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第36讲　多池(或多室)电化学装置及分析
(说明:选择题每小题3分)
层次1基础性
1.(2024·黑龙江哈尔滨检测)如图所示,在两个苹果中分别插入Cu片、Zn片、石墨棒、Cu片,然后用导线连接起来,电流表中有电流通过。则下列说法正确的是(　　)
A.该装置为两个苹果原电池串联
B.Zn片为电源负极
C.两个Cu片均不参与反应
D.石墨棒上有O2生成
2.(2024·山东省实验中学月考)某化学兴趣小组的同学用如图所示装置研究电化学问题。当闭合该装置的电键时,观察到电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是(　　)
A.该装置为两个原电池串联
B.乙装置中,Pt作负极,石墨棒作正极
C.当甲装置中产生0.1 mol气体时,乙装置中析出固体的质量为6.4 g
D.实验一段时间后,甲装置中溶液的pH减小
3.如图甲、乙为相互串联的两个电解池。下列说法正确的是(　　)
A.若甲池为精炼铜的装置,A极材料是粗铜
B.Fe电极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.若向乙池中滴入少量酚酞溶液,电解开始一段时间后石墨极附近变浅红色
D.若甲池为电镀铜的装置,阴极增重12.8 g,乙池阳极放出气体为4.48 L
4.(2024·辽宁锦州名校联考)我国科学家采用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂,通过电解法将CO2转化为乙烯,装置示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电极a连接电源的负极,发生氧化反应
B.电极b附近溶液pH增大
C.单原子Ni催化剂上发生反应:CO2+2e-+H2OCO+2OH-
D.若电路中通过1.2 mol电子时,理论上产生2.24 L乙烯
5.(2024·山东师大附中月考)利用多池装置和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5的装置如图,下列说法正确的是(　　)
A.电极b的反应式是O2+4e-+2H2O4OH-
B.甲中每消耗64 g SO2,乙中有2 mol H+通过隔膜
C.电极c的反应式为N2O4-2e-+H2ON2O5+2H+
D.每转移2 mol电子,生成2 mol N2O5和7 mol H2SO4
6.电解法常用于分离提纯物质,某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液进行回收利用(已知:2Cr+2H+Cr2+H2O),下列说法不正确的是(　　)
A.阴极室生成的物质为NaOH和H2
B.阳极的电极反应式是2H2O-4e-4H++O2↑
C.a离子交换膜为阳离子交换膜
D.当外电路中转移2 mol电子时,阳极室可生成1 mol Cr2
7.(2024·四川攀枝花模拟)工业上,利用膜技术电解下列溶液可以得到所需的工业产品磷酸(H3PO4)和氢氧化钠(NaOH)等,电解装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电解装置中c膜为阴离子交换膜,d膜为阳离子交换膜
B.a极的电极反应式:2H2O-4e-O2↑+4H+
C.向装置中b极区补充NaOH的稀溶液,其目的是增强溶液的导电能力
D.若用该装置电解饱和氯化钠溶液,c膜不能取消
8.(4分)工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染,模拟工艺如图所示,写出电解时铁电极发生的电极反应:_______________________________。
随后,铁电极附近有无色气体产生,写出有关反应的离子方程式: ______________。
层次2综合性
9.(2024·福建南平模拟)双极膜(BP)是一种能将水分子解离成H+和OH-的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂[Fe2(OH)n(SO4]m(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.M为阴离子交换膜,乙为OH-
B.电极a的电极反应式为2H++2e-H2↑
C.电流密度过大,会使PFS产品含量降低
D.若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,理论上转移的电子为2 mol
10.(2024·湖北武汉部分重点校联考)认真观察下列装置,下列说法错误的是(　　)
A.装置B中PbO2上发生的电极反应为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
B.装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H+Cu2++H2↑
C.若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3,则消耗水的物质的量共为0.4 mol
D.若装置E的目的是在Cu材料上镀银,则极板N的材料为Ag
11.(2024·湖南永州模拟)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池,当盐溶液浓度相等时停止放电。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。下列说法错误的是(　　)
A.a为电解池的阴极
B.电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应式为Cu-2e-Cu2+
C.当电路中转移2 mol电子时,1 mol S通过膜d向右移动
