届高考化学必做热点训练多池多室带膜电化学装置 解析版.docx

1、届高考化学必做热点训练多池多室带膜电化学装置 解析版多池多室带膜电化学装置【原卷】1双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2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。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CBr-可从盐室最终进入阳极液中 D阴极电极反应式为2H+2e-=H22某研究机构使用LiSO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2LiSO2Cl2=2LiClSO2，下列说法错误的是A电池中C电极的电

2、极反应式为SO2Cl22e-=2Cl-SO2B电池的e极连接电解池的g极C膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜D电解池中不锈钢电极附近溶液的pH增大3相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。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( )Aa电极的电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH-Bc、d离子交换膜依次为阳子交换膜和阴离子交换膜C电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2+2e-=CuD电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得320g NaOH4焦亚硫酸钠(Na2S2O5

3、)可用作食品加工的防腐剂，制备示意图如下。已知：2NaHSO3=Na2S2O5+H2O。下列说法不正确的是A采用的是阳离子交换膜B阳极的电极反应式为2H2O-4e= 4H+ + O2C当阴极生成0.2 g气体时，a室溶液质量减少1.6 gD电解后将b室溶液进行结晶、脱水，可得到Na2S2O55用锂-氟化碳(氟气与碳生成的夹层化合物)电池电解含有尿素CO(NH2)2的碱性溶液，用于废水处理和煤液化供氢，其装置如图所示。装置中c、d均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过。下列说法错误的是A电极a 为锂-氟化碳电池的负极B电极b 的电极反应为(CFx)n+nxe-=nC+nxF-C装置中电流流动方向：电极

4、b电极c隔膜电极d电极aDc电极区和d电极区产生的气体在相同条件下的体积比为3：16利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是（ ）A电极b反应式是O2+4e-+2H2O=4OH-B电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变Cc电极上的电极反应式为N2O4-2e-+H2O=N2O5+2H+D甲中每消耗1mol SO2，乙装置中有1mol H+通过隔膜7利用双离子交换膜电解法可以处理含NH4NO3的工业废水，原理如图所示，下列叙述错误的是ANH4+由b室向c室迁移Bc室得到的混合气体是NH3和H2C阳极反应式为2H2O -4e-=O2+4H+D理论上外电

5、路中流过1mol电子，可处理工业废水中0.5mol NH4NO38（双选）双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H和OH-。利用双极膜电渗析法和惰性电极电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是AM膜为阴离子交换膜B出口2的产物是盐酸C若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成D电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体9如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究铜的精炼原理和电镀原理。下列说法正确的是A一段时间后，甲装置中溶液 pH升高B电解一段时间后，乙、丙装置中 CuSO4溶液的

6、浓度均不变C通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为 D丙装置中实现铁片上镀铜，b 应为铁片10工业吸收H2S气体后的FeCl3溶液的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A溶液M中的溶质为FeCl2B电极a为阴极C电极b上的反应为：D随电解的进行，阴极区溶液pH增大11利用甲醇燃料电池进行电解的装置如图1，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后断开K，此时A、B两极上生成等物质的量的气体。丙装置溶液中金属阳离子的物质的量(n)与转移电子的物质的量n(e-)变化关系如图2。下列说法正确的是( )A甲池中负极反应为CH3OH- 6e-+ 6OH

7、-= CO2+ 5H2OB乙池中B电极为阳极C乙池中生成的气体在标准状况下总体积为4.48 LD图2中b线表示的丙池中Cu2+物质的量的变化12用三室电渗析法处理含K2SO4的废水得KOH和H2SO4，装置如图所示。下列说法错误的是A直流电源的A为负极，B为正极Bab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜C阴极区加入KOH溶液，阳极区加入稀硫酸，目的是增加导电性同时又不引入新杂质D当电路上通过0.5 mol e-时，理论上溶液中共有NA个离子通过离子交换膜13氢碘酸可用“四室电渗析法”制备，电解装置及起始的电解质溶液如图所示。下列说法正确的是( )AB膜是阳离子交换膜 B阴极反应是2H2O+2e-

8、 =2OH- +H2C去掉A膜对产品没有影响 D阳极室中的硫酸浓度不变14海洋是一个十分巨大的资源宝库，海水中含量最多的是H、O两种元素，还含有Na、Cl、Mg、Br、Ca、S等元素。海水资源的利用主要包括海水淡化、海水晒盐，从海水中制取镁、钾、溴等化工产品。从海水中提取镁的步骤是将石灰乳加入海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀，再将氢氧化镁与盐酸反应，得到的溶液蒸发结晶，获得六水合氯化镁晶体(MgCl26H2O)进一步操作得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁可获得单质镁。海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径之一，其方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是

