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选择题突破8　电化学原理综合题分析
选择题1~13题,每题3分,共39分
A卷
1.(2024·湖北恩施一模)为了保护环境、充分利用铅资源,科学家设计了如下的H2-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。
下列有关说法错误的是(　　)
A.正极区溶液pH升高,负极区溶液pH降低
B.电子流向:电极b→负载→电极a
C.正极区电极反应式为HPb+H2O+2e-===Pb+3OH-
D.为了提高Pb的回收率,离子交换膜为阴离子交换膜
2.(2024·广东佛山一模)按如图装置进行探究实验,关闭K后,反应开始。下列说法错误的是(　　)
A.石墨电极A为正极
B.U形管中M代表阳离子交换膜
C.a中产生白色沉淀,溶液中c(Na+)·c(Cl-)减小
D.b中溶液变为橙黄色,说明非金属性:Cl>Br
3.(2024·安徽芜湖一模)科学家发明了一种新型可充电Zn-N/C2H5OH电池,电池示意图如图所示,电极为金属锌和双功能催化材料,放电时,N转化为NH3·H2O进行氨电合成等,为解决环境问题提供了一种新途径。
已知:电解质溶液1为弱碱性环境。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O
B.放电时,1 mol N转化为NH3·H2O,转移的电子为8 mol
C.充电时,左侧电极的电势低于右侧电极
D.充电时,阳极溶液中OH-浓度升高
4.用电化学方法可以去除循环冷却水(含有Ca2+、Mg2+、HC、苯酚等)中的有机污染物,同时经处理过的冷却水还能减少结垢,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.b为电源的正极
B.钛基电极上的反应为H2O+e-===H++·OH-
C.碳钢电极底部有Mg(OH)2、CaCO3生成
D.每处理1 mol苯酚,转移24 mol电子
5.(2024·河北武邑中学检测)工业上用双阴极微生物燃料电池处理含N和CH3COO-的废水。废水在电池中的运行模式如图1所示,电池的工作原理如图2所示。已知Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应,还在溶液中参与了一个氧化还原反应。下列说法不正确的是(　　)
A.离子交换膜b为阳离子交换膜
B.Ⅰ室电极的电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O
C.电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
D.若双阴极通过的电流相等,当Ⅰ室产生2 mol N2时,Ⅲ室消耗5 mol O2
6.(2024·黑龙江佳木斯二模)某电化学锂富集装置如图,工作步骤如下:Ⅰ. 向MnO2所在腔室通入海水,启动电源乙,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4;Ⅱ.关闭电源乙和海水通道,启动电源甲,同时向电极a上通入O2。下列说法错误的是(　　)
A.电极b与电源乙的正极相连
B.步骤Ⅰ时,腔室2中的Na+进入MnO2所在腔室
C.步骤Ⅱ时,阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-===xLi++2MnO2
D.在电极a上每消耗5.6 L O2(换算成标准状况),腔室1质量增加7 g
7.(2024·广东汕头检测)在直流电源作用下,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。某技术人员利用双极膜(膜c、膜d)和离子交换膜高效制备H2SO4和NaOH,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电势:N极B.双极膜膜c输出H+,膜a、膜e为阴离子交换膜
C.N极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.当电路中通过1 mol电子时,整套装置将制得1 mol H2SO4
8.(2024·山东临沂检测)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装的电解池可实现氯化铵废水的处理,同时制得盐酸和氨水。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离出H+和OH-,有利于电解反应顺利进行,装置如图所示(M极、N极均为惰性电极)。下列说法正确的是(　　)
A.a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜
B.Ⅰ室制得氨水,Ⅱ室制得盐酸
C.每生成1 mol HCl,双极膜处共有1 mol H2O解离
D.与平面结构的双极膜相比,“卯榫”结构可提高产品生成速率
B卷
9.(2024·广东虎门一模)用如图装置电解CO2制取CH4,温度控制在10 ℃左右,持续通入CO2,电解前后HC物质的量基本不变。下列说法正确的是(　　)