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得120 g NaOH
12.(2024·黑龙江哈尔滨模拟)为实现CO2的资源化利用与电能储存,设计如图所示的三室隔膜电解装置(阴极室中注入溶有大量CO2且含有少量水的有机复合电解液),该装置将CO2还原为CO,同时得到副产物Cl2和碳酸氢盐。下列说法错误的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.离子交换膜a为阴离子交换膜 B.阳极反应式:2Cl--2e-Cl2↑
C.浓度:食盐水1>食盐水2 D.每通过2 mol e-,消耗22.4 L CO2
13.(2024·广西北海模拟)一种可充电锌-空气电池放电时的工作原理如图所示。已知:Ⅰ室溶液中锌主要以的形式存在,并存在电离平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+。下列说法错误的是 (　　)
A.放电时,Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+浓度增大
B.放电时,Ⅱ室中的Cl-通过阴离子交换膜进入Ⅰ室
C.充电时,Zn电极的电极反应式为[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O
D.充电时,每生成0.2 mol O2,Ⅲ室溶液质量理论上减少6.4 g
层次3创新性
14.(2024·河南豫北名校联考)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)电解技术从含葡萄糖酸钠(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH),工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.M电极为阴极
B.③室和④室所得产物相同
C.膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜
D.N极电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑
15.(6分)铅酸蓄电池是典型的可充电电池,正、负极都是惰性材料,电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,回答下列问题(不考虑其他反应):
铅酸蓄电池示意图
(1)放电时,正极的电极反应式是____________________________。
电解液中H2SO4的浓度将变　　　;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加　　　 g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时,若按如图连接,电解一段时间后,则在A电极上生成　　　,B电极上生成　　　　,此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将　　　　(填“不变”或“对换”)。
第36讲　多池(或多室)电化学装置及分析
1.B　解析:由图可知,左侧为原电池,Zn作负极,发生氧化反应,Cu作正极,发生还原反应,右侧为电解池,Cu作阳极,发生氧化反应,石墨作阴极,发生还原反应,A错误,B正确;右侧装置是电解池,铜电极上发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-C,C错误;石墨作阴极,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,D错误。
2.C　解析:甲装置中Zn、Cu及稀硫酸构成原电池,其中Zn作负极,Cu作正极;乙装置是电解池,石墨棒为阴极,Pt为阳极,A错误,B错误;当甲装置中产生0.1 mol H2时,电极反应式为2H++2e-H2↑,电路转移0.2 mol电子,乙装置中阴极上电极反应式为Cu2++2e-Cu,根据得失电子守恒可知应得到0.1 mol Cu,其质量为6.4 g,C正确;实验一段时间后,甲装置的溶液中c(H+)减小,pH增大,D错误。
3.B　解析:甲池中A极为阴极,B极为阳极,若甲池为精炼铜的装置,粗铜应为电解池的阳极,则B极材料是粗铜,A错误;乙池中铁为阴极,石墨为阳极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B正确;乙池中铁为阴极,石墨为阳极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,则乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始一段时间后铁极附近变浅红色,C错误;气体摩尔体积未知,无法计算乙池阳极放出氯气的体积,D错误。
4.C　解析:由图可知,电极a为电解池的阴极,二氧化碳在单原子镍作催化剂的条件下在阴极先得电子发生还原反应生成一氧化碳,电极反应式为CO2+2e-+H2OCO+2OH-,放电生成的一氧化碳在纳米铜作催化剂的条件下在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯,电极反应式为2CO+8e-+6H2OC2H4+8OH-;电极b为阳极,氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。电极a为阴极,连接电源的负极,发生还原反应,A错误;电极b为阳极,放电时消耗氢氧根离子,则电极b附近溶液pH减小,B错误;未给出气体所处的环境,无法计算电路中通过1.2 mol电子时理论上产生乙烯的体积,D错误。