9、( )A该装置将化学能转化成电能B阴极发生的电极反应为2Cl-2e-=Cl2C室中流出淡水，、室流出液中NaCl浓度变大D若将a、b膜的位置互换，则不能获得淡水15利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是( )Aa极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2OBA、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜C可用铁电极替换阴极的石墨电极Da极上通入2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少0.4mol多池多室带膜电化学装置1双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2

10、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。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CBr-可从盐室最终进入阳极液中 D阴极电极反应式为2H+2e-=H2【答案】D【详解】A 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；B 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Br-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；C 结合选项B

11、，Br-不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；D 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；答案选D。2某研究机构使用LiSO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2LiSO2Cl2=2LiClSO2，下列说法错误的是A电池中C电极的电极反应式为SO2Cl22e-=2Cl-SO2B电池的e极连接电解池的g极C膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜D电解池中不锈钢电极附近溶液的pH增大【答案】B【分析】根据电池反应为2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2可知，

12、放电时Li元素化合价由0价变为+1价，失去电子，所以Li电极是负极，反应式为2Li-2e-2Li+，则碳棒是正极，正极是SO2Cl2中+6价的硫得电子、发生还原反应，电极反应式为SO2Cl2+2e-=2Cl-+SO2；电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室II室，所以g电极为阳极、与锂-磺酰氯（Li-SO2Cl2）电池的正极C棒相接，H2PO2-由原料室III室通过膜b进入产品室II室，与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，h电极为阴极，与原电池的e电极相接，H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-或2H+2e-=H2，Na+通过膜c进入

13、IV室，形成闭合回路，所以膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，据此分析解答。【详解】A由图示可知，Li电极为负极，发生氧化反应，则C电极为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为SO2Cl2+2e-=2Cl-+SO2，故A正确；B原电池中Li电极为负极，C电极为正极，电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，即g电极为阳极，则h电极为阴极，与原电池的负极Li电极e相接，故B错误；C电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室II室，H2PO2-由原料室III室通过膜b进入产品室II室，在产品室II室中与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路

14、，所以膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，故C正确；D电解池中不锈钢电极即h电极为为阴极，电极上H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-或2H+2e-=H2，所以电极附近溶液的pH增大，故D正确；故选B。3相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。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( )Aa电极的电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH-Bc、d离子交换膜依次为阳子交换膜和阴离子交换膜C电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2+2e-=

15、CuD电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得320g NaOH【答案】D【分析】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，电池放电过程中，Cu(1)电极上发生使Cu2+浓度降低的还原反应， 作正极，Cu(2)电极上发生使Cu2+浓度升高的氧化反应，作负极，则在右池的电解池中，a为电解池的阴极，H2O中的H+得到电子发生还原反应生成H2，b为电解池的阳极，H2O中的OH-失去电子发生氧化反应生成O2。电池从开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液的浓度同时由2.5molL-1降低到1.5molL-1，负极区硫酸铜溶液同时由 0.5 mol

16、L-1升到1.5 molL-1， 正极反应可还原Cu2+的物质的量为2L (2.5-1.5) molL-1=2mol，电路中转移4mol 电子，电解 池的阴极生成4mol OH-，即阴极区可得4mol氢氧化钠，其质量为160g。【详解】Aa为电解池的阴极，H2O中的H+得到电子发生还原反应生成H2，电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH-，A项正确；B因溶液为电中性，a电极附近产生了阴离子，必须让阳离子发生移动，c为阳离子交换膜，b电极附近阴离子减少，必须让阴离子发生移动，d为阴离子交换膜，B项正确；CCu(1)作正极，得到电子，电极反应为Cu2+2e-=Cu，C项正确；D电池从开始工作到

17、停止放电，正极区硫酸铜溶液浓度同时由2.5molL-1降到1.5molL-1，负极区硫酸铜溶液同时由0.5 molL-1升到1.5 molL-1，正极反应可还原Cu2+的物质的量为2L (2.5-1.5) molL-1=2mol，电路中转移4mol 电子，电解池的阴极生成4mol OH-，即阴极区可得4mol氢氧化钠，其质量为160g，D选项错误；故选D。4焦亚硫酸钠(Na2S2O5)可用作食品加工的防腐剂，制备示意图如下。已知：2NaHSO3=Na2S2O5+H2O。下列说法不正确的是A采用的是阳离子交换膜B阳极的电极反应式为2H2O-4e= 4H+ + O2C当阴极生成0.2 g气体时，a