A.电解过程中HC的移动方向是:甲室→乙室
B.甲室产生的气体只有O2
C.乙室电极反应为9CO2+8e-+6H2O===CH4+8HC
D.当乙室产生的气体体积为11.2 L时,外电路转移电子数为4NA
10.(2024·浙江嘉兴二模)水系双离子电池原理如图所示,下列有关叙述正确的是(　　)
A.放电时,电极a作电源的正极,Cu3(PO4)2发生氧化反应最终变为Cu
B.充电时,水系电池中,a电极附近溶液的碱性增强
C.充电时,b电极上的电极反应式为Na0.44MnO2-xe-===Na0.44-xMnO2+xNa+
D.当1 mol Cu3(PO4)2完全放电时,则b电极质量减轻138 g
11.(2024·河北沧州模拟)我国科学家设计的一种三室电池既能净化污水,又能淡化海水,同时还可回收其中的能量,用葡萄糖溶液(足量,代替污水)、氯化钠溶液(足量,代替海水)和100 mL 1.1 mol·L-1盐酸模拟工作原理的示意图如下,下列说法正确的是(　　)
A.外电路中的电流方向为电极A→电极B
B.该电池的正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O
C.常温下,当电路中有0.1 mol e-通过时,盐酸的pH=2
D.离子交换膜A可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜,但不能与离子交换膜B相同
12.(2024·河南新乡二模)自由基因为化学性质不稳定往往不能稳定存在,羟基自由基(·OH)有极强的氧化性,其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚(C6H6O)氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置如图所示,该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是(　　)
A.该装置工作时,电流方向为电极b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→电极a
B.当电极a上有1 mol Cr(OH)3生成时,c极区溶液仍为中性
C.电极d的电极反应为H2O-e-===H++·OH
D.当电极b上有0.3 mol CO2生成时,电极c、d两极共产生气体11.2 L(标准状况)
13.(2024·山东枣庄检测)由于存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池。利用浓差电池电解硫酸钠溶液可以制得氧气、氢气、硫酸和氢氧化钠,其装置如图所示(a、b电极均为石墨电极)。已知:溶液A为1 L 1 mol·L-1 AgNO3溶液,溶液B为1 L 4 mol·L-1 AgNO3溶液。下列说法正确的是(　　)
A.电池放电过程中Ag(1)电极为正极,电极反应式为Ag++e-===Ag
B.a电极的电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,b电极上发生还原反应
C.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得80 g氢氧化钠
选择题突破8　电化学原理综合题分析
1.D　[该装置为H2-铅化合物燃料电池,通入燃料氢气的电极b为负极,发生失电子的氧化反应,则电极a为正极,发生得电子的还原反应。A.根据分析,负极氢气失电子、产生氢离子消耗氢氧根,pH降低,正极产生氢氧根离子,pH升高,正确;B.根据分析电极b为负极,电极a为正极,电子流向:电极b→负载→电极a,正确;C.根据题干信息,通过电化学装置实现铅单质的回收,正极区电极反应式为HPb+H2O+2e-===Pb+3OH-,正确;D.离子交换膜应使用阳离子交换膜,防止HPb移动至电极b,错误。]
2.C　[由图可知,U形管为原电池,A电极为原电池的正极,酸性条件下高锰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成锰离子和水,电极B为负极,氯离子在负极失去电子发生氧化反应生成氯气,氢离子通过阳离子交换膜M进入正极区;挥发出的氯化氢使a处饱和氯化钠溶液氯离子浓度增大,而形成氯化钠固体;氯气与b处溴化钠溶液反应生成氯化钠和溴,使溶液变为橙黄色;硬质试管中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收氯气,与储存收集氯气安全气球的目的相同,防止污染空气。A.由分析可知,A电极为原电池的正极,正确;B.由分析可知,氢离子通过阳离子交换膜M进入正极区,正确;C.由分析可知,挥发出的氯化氢使a处饱和氯化钠溶液氯离子浓度增大,而形成氯化钠固体,析出固体所得溶液为氯化钠饱和溶液,温度不变,溶度积为定值,溶液中氯离子浓度变大,钠离子变小,但二者乘积不变,错误;D.b中溶液变为橙黄色是因为氯气与溴化钠溶液反应生成氯化钠和溴,由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知,氯气的氧化性强于溴,证明氯元素的非金属性强于溴元素,正确。]