5.B　解析:根据实验装置可知,电极b为正极,酸性条件下,氧气在正极得到电子发生还原反应生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,A错误;64 g SO2的物质的量为1 mol,1 mol SO2失去2 mol电子生成硫酸,由得失电子数目守恒可知,电极d上2 mol氢离子放电生成氢气,则乙中有2 mol氢离子通过隔膜由左侧移向右侧,B正确;电极c为电解池的阳极,在无水硝酸作用下,四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮,电极反应式为N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,C错误;电极a为负极,二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸,电极c为电解池的阳极,在无水硝酸作用下四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮,由得失电子数目守恒可知,每转移2 mol电子,电极c生成2 mol五氧化二氮、电极a生成1 mol硫酸,D错误。
6.D　解析:电解时,阳极上水放电:2H2O-4e-O2↑+4H+,浆液中的Cr通过阴离子交换膜向阳极移动,从而从浆液中分离出来,因存在2Cr+2H+Cr2+H2O,则分离后含铬元素的粒子是Cr、Cr2;阴极上水放电:2H2O+2e-H2↑+2OH-,混合物浆液中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极,故阴极反应生成氢气和NaOH;电解时,每转移2 mol电子,阳极区生成2 mol H+,由于2Cr+2H+Cr2+H2O为可逆反应,则阳极室生成的Cr2小于1 mol,D错误。
7.D　解析:由图可知,a极区磷酸稀溶液流入,磷酸浓溶液流出,故a极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,a极为阳极,磷酸钠溶液中的磷酸根离子由右往左经过c膜进入a极区与H+结合生成磷酸,故c膜为阴离子交换膜,b极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,钠离子经d膜进入b极区与氢氧根离子生成氢氧化钠,故d膜为阳离子交换膜,A正确、B正确;NaOH是强电解质,向装置中b极区补充NaOH的稀溶液,其目的是增强溶液的导电能力,C正确;若用该装置电解饱和氯化钠溶液,取消c膜,则氯离子在阳极放电,钠离子移向阴极与反应2H2O+2e-H2↑+2OH-生成的氢氧根离子形成氢氧化钠,故c膜可以取消,D错误。
8.答案 Fe-2e-Fe2+　2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O
解析:根据电解原理,阳离子向阴极移动,由装置图可知,A为电源的正极,B为电源的负极,铁作阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+;N在酸性条件下具有强氧化性,能将Fe2+氧化,本身被还原成N2,该反应的离子方程式为2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。
9.D　解析:由甲中硫酸的浓度变大可知,M为阴离子交换膜,要有PFS生成,甲为H+,乙为OH-,A正确;由图可知,电极a为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,B正确;电流过大会使OH-进入硫酸铁溶液,生成氢氧化铁沉淀,使PFS的含量降低,C正确;若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,则有3 mol OH-进入硫酸铁溶液中,理论上转移的电子为3 mol,D错误。
10.C　解析:装置B和C之间通过盐桥连接,形成原电池,PbO2作正极,发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,A正确;装置A为电解池,Cu电极为阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Pt电极为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,故装置A中总反应为Cu+2H+Cu2++H2↑,B正确;装置D中石墨为阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,Fe电极为阳极,电极反应式为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,随后被氧化生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3时,消耗水的物质的量为0.4 mol+0.1 mol=0.5 mol,C错误;装置E中极板M为阴极,在Cu材料上镀银,应将Cu材料作阴极,Ag材料作阳极,AgNO3溶液作电解质溶液,故极板N的材料应为Ag,D正确。
11.D　解析:由于电解池可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH,根据电解池装置分析可知,左边得到NaOH和H2,右边得到O2、H2SO4,则a为阴极,b为阳极,则Cu(2)为负极,Cu(1)为正极。a为电解池的阴极,A正确;电池放电过程中,Cu(2)为负极,则负极上的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B正确;当电路中转移2 mol电子时,阳极区有2 mol H+,要使溶液呈电中性,则有1 mol S通过膜d向右移动,C正确;电池放电过程中,Cu(2)的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Cu(1)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,反应前原电池左边硫酸铜物质的量为5 mol,右边硫酸铜的物质的量为1 mol,则电池停止放电时,原电池左右两室中硫酸铜的物质的量均为3 mol,右侧有2 mol Cu2+生成,则转移4 mol电子,根据2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH可知,转移2 mol电子时得到2 mol NaOH,其质量为80 g,电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得160 g NaOH,D错误。