18、室溶液质量减少1.6 gD电解后将b室溶液进行结晶、脱水，可得到Na2S2O5【答案】C【分析】电解池阳极与电源正极相连，阴极与电源负极相连，由装置图可知，电解池阳极为a室稀硫酸溶液，氢氧根离子失电子发生氧化反应，则氢离子将移到b室与Na2SO3反应生成NaHSO3，阴极为c室，主要成分是NaHSO3和Na2SO3，氢离子发生还原反应生成氢气，则c室中NaHSO3转变为Na2SO3，据此分析解答。【详解】A根据分析，a室中氢离子向b室移动，则离子交换膜采用的是阳离子交换膜，故A正确；B根据分析，阳极水失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e= 4H+ + O2，故B正确；C根据分析，阴极

19、氢离子发生还原反应生成氢气，电极反应为：2H2O+2eH2+2OH，生成气体为氢气，0.2 g氢气的物质的量为0.1mol，转移电子0.2mol，a室为阳极，电极反应为2H2O-4e= 4H+ + O2，氧气从a室逸出，氢离子向b室移动，则a室中减少的质量为水的质量，根据电子守恒，消耗水的物质的量为0.1mol，质量为0.1mol18g/mol=1.8g，故C错误；D根据分析，电解后将b室得到NaHSO3溶液，NaHSO3溶液经结晶脱水可得到Na2S2O5，则结晶脱水过程方程式可表示为2NaHSO3Na2S2O5+H2O，故D正确；答案选C。5用锂-氟化碳(氟气与碳生成的夹层化合物)电池电解含

20、有尿素CO(NH2)2的碱性溶液，用于废水处理和煤液化供氢，其装置如图所示。装置中c、d均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过。下列说法错误的是A电极a 为锂-氟化碳电池的负极B电极b 的电极反应为(CFx)n+nxe-=nC+nxF-C装置中电流流动方向：电极b电极c隔膜电极d电极aDc电极区和d电极区产生的气体在相同条件下的体积比为3：1【答案】D【分析】原电池内电路中阳离子移向正极、阴离子移向负极，a电极为负极、b电极为正极，负极反应式为Li-e-=Li+，正极反应式为(CFx)n+nxe-nC+nxF-；电解池中，c与原电池的正极相接，为阳极，d与原电池的负极相接，为阴极，电解尿素CO(NH

21、2)2的碱性溶液时，阳极上CO(NH2)2发生失电子的氧化反应生成氮气，电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-CO32-+N2+6H2O，阴极上氢离子发生还原反应生成氢气，电极反应为2H+2e-=H2，据此分析解答。【详解】A根据原电池内电路中锂离子移动方向可知，a电极为负极、b电极为正极，故A正确；B正极b上氟化碳(CFx)n得电子生成C单质，结合电子守恒和电荷守恒可得电极反应为(CFx)n+nxe-nC+nxF-，故B正确；C电流由原电池的正极b流出，经外电路流向负极a，所以装置中电流流动方向：电极b电极c隔膜电极d电极a，故C正确；D电解池中阳极c上的反应为CO(NH2)2-6e

22、-+8OH-CO32-+N2+6H2O，阴极d上的反应为2H+2e-=H2，电子守恒有n(N2):n(H2)=1:3，即相同条件下的体积比为1:3，故D错误；故答案为D。6利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是（ ）A电极b反应式是O2+4e-+2H2O=4OH-B电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变Cc电极上的电极反应式为N2O4-2e-+H2O=N2O5+2H+D甲中每消耗1mol SO2，乙装置中有1mol H+通过隔膜【答案】B【分析】甲装置能自发的进行氧化还原反应且没有外接电源，所以是原电池，a极上二氧化硫失电子为负极，b上氧气得电

23、子为正极，乙属于电解池，与电源的正极b相连的电极c为阳极，N2O4在阳极失电子生成N2O5，d为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气。【详解】A甲装置为原电池，其中a电极为负极、b电极为正极，左侧加入了硫酸，其中的H+可透过质子膜而进入右侧极室，所以右侧极室是酸性的，所以电极反应中不能生成OH-，而应生成水：O2+4e-+4H+=2H2O，A项错误；B乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，左侧为阳极，右侧d电极为阴极，其中盛放了硝酸溶液，发生的反应为：2H+2e-=H2，虽然消耗了H+，但同时有等量的H+从阳极区迁移过来，故溶液的pH不变，B项正确；Cc电极为阳极，发生氧化反应：N2O4-2e-+

24、2HNO3=2N2O5+2H+，C项错误；D. 依据电子转移数相同可知，甲装置的左侧的电极反应式：SO2-2e-+2H2O=4H+SO42-，可知消耗1molSO2电子转移数为2mol，乙装置中阳极N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+，阴极反应为2H+2e-=H2，为了平衡电荷，则有2mol H+通过隔膜，D项错误；答案选B。7利用双离子交换膜电解法可以处理含NH4NO3的工业废水，原理如图所示，下列叙述错误的是ANH4+由b室向c室迁移Bc室得到的混合气体是NH3和H2C阳极反应式为2H2O -4e-=O2+4H+D理论上外电路中流过1mol电子，可处理工业废水中0.5mol N