3.D　[A.放电时,Zn作负极,失电子转化为氧化锌,电极反应式:Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O,正确;B.由图可知,放电时N转化为NH3·H2O,N元素化合价由+5价降为-3价,1 mol N转化为NH3·H2O转移8 mol电子,正确;C.充电时左侧电极为阴极,右侧电极为阳极,左侧电极的电势低于右侧电极,正确;D.充电时阳极发生电极反应:C2H5OH-4e-+5OH-===CH3COO-+4H2O,消耗氢氧根离子,OH-浓度降低,错误。]
4.C　[
]
5.D　[由题图2可知,Ⅱ室中CH3COO-转化为CO2,C的化合价升高,发生氧化反应,Ⅱ室电极为负极,电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+;Ⅲ室中O2转化为H2O,O的化合价降低,发生还原反应,Ⅲ室电极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,Ⅱ室中产生的H+经离子交换膜b移到Ⅲ室,故离子交换膜b为阳离子交换膜,A正确。Ⅰ室中N转化为N2,N的化合价降低,发生还原反应,Ⅰ室电极为正极,电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O,B正确。由上述分析可知,Ⅱ室电极为负极,Ⅰ室电极和Ⅲ室电极均为正极,电子由负极经导线流向正极,故电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极,C正确。若双阴极通过的电流相等,即Ⅰ室和Ⅲ室电极上转移的电子的物质的量相等,由上述电极反应式可知,当Ⅰ室产生2 mol N2时,电路中转移20 mol电子,则Ⅲ室电极上消耗5 mol O2,但是Ⅲ室中O2还在溶液中参与了一个氧化还原反应,故O2总消耗量大于5 mol,D错误。]
6.D　[启动电源乙,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4,MnO2中锰元素的化合价降低,作阴极,与电源乙的负极相连,电极反应式为2MnO2+xLi++xe-===LixMn2O4;电极b作阳极,连接电源乙正极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,关闭电源乙和海水通道,启动电源甲,向电极a上通入空气,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室1,则电极a为阴极,电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-===xLi++2MnO2。A.由分析得,电极b作阳极,连接电源乙正极,正确;B.步骤Ⅰ时,MnO2中锰元素的化合价降低,作阴极,腔室2中的Na+向阴极移动,进入MnO2所在腔室,正确;C.由分析得,步骤Ⅱ时,阳极的LixMn2O4失去电子,变为Li+和MnO2,电极反应式为LixMn2O4-xe-===xLi++2MnO2,正确;D.电极a为阴极,电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,每消耗5.6 L O2(换算成标准状况),即0.25 mol O2,转移电子数为1 mol,即有1 mol Li+进入腔室1,腔室1增重:0.25 mol×32 g·mol-1+1 mol×7 g·mol-1=15 g,错误。]
7.D　[为制备纯净H2SO4、NaOH,则M极H2O得电子生成H2和OH-,结合Na+得到NaOH,故M极为阴极,N极为阳极,则电势:N极>M极,A项错误。Na+通过膜a进入M极区,膜a是阳离子交换膜;S通过膜b(阴离子交换膜)进入膜b和膜c之间的区域与双极膜输出的H+生成H2SO4;S通过膜f(阴离子交换膜)进入N极区;Na+通过膜e进入膜e和膜d之间的区域与膜d输出的OH-生成NaOH,B项错误。根据上述分析可知,当电路中通过1 mol电子时,N极生成0.5 mol H2SO4,同时在膜b和膜c之间的区域生成0.5 mol H2SO4,故整套装置将制得1 mol H2SO4,D项正确。]
8.D　[由题图可知,M极为阳极,N极为阴极。由题意可知,该电解池可处理氯化铵废水,同时制得盐酸和氨水,根据电解池中阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动可知,Cl-通过a膜进入Ⅰ室,左侧双极膜中H2O解离出的H+进入Ⅰ室,则a膜是阴离子交换膜;N通过b膜进入Ⅱ室,右侧双极膜中H2O解离出的OH-进入Ⅱ室,则b膜是阳离子交换膜,Ⅰ、Ⅱ两室分别得到盐酸和氨水,A、B错误。生成1 mol HCl时,Ⅰ室处双极膜有1 mol H2O解离、Ⅱ室处双极膜有1 mol H2O解离,所以双极膜处共有2 mol H2O解离,C错误。与平面结构的双极膜相比,“卯榫”结构增大双极膜面积,可提高产品生成速率,D正确。]
9.C　[从图中可知,该装置为电解池装置,铜电极上CO2得电子转化为CH4,因此铜电极为阴极,故铂电极为阳极。A.由分析知,电解过程中电解质中的阴离子向阳极移动,HC由乙室向甲室移动,错误;B.电解前后HC物质的量基本不变,阴极上有HC生成,则阳极上HC失电子生成CO2和O2,电极反应为4HC-4e-===O2↑+4CO2↑+2H2O,错误;C.电解时电解质溶液中KHCO3物质的量基本不变,故在阴极会同时产生碳酸氢根,发生的电极反应为9CO2+8e-+6H2O===CH4+8HC,正确;D.没有指明气体所处的状况,不能计算电子转移数目,错误。]