12.D　解析:阴极CO2得电子转化为CO,电极反应式为3CO2+2e-+H2OCO+2HC,阳极Cl-失电子转化为Cl2,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,装置要得到副产物Cl2和碳酸氢盐,故阴极产生的碳酸氢根离子和阳极电解液中的钠离子进入中间室,则离子交换膜a为阴离子交换膜,离子交换膜b为阳离子交换膜,A正确、B正确;由于阳极区产生氯气消耗氯离子且钠离子向中间室迁移,故氯化钠的浓度减小,则浓度:食盐水1>食盐水2,C正确;根据电极反应式:3CO2+2e-+H2OCO+2HC,每通过2 mol e-,消耗标准状况下67.2 L CO2,D错误。
13.D　解析:放电时,该装置为原电池,通入O2的Pt/C电极是正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,Zn电极为负极,电极反应式为Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,[Zn(H2O)6]2+的浓度增大,电离平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移动,导致Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+的浓度增大,A正确;放电时,Ⅱ室中的Na+通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,Ⅱ室中的Cl-通过阴离子交换膜进入Ⅰ室,B正确;充电时,Zn电极为阴极,其电极反应式为[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O,C正确;充电时,Pt/C电极为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,每生成1 mol O2转移4 mol电子,同时有4 mol Na+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,Ⅲ室溶液质量理论上减少32 g+4 mol×23 g·mol-1=124 g,故充电时每生成0.2 mol O2,Ⅲ室溶液质量理论上减少24.8 g,D错误。
14.B　解析:题给装置是在直流电源作用下高效制备葡萄糖酸和NaOH。由图可知,M电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,左侧葡萄糖酸钠溶液中钠离子透过膜a向左侧迁移,葡萄糖酸根离子透过膜b向右侧迁移,故膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,水解离出的氢离子经过膜c向左侧迁移,膜c为阳离子交换膜,N电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,右侧葡萄糖酸钠溶液中葡萄糖酸根离子透过膜f向右侧迁移,钠离子透过膜e向左侧迁移,故膜e为阳离子交换膜,膜f为阴离子交换膜,水解离出的氢氧根离子经过膜d向右侧迁移,膜d为阴离子交换膜。M电极为阴极,A正确;葡萄糖酸根离子透过膜b向右侧迁移,水解离出的氢离子经过膜c向左侧迁移,③室产生葡萄糖酸;钠离子透过膜e向左侧迁移,水解离出的氢氧根离子经过膜d向右侧迁移,④室产生氢氧化钠,③室和④室产物不相同,B错误;膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,C正确;N电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,D正确。
15.答案 (1)PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O　小　48　(2)Pb　PbO2　对换
解析:(1)根据总反应式可知,放电时正极PbO2得到电子,电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,负极电极反应式为Pb+S-2e-PbSO4;由反应式知放电时消耗H2SO4,则H2SO4的浓度变小;当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加0.5 mol×96 g·mol-1=48 g。
(2)若按题图连接,B电极为阳极,失去电子发生氧化反应,A电极为阴极,得到电子发生还原反应,B电极上发生的反应为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S,A电极发生的反应为PbSO4+2e-Pb+S,所以A电极上生成Pb,B电极上生成PbO2,此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将对换。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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