25、H4NO3【答案】D【分析】根据图像可知，硝酸根离子向a室移动，由此可知左室为阳极室，水失电子生成氧气和氢离子；铵根离子向c室移动，右室为阴极室，水得电子生成氢气和氢氧根离子，溶液碱性变强，导致生成氨气；【详解】A. 根据分析可知，NH4+由b室向c室迁移，A正确；B. c室内水得电子产生氢气和氢氧根离子，使溶液碱性增强，产生氨气，则c室得到NH3和H2，B正确；C. 阳极水失电子，产生氧气和氢离子，反应式为2H2O -4e-=O2+4H+，C正确；D. 理论上外电路中流过1mol电子，可处理工业废水中1mol NH4NO3，D错误；答案为D【点睛】根据图像可知，a室产生硝酸，则硝酸根离子向a

26、室移动，a室温阳极室。8（双选）双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H和OH-。利用双极膜电渗析法和惰性电极电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是AM膜为阴离子交换膜B出口2的产物是盐酸C若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成D电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体【答案】AD【分析】由题给示意图可知，该装置为电解池，左侧与电源负极相连的电极为电解池的阴极，BP双极膜解离出的氢离子在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气，解离出的氢氧根离子进入1室，使1室中溶液电荷不守恒，促

27、使盐室中的钠离子从阳离子交换膜进入1室，则M膜为阳离子交换膜，出口1的产物为氢氧化钠溶液；右侧与电源正极相连的电极为阳极，BP双极膜解离出的氢氧根离子在阳极上失去电子发生氧化反应生成氧气，解离出的氢离子进入2室，使2室中溶液电荷不守恒，促使盐室中的氯离子从阳离子交换膜进入2室，则N膜为阴离子交换膜，出口2的产物为盐酸。【详解】A由分析可知，M膜为阳离子交换膜，故A错误；B由分析可知，出口2的产物为盐酸，故B正确；C若去掉双极膜，浓氯化钠溶液中的氯离子会在阳极上失去电子发生氧化反应生成氯气，则阳极室会有氯气生成，故C正确；D由分析可知，氢离子在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气，氢氧根离子在阳极

28、上失去电子发生氧化反应生成氧气，若电路中每转移1 mol电子，由得失电子数目守恒可得两极共得到气体的物质的量为1 mol+1 mol=0.75mol，故D错误；故选AD。9如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究铜的精炼原理和电镀原理。下列说法正确的是A一段时间后，甲装置中溶液 pH升高B电解一段时间后，乙、丙装置中 CuSO4溶液的浓度均不变C通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为 D丙装置中实现铁片上镀铜，b 应为铁片【答案】D【详解】A甲装置为甲醚燃料电池，电解质显碱性，总反应为CH3OCH3+4OH-+3O2=2CO+5H2O，反应过程中消耗氢氧根，碱性减弱，pH减小，A错误；B电解

29、精炼铜时，阴极反应为Cu2+2e-=Cu，而阳极除了Cu反应还有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等反应，所以乙装置中CuSO4溶液的浓度会发生改变，B错误；C燃料电池中通入氧气的一极发生还原反应，为正极，电解质溶液显碱性，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，C错误；D电镀时，镀层金属阳离子在阴极发生还原反应生成金属单质，所以丙装置中实现铁片上镀铜，b 应为铁片，D正确；综上所述答案为D。10工业吸收H2S气体后的FeCl3溶液的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A溶液M中的溶质为FeCl2B电极a为阴极C电极b上的反应为：D随电解的进行，阴极区溶液

30、pH增大【答案】D【详解】A溶液M为吸收H2S气体后的FeCl3溶液，硫化氢与氯化铁反应生成硫单质、氯化亚铁和HCl，同时还有剩余的氯化铁，故A错误；B由装置可知b电极的反应为硝酸根转变成氮气，得电子的电极应为阴极，则a为阳极，故B错误；C电解质溶液呈酸性，电极b上的反应为：，故C错误；D由b电极的反应可知，反应消耗氢离子，氢离子浓度减小，pH值增大，故D正确；故选：D。11利用甲醇燃料电池进行电解的装置如图1，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后断开K，此时A、B两极上生成等物质的量的气体。丙装置溶液中金属阳离子的物质的量(n)与转移电子的物质的量n(e-)变化关系如图2。下列说法正确的是( )A甲池中负极反应为CH3OH- 6e-+ 6OH-= CO2+ 5H2OB乙池中B电极为阳极C乙池中生成的气体在标准状况下总体积为4.48 LD图2中b线表示的丙池中Cu2+物质的量的变化【答案】C【分析】由图可知，甲池为甲醇燃料电池，通入甲醇的一极为电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，乙