10.D　[由图可知,放电时为原电池,a极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu、发生得电子的还原反应,b极上Na0.44MnO2→Na0.44-xMnO2、发生失电子的氧化反应,则a极为正极、b极为负极,负极反应式为Na0.44MnO2-xe-===Na0.44-xMnO2+xNa+,充电时为电解池,原电池的正负极分别与电源的正负极相接,即a极为阳极、b极为阴极,阴阳极反应与负正极反应相反,据此分析解答。A.放电时为原电池,a极为正极、b极为负极,Cu3(PO4)2发生还原反应最终变为Cu,错误;B.充电时为电解池,a极为阳极、b极为阴极,阳极上OH-失电子生成水,阳极附近的碱性减弱,错误;C.充电时为电解池,a极为阳极、b极为阴极,阴极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe-===Na0.44MnO2,错误;D.放电时为原电池,a极上发生反应Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu,则1 mol Cu3(PO4)2完全放电时,转移电子6 mol,有6 mol Na+发生迁移,则b电极质量减轻6 mol×23 g·mol-1=138 g,正确。]
11.B　[B极室通入氧气,氧气发生还原反应,则B是正极、A是负极;A.电极A为负极,外电路中电子的流动方向为电极A→电极B,错误;B.电极B为正极,电解质溶液为盐酸,氧气得电子发生还原反应生成水,电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,正确;C.电路中有0.1 mol e-通过时,H+减少了0.1 mol,所以c(H+)==0.1 mol·L-1,盐酸的pH=1,错误;D.B是正极、A是负极,为淡化海水,离子交换膜A为阴离子交换膜,离子交换膜B为阳离子交换膜,错误。]
12.D　[根据装置图,左边是原电池装置,右边是电解池装置,a处Cr元素从+6价变成+3价,化合价降低,得到电子,发生还原反应,a为正极,b为负极。苯酚废水在d处被氧化,d处水分子失去电子形成羟基自由基,发生氧化反应,d为电解池阳极,c为电解池阴极。A.根据分析,a为正极,b为负极,该装置工作时,内电路电流方向为由b极经Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ室流向a极,正确;B.a极每产生1 mol Cr(OH)3,转移3 mol电子,c极上的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,生成1.5 mol H2,与此同时,有3 mol H+从阳极室透过质子交换膜进入阴极室,因此c极区溶液仍为中性,正确;C.d极区为阳极区,电极反应为H2O-e-===H++·OH,正确;D.电极b的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+,电极c的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,电极d为电解池阳极,电极反应为H2O-e-===H++·OH,·OH可进一步氧化苯酚,化学方程式为C6H5OH+28·OH===6CO2↑+17H2O,当电极b上有0.3 mol CO2生成时,电极c、d两极共产生气体22.4 L(标准状况),错误。]
13.B　[由题意可知,左边装置为浓差电池,右边装置为电解池;浓差电池是因存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池,溶液B浓度大,故Ag(2)电极为正极,电极反应式为Ag++e-===Ag,Ag(1)电极为负极,电极反应式为Ag-e-===Ag+,溶液B中的N由右池透过阴离子交换膜进入左池,当溶液A、B浓度相等时停止放电,A错误。a电极与正极相连,a电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,S透过c离子交换膜进入阳极区形成硫酸,故c离子交换膜为阴离子交换膜;b电极与负极相连,b电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,Na+透过d离子交换膜进入阴极区形成氢氧化钠,故d离子交换膜为阳离子交换膜,B正确,C错误。由上述分析可知,电池从开始工作到停止放电,正极区AgNO3溶液的浓度将由4 mol·L-1,降低到2.5 mol·L-1,负极区AgNO3溶液的浓度同时由1 mol·L-1升高到2.5 mol·L-1时,停止放电,此时通过正极反应可还原Ag+的物质的量为1 L×(4 mol·L-1-2.5 mol·L-1)=1.5 mol,由b电极的电极反应式2H2O+2e-===H2↑+2OH-可知,电路中转移1.5 mol电子时,电解池的阴极生成1.5 mol氢氧化钠,其质量为60 g,D错误。](共28张PPT)
选择题突破8　电化学原理综合题分析
第三篇　专项练增分提能
选择题重要考点强化练
A卷
1.(2024·湖北恩施一模)为了保护环境、充分利用铅资源,科学家设计了如下的H2-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。
下列有关说法错误的是(　　)
A.正极区溶液pH升高,负极区溶液pH降低
B.电子流向:电极b→负载→电极a
C.正极区电极反应式为HPb+H2O+2e-
===Pb+3OH-
D.为了提高Pb的回收率,离子交换膜为阴离子交换膜
D
解析　该装置为H2-铅化合物燃料电池,通入燃料氢气的电极b为负极,发生失电子的氧化反应,则电极a为正极,发生得电子的还原反应。A.根据分析,负极氢气失电子、产生氢离子消耗氢氧根,pH降低,正极产生氢氧根离子,pH升高,正确;B.根据分析电极b为负极,电极a为正极,电子流向:电极b→负载→电极a,正确;C.根据题干信息,通过电化学装置实现铅单质的回收,正极区电极反应式为HPb+H2O+2e-===Pb+3OH-,正确;D.离子交换膜应使用阳离子交换膜,防止HPb移动至电极b,错误。
2.(2024·广东佛山一模)按如图装置进行探究实验,关闭K后,反应开始。下列说法错误的是(　　)
A.石墨电极A为正极
B.U形管中M代表阳离子交换膜
C.a中产生白色沉淀,溶液中c(Na+)·c(Cl-)减小
D.b中溶液变为橙黄色,说明非金属性:Cl>Br
C
解析　由图可知,U形管为原电池,A电极为原电池的正极,酸性条件下高锰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成锰离子和水,电极B为负极,氯离子在负极失去电子发生氧化反应生成氯气,氢离子通过阳离子交换膜M进入正极区;挥发出的氯化氢使a处饱和氯化钠溶液氯离子浓度增大,而形成氯化钠固体;氯气与b处溴化钠溶液反应生成氯化钠和溴,使溶液变为橙黄色;硬质试管中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收氯气,与储存收集氯气安全气球的目的相同,防止污染空气。A.由分析可知,A电极为原电池的正极,正确;B.由分析可知,氢离子通过阳离子交换膜M进入正极区,正确;C.由分析可知,挥发出的氯化氢使a处饱和氯化钠溶液氯离子浓度增大,而形成氯化钠固体,析出固体所得溶液为氯化钠饱和溶液,温度不变,溶度积为定值,溶液中氯离子浓度变大,钠离子变小,但二者乘积不变,错误;D.b中溶液变为橙黄色是因为氯气与溴化钠溶液反应生成氯化钠和溴,由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知,氯气的氧化性强于溴,证明氯元素的非金属性强于溴元素,正确。
3.(2024·安徽芜湖一模)科学家发明了一种新型可充电Zn-N/C2H5OH电池,电池示意图如图所示,电极为金属锌和双功能催化材料,放电时,N转化为NH3·H2O进行氨电合成等,为解决环境问题提供了一种新途径。
已知:电解质溶液1为弱碱性环境。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+2OH-===
ZnO+H2O
B.放电时,1 mol N转化为NH3·H2O,
转移的电子为8 mol
C.充电时,左侧电极的电势低于右侧电极
D.充电时,阳极溶液中OH-浓度升高
D
解析　A.放电时,Zn作负极,失电子转化为氧化锌,电极反应式:Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O,正确;B.由图可知,放电时N转化为NH3·H2O,N元素化合价由+5价降为-3价,1 mol N转化为NH3·H2O转移8 mol电子,正确;C.充电时左侧电极为阴极,右侧电极为阳极,左侧电极的电势低于右侧电极,正确;D.充电时阳极发生电极反应:C2H5OH-4e-+5OH-===CH3COO-+4H2O,消耗氢氧根离子,OH-浓度降低,错误。
4.用电化学方法可以去除循环冷却水(含有Ca2+、Mg2+、HC、苯酚等)中的有机污染物,同时经处理过的冷却水还能减少结垢,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.b为电源的正极
B.钛基电极上的反应为H2O+e-===H++·OH-
C.碳钢电极底部有Mg(OH)2、CaCO3生成
D.每处理1 mol苯酚,转移24 mol电子
C
解析　
5.(2024·河北武邑中学检测)工业上用双阴极微生物燃料
电池处理含N和CH3COO-的废水。废水在电池中的
运行模式如图1所示,电池的工作原理如图2所示。已知
Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应,还在溶液中参与了一
个氧化还原反应。下列说法不正确的是(　　)
A.离子交换膜b为阳离子交换膜
B.Ⅰ室电极的电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑
+6H2O
C.电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
