Fe,Fe失去电子生成Fe的电极反应式为Fe+8OH--6e-==Fe+4H2O,右侧消耗OH-使pH降低,左侧Ni电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-==2OH-+H2↑,左侧消耗水生成OH-,使pH升高,则pH(左)> pH(右)。②铁合金是阳极,充电时阳极应与外接电源的正极相连,若以铅酸蓄电池为电源,PbO2得电子生成硫酸铅,即铁合金与PbO2相连;阳离子交换膜每通过1 mol Na+时转移1 mol电子,铅酸蓄电池的负极的电极反应式为Pb+S-2e-==PbSO4,负极增加0.5 mol S,将增重0.5 mol×96 g·mol-1=48 g。(2)用惰性电极电解氯化铵和盐酸,c电极铵根离子失去电子生成NCl3,则c为阳极,d为阴极,氢离子在阴极得电子生成氢气,则气体X是氢气。(3)c电极是阳极,铵根离子失去电子生成NCl3,其电极反应式为N+3Cl--6e-==NCl3+4H+。 答案:(1)①>　②PbO2　48　 (2)H2　(3)N+3Cl--6e-==NCl3+4H+ 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $