1.高氯酸在化工生產(chǎn)中有廣泛應用,工業(yè)上以NaClO4為原料制備高氯酸的原理如圖所示。下列說法正確的是( )
A.上述裝置中,f極為光伏電池的正極
B.陰極的電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑
C.d處得到較濃的NaOH溶液,c處得到HClO4溶液
D.若轉(zhuǎn)移2 ml電子,理論上生成100.5 g HClO4
2.(2023·廣東六校第三次聯(lián)考)二氧化硫-空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保二位一體的結(jié)合,可以解決酸雨等環(huán)境污染問題,原理如圖所示。下列說法正確的是( )
A.該電池放電時電子流向:Pt1電極→負載→Pt2電極→質(zhì)子交換膜→Pt1電極
B.Pt1電極附近發(fā)生的反應:SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+
C.放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況),理論上可以消除2 ml SO2
D.H+移向Pt1電極,導致Pt2電極附近pH減小
3.(2023·廣東深圳模擬)某科研小組利用下圖裝置完成乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯的同時為用電器供電。其中鋅板處發(fā)生的反應有:①Zn-2e-Zn2+;②Zn2++4OH-[Zn(OH)4]2-;③[Zn(OH)4]2-ZnO+2OH-+H2O。下列說法不正確的是( )
A.電極a的電勢高于電極b的電勢
B.放電過程中正極區(qū)KOH溶液濃度保持不變
C.電極a上發(fā)生的電極反應為C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-
D.電解足量CuSO4溶液,理論上消耗2.24 L(標準狀況)C2H2時,生成6.4 g Cu
4.(2023·陜西榆林聯(lián)考)某微生物燃料電池可用于高濃度有機廢水(有機物以C6H12O6代表)和高濃度硝酸根廢水的凈化,其原理如圖所示。下列說法中不正確的是( )
A.凈化污水時,中間室中Cl-向左室移動
B.每消耗2 ml N,發(fā)生遷移的Na+為12 ml
C.理論上生成CO2的體積大于N2(同溫同壓下)
D.C6H12O6轉(zhuǎn)為CO2過程中會向溶液中釋放H+
5.(2023·廣東茂名二模)一款可充放電固態(tài)鹵離子穿梭電池工作時原理如圖所示,Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室均為HGPE凝膠聚合物電解質(zhì),下列說法正確的是( )
A.放電時,b為正極,發(fā)生還原反應
B.放電時,a電極反應為FeOCl+e-FeO+Cl-
C.交換膜1、2分別為氯離子交換膜和陽離子交換膜
D.充電時,每轉(zhuǎn)移1 ml電子,b電極增重35.5 g
6.(2023·陜西榆林統(tǒng)考二模)三室膜電滲析分離硫酸鋰并回收酸堿的裝置示意圖如圖,下列說法正確的是( )
A.酸堿的濃度:進等于出
B.右側(cè)電極的電極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.裝置工作一段時間后,n(a)∶n(b)=2∶1
D.右側(cè)離子交換膜為陰離子交換膜
7.工業(yè)上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染,模擬工藝如圖所示,寫出電解時鐵電極發(fā)生的電極反應:______________________________。
隨后,鐵電極附近有無色氣體產(chǎn)生,寫出有關(guān)反應的離子方程式: _____________________。
層次2綜合性
8.(2023·廣東大灣區(qū)二模)利用[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-介質(zhì)耦合微生物電化學系統(tǒng)與電催化還原CO2系統(tǒng),既能凈化廢水,又能將CO2向高附加值產(chǎn)物轉(zhuǎn)化,其工作原理示意圖如圖a和圖b所示,下列說法錯誤的是( )
a
b
A.圖a裝置和圖b裝置中的H+都是從左向右移動
B.圖a裝置中甲電極的反應式為CH3COO--8e-+7OH-2CO2↑+5H2O
C.圖b裝置中丙電極的電勢比丁電極高
D.圖b裝置中丁電極中每消耗22.4 L CO2(標準狀況),轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為3.612×1024
9.(2023·陜西渭南統(tǒng)考)同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。它是通過一種物質(zhì)從高濃度狀態(tài)向低濃度狀態(tài)的轉(zhuǎn)移而獲得電動勢。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是( )
A.a電極的電極反應為4H2O+4e-2H2↑+4OH-
B.c、d離子交換膜依次為陰離子交換膜和陽離子交換膜
C.電池放電過程中,Cu(1)電極上的電極反應為Cu2++2e-Cu
D.電池從開始工作時,陰離子交換膜右側(cè)CuSO4溶液的濃度會增大
10.利用電解法將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是( )
A.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移
B.電極b上反應為CO2+8HC-8e-CH4+8C+2H2O
C.電解過程中化學能轉(zhuǎn)化為電能
D.電解時Na2SO4溶液濃度保持不變
11.(2023·寧夏銀川一模)一種將電解池和燃料電池相組合的新工藝,使氯堿工業(yè)節(jié)能超過30%,其原理如圖所示(離子交換膜均為陽離子交換膜)。下列說法錯誤的是( )
A.X為Cl2,Y為H2
B.甲為電解池,乙為燃料電池
C.NaOH溶液濃度:b>a>c
D.燃料電池的正極反應式為H2+2OH--2e-2H2O
12.鉛酸蓄電池是典型的可充電電池,正、負極是惰性材料,電池總反應式為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原):
鉛酸蓄電池示意圖
(1)放電時,正極的電極反應式是 。電解液中H2SO4的濃度將變 ;當外電路通過1 ml電子時,理論上負極板的質(zhì)量增加 g。
(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時,若按如圖連接,電解一段時間后,則在A電極上生成 ,B電極上生成 ,此時鉛酸蓄電池的正、負極的極性將 (填“不變”或“對換”)。