D.若双阴极通过的电流相等,当Ⅰ室产生2 mol N2时,Ⅲ室消耗5 mol O2
D
解析　由题图2可知,Ⅱ室中CH3COO-转化为CO2,C的化合价升高,发生氧化反应,Ⅱ室电极为负极,电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+;Ⅲ室中O2转化为H2O,O的化合价降低,发生还原反应,Ⅲ室电极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,Ⅱ室中产生的H+经离子交换膜b移到Ⅲ室,故离子交换膜b为阳离子交换膜,A正确。Ⅰ室中N转化为N2,N的化合价降低,发生还原反应,Ⅰ室电极为正极,电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O,B正确。由上述分析可知,Ⅱ室电极为负极,Ⅰ室电极和Ⅲ室电极均为正极,电子由负极经导线流向正极,故电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极,C正确。若双阴极通过的电流相等,即Ⅰ室和Ⅲ室电极上转移的电子的物质的量相等,由上述电极反应式可知,当Ⅰ室产生2 mol N2时,电路中转移20 mol电子,则Ⅲ室电极上消耗5 mol O2,但是Ⅲ室中O2还在溶液中参与了一个氧化还原反应,故O2总消耗量大于5 mol,D错误。
6.(2024·黑龙江佳木斯二模)某电化学锂富集装置如图,工作步骤如下:Ⅰ. 向MnO2所在腔室通入海水,启动电源乙,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4;Ⅱ.关闭电源乙和海水通道,启动电源甲,同时向电极a上通入O2。下列说法错误的是(　　)
A.电极b与电源乙的正极相连
B.步骤Ⅰ时,腔室2中的Na+进入MnO2所在腔室
C.步骤Ⅱ时,阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-
===xLi++2MnO2
D.在电极a上每消耗5.6 L O2(换算成标准状况),
腔室1质量增加7 g
D
解析　启动电源乙,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4,MnO2中锰元素的化合价降低,作阴极,与电源乙的负极相连,电极反应式为2MnO2+xLi++xe-===LixMn2O4;电极b作阳极,连接电源乙正极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,关闭电源乙和海水通道,启动电源甲,向电极a上通入空气,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室1,则电极a为阴极,电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-===xLi++2MnO2。A.由分析得,电极b作阳极,连接电源乙正极,正确;B.步骤Ⅰ时,MnO2中锰元素的化合价降低,作阴极,腔室2中的Na+向阴极移动,进入MnO2所在腔室,正确;C.由分析得,步骤Ⅱ时,阳极的LixMn2O4失去电子,变为Li+和MnO2,电极反应式为LixMn2O4-xe-===xLi++2MnO2,正确;D.电极a为阴极,电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,每消耗5.6 L O2(换算成标准状况),即0.25 mol O2,转移电子数为1 mol,即有
1 mol Li+进入腔室1,腔室1增重:0.25 mol×32 g·mol-1+1 mol×7 g·mol-1=15 g,错误。
7.(2024·广东汕头检测)在直流电源作用下,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。某技术人员利用双极膜(膜c、膜d)和离子交换膜高效制备H2SO4和NaOH,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电势:N极B.双极膜膜c输出H+,膜a、膜e为阴离子交换膜
C.N极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.当电路中通过1 mol电子时,整套装置将制得
1 mol H2SO4
D
解析　为制备纯净H2SO4、NaOH,则M极H2O得电子生成H2和OH-,结合Na+得到NaOH,故M极为阴极,N极为阳极,则电势:N极>M极,A项错误。Na+通过膜a进入M极区,膜a是阳离子交换膜;S通过膜b(阴离子交换膜)进入膜b和膜c之间的区域与双极膜输出的H+生成H2SO4;S通过膜f(阴离子交换膜)进入N极区;Na+通过膜e进入膜e和膜d之间的区域与膜d输出的OH-生成NaOH,B项错误。根据上述分析可知,当电路中通过1 mol电子时,N极生成0.5 mol H2SO4,同时在膜b和膜c之间的区域生成0.5 mol H2SO4,故整套装置将制得1 mol H2SO4,D项正确。
8.(2024·山东临沂检测)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装的电解池可实现氯化铵废水的处理,同时制得盐酸和氨水。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离出H+和OH-,有利于电解反应顺利进行,装置如图所示(M极、N极均为惰性电极)。下列说法正确的是(　　)
A.a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜
B.Ⅰ室制得氨水,Ⅱ室制得盐酸
C.每生成1 mol HCl,双极膜处共有1 mol
H2O解离
D.与平面结构的双极膜相比,“卯榫”结构可提高产品生成速率
D
解析　由题图可知,M极为阳极,N极为阴极。由题意可知,该电解池可处理氯化铵废水,同时制得盐酸和氨水,根据电解池中阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动可知,Cl-通过a膜进入Ⅰ室,左侧双极膜中H2O解离出的H+进入Ⅰ室,则a膜是阴离子交换膜;N通过b膜进入Ⅱ室,右侧双极膜中H2O解离出的OH-进入Ⅱ室,则b膜是阳离子交换膜,Ⅰ、Ⅱ两室分别得到盐酸和氨水,A、B错误。生成1 mol HCl时,Ⅰ室处双极膜有1 mol H2O解离、Ⅱ室处双极膜有1 mol H2O解离,所以双极膜处共有2 mol H2O解离,C错误。与平面结构的双极膜相比,“卯榫”结构增大双极膜面积,可提高产品生成速率,D正确。
B卷
9.(2024·广东虎门一模)用如图装置电解CO2制取CH4,温度控制在10 ℃左右,持续通入CO2,电解前后HC物质的量基本不变。下列说法正确的是(　　)
A.电解过程中HC的移动方向是:甲室→乙室
B.甲室产生的气体只有O2
C.乙室电极反应为9CO2+8e-+6H2O===CH4
+8HC
D.当乙室产生的气体体积为11.2 L时,外电
路转移电子数为4NA
C
解析　从图中可知,该装置为电解池装置,铜电极上CO2得电子转化为CH4,因此铜电极为阴极,故铂电极为阳极。A.由分析知,电解过程中电解质中的阴离子向阳极移动,HC由乙室向甲室移动,错误;B.电解前后HC物质的量基本不变,阴极上有HC生成,则阳极上HC失电子生成CO2和O2,电极反应为4HC-4e-===O2↑+4CO2↑+2H2O,错误;C.电解时电解质溶液中KHCO3物质的量基本不变,故在阴极会同时产生碳酸氢根,发生的电极反应为9CO2+8e-+6H2O===CH4+8HC,正确;D.没有指明气体所处的状况,不能计算电子转移数目,错误。
10.(2024·浙江嘉兴二模)水系双离子电池原理如图所示,下列有关叙述正确的是(　　)
A.放电时,电极a作电源的正极,Cu3(PO4)2发生
氧化反应最终变为Cu
B.充电时,水系电池中,a电极附近溶液的碱性
增强
C.充电时,b电极上的电极反应式为Na0.44MnO2-xe-===Na0.44-xMnO2+xNa+
D.当1 mol Cu3(PO4)2完全放电时,则b电极质量减轻138 g
D
解析　由图可知,放电时为原电池,a极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu、发生得电子的还原反应,b极上Na0.44MnO2→Na0.44-xMnO2、发生失电子的氧化反应,则a极为正极、b极为负极,负极反应式为Na0.44MnO2-xe-===Na0.44-xMnO2+xNa+,充电时为电解池,原电池的正负极分别与电源的正负极相接,即a极为阳极、b极为阴极,阴阳极反应与负正极反应相反,据此分析解答。A.放电时为原电池,a极为正极、b极为负极,Cu3(PO4)2发生还原反应最终变为Cu,错误;B.充电时为电解池,a极为阳极、b极为阴极,阳极上OH-失电子生成水,阳极附近的碱性减弱,错误;C.充电时为电解池,a极为阳极、b极为阴极,阴极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe-===Na0.44MnO2,错误;D.放电时为原电池,a极上发生反应Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu,则1 mol Cu3(PO4)2完全放电时,转移电子6 mol,有6 mol Na+发生迁移,则b电极质量减轻6 mol×23 g·mol-1=138 g,正确。
11.(2024·河北沧州模拟)我国科学家设计的一种三室电池既能净化污水,又能淡化海水,同时还可回收其中的能量,用葡萄糖溶液(足量,代替污水)、氯化钠溶液(足量,代替海水)和100 mL 1.1 mol·L-1盐酸模拟工作原理的示意图如下,下列说法正确的是(　　)
A.外电路中的电流方向为电极A→电极B
B.该电池的正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O
C.常温下,当电路中有0.1 mol e-通过时,盐
酸的pH=2
D.离子交换膜A可以是阳离子交换膜也可
以是阴离子交换膜,但不能与离子交换膜B相同
B
解析　B极室通入氧气,氧气发生还原反应,则B是正极、A是负极;A.电极A为负极,外电路中电子的流动方向为电极A→电极B,错误;B.电极B为正极,电解质溶液为盐酸,氧气得电子发生还原反应生成水,电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,正确;C.电路中有0.1 mol e-通过时,H+减少了0.1 mol,所以c(H+)==0.1 mol·L-1,盐酸的pH=1,错误;D.B是正极、A是负极,为淡化海水,离子交换膜A为阴离子交换膜,离子交换膜B为阳离子交换膜,错误。
12.(2024·河南新乡二模)自由基因为化学性质不稳定往往不能稳定存在,羟基自由基(·OH)有极强的氧化性,其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚(C6H6O)氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置如图所示,该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是(　　)
A.该装置工作时,电流方向为电极b→Ⅲ室→
Ⅱ室→Ⅰ室→电极a
B.当电极a上有1 mol Cr(OH)3生成时,c极区溶
液仍为中性
C.电极d的电极反应为H2O-e-===H++·OH
D.当电极b上有0.3 mol CO2生成时,电极c、d两极共产生气体11.2 L(标准状况)
D
解析　根据装置图,左边是原电池装置,右边是电解池装置,a处Cr元素从+6价变成+3价,化合价降低,得到电子,发生还原反应,a为正极,b为负极。苯酚废水在d处被氧化,d处水分子失去电子形成羟基自由基,发生氧化反应,d为电解池阳极,c为电解池阴极。A.根据分析,a为正极,b为负极,该装置工作时,内电路电流方向为由b极经Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ室流向a极,正确;B.a极每产生1 mol Cr(OH)3,转移3 mol电子,c极上的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,生成1.5 mol H2,与此同时,有3 mol H+从阳极室透过质子交换膜进入阴极室,因此c极区溶液仍为中性,正确;C.d极区为阳极区,电极反应为H2O-e-===H++·OH,正确;D.电极b的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+,电极c的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,电极d为电解池阳极,电极反应为H2O-e-===H++·OH,·OH可进一步氧化苯酚,化学方程式为C6H5OH+28·OH===6CO2↑+ 17H2O,当电极b上有0.3 mol CO2生成时,电极c、d两极共产生气体22.4 L(标准状况),错误。
13.(2024·山东枣庄检测)由于存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池。利用浓差电池电解硫酸钠溶液可以制得氧气、氢气、硫酸和氢氧化钠,其装置如图所示(a、b电极均为石墨电极)。已知:溶液A为1 L 1 mol·L-1 AgNO3溶液,溶液B为1 L 4 mol·L-1 AgNO3溶液。下列说法正确的是(　　)
A.电池放电过程中Ag(1)电极为正极,
电极反应式为Ag++e-===Ag
B.a电极的电极反应式为2H2O-4e-===
O2↑+4H+,b电极上发生还原反应
C.c、d离子交换膜依次为阳离子交换
膜和阴离子交换膜
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得80 g氢氧化钠
B
解析　由题意可知,左边装置为浓差电池,右边装置为电解池;浓差电池是因存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池,溶液B浓度大,故Ag(2)电极为正极,电极反应式为Ag++e-===Ag,Ag(1)电极为负极,电极反应式为Ag-e-===Ag+,溶液B中的N由右池透过阴离子交换膜进入左池,当溶液A、B浓度相等时停止放电,A错误。a电极与正极相连,a电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,S透过c离子交换膜进阳极区形成硫酸,故c离子交换膜为阴离子交换膜;b电极与负极相连,b电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,Na+透过d离子交换膜进入阴极区形成氢氧化钠,故d离子交换膜为
阳离子交换膜,B正确,C错误。由上述分析可知,电池从开始工作到停止放电,正极区AgNO3溶液的浓度将由4 mol·L-1,降低到2.5 mol·L-1,负极区AgNO3溶液的浓度同时由1 mol·L-1升高到2.5 mol·L-1时,停止放电,此时通过正极反应可还原Ag+的物质的量为1 L×(4 mol·L-1-2.5 mol·L-1)=1.5 mol,由b电极的电极反应式2H2O+2e-===H2↑+2OH-可知,电路中转移1.5 mol电子时,电解池的阴极生成1.5 mol氢氧化钠,其质量为60 g,D错误。

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