層次3創(chuàng)新性
13.(2024·廣西北海模擬)一種可充電鋅-空氣電池放電時的工作原理如圖所示。已知:Ⅰ室溶液中鋅主要以[Zn(H2O)6]2+的形式存在,并存在電離平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+。下列說法錯誤的是( )
A.放電時,Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+濃度增大
B.放電時,Ⅱ室中的Cl-通過陰離子交換膜進入Ⅰ室
C.充電時,Zn電極的電極反應式為[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O
D.充電時,每生成0.2 ml O2,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少6.4 g
14.(2024·河南豫北名校聯(lián)考)在直流電源作用下,雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-。某技術(shù)人員利用雙極膜(膜c、膜d)電解技術(shù)從含葡萄糖酸鈉(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH),工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A.M電極為陰極
B.③室和④室所得產(chǎn)物相同
C.膜a為陽離子交換膜,膜b為陰離子交換膜
D.N極電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑
第33講 多池(或多室)電化學裝置及分析
1.C 解析 電解時Na+移向陰極區(qū),則f為光伏電池的負極,A項錯誤;電解時,陽極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑,Na+移向陰極區(qū),陽極區(qū)溶液逐漸由NaClO4轉(zhuǎn)化為HClO4,陰極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,陰極區(qū)得到較濃的NaOH溶液,B項錯誤、C項正確;根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒,若轉(zhuǎn)移2ml電子,理論上生成201gHClO4,D項錯誤。
2.C 解析 由圖可知,氧氣得到電子發(fā)生還原反應,故Pt2電極為正極;Pt1電極為負極,二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應生成硫酸,SO2+2H2O-2e-S+4H+。電子不能進入內(nèi)電路,A錯誤;由分析可知,Pt1電極為負極,二氧化硫失去電子發(fā)生氧化反應生成硫酸,SO2+2H2O-2e-S+4H+,B錯誤;根據(jù)電子守恒可知,O2~4e-~2SO2,放電過程中若消耗22.4LO2(標準狀況下1ml),理論上可以消除2mlSO2,C正確;原電池中陽離子向正極移動,故H+移向Pt2電極,D錯誤。
3.B 解析 由圖可知鋅板為負極,所以電極a的電勢高于電極b的電勢,A正確;放電過程中正極區(qū)消耗水,導致KOH溶液濃度增大,B錯誤;電極a上發(fā)生的電極反應為C2H2+2H2O+2e-C2H4+2OH-,C正確;電解硫酸銅時,生成銅的電極反應為Cu2++2e-Cu,理論上消耗2.24LC2H2(標準狀況),即0.1ml,對應電子轉(zhuǎn)移0.2ml,可生成銅6.4g,D正確。
4.B 解析 左室中:C6H12O6失電子產(chǎn)生CO2,C元素化合價升高被氧化,作為原電池的負極,電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+;右室為正極,N得電子產(chǎn)生N2,N元素化合價降低被還原,電極反應式為2N+12H++12e-N2↑+6H2O。在原電池中,陰離子向負極移動,即Cl-向左室移動,A正確;根據(jù)2N+12H++12e-N2↑+6H2O可知,消耗2mlN的同時,消耗12mlH+,即有10ml負電荷多余,需要10mlNa+來補充,所以發(fā)生遷移的Na+為10ml,B不正確;使得失電子守恒,則有6CO2~2N2,生成6mlCO2的同時生成2mlN2,n(CO2)>n(N2),所以V(CO2)>V(N2),C正確;C6H12O6轉(zhuǎn)為CO2過程中電極反應為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,有H+產(chǎn)生,D正確。
5.B 解析 如圖,Ⅲ室中b極為鋰電極,為放電時的負極,發(fā)生反應:Li-e-+Cl-LiCl,Cl-通過交換膜2移向Ⅲ室,交換膜2為陰離子交換膜,a極為放電時的正極,發(fā)生反應:FeOCl+e-FeO+Cl-,Cl-通過交換膜1移向Ⅱ室。b極為鋰電極,為放電時的負極,發(fā)生氧化反應:Li-e-+Cl-LiCl,A錯誤;a極為放電時的正極,發(fā)生反應:FeOCl+e-FeO+Cl-,B正確;交換膜1和交換膜2均為氯離子交換膜,C錯誤;充電時,b極發(fā)生反應:LiCl+e-Li+Cl-,LiCl→Li,質(zhì)量減少,每轉(zhuǎn)移1ml電子,b電極減少35.5g,D錯誤。
6.B 解析 三室膜電滲析分離硫酸鋰并回收酸堿,由圖可知,中間室離子向兩側(cè)遷移,右側(cè)得到氫氧化鋰、左側(cè)得到硫酸,則右側(cè)電極為陰極,水放電發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根離子;左側(cè)電極為陽極,水放電發(fā)生氧化反應生成氧氣和氫離子。由分析可知,左室有生成的氫離子和遷移過來的硫酸根離子,硫酸濃度變大;右室有生成的氫氧根離子和遷移過來的鋰離子,氫氧化鋰濃度變大,A錯誤;右側(cè)電極水放電發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根離子,電極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑,B正確;由分析可知,a為生成的氧氣、b為生成的氫氣,根據(jù)電子守恒可知,生成氣體n(a)∶n(b)=1∶2,C錯誤;右側(cè)離子交換膜可以讓鋰離子通過,為陽離子交換膜,D錯誤。
7.答案 Fe-2e-Fe2+ 2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O
解析 根據(jù)電解原理,陽離子向陰極移動,由裝置圖可知,A為電源的正極,B為電源的負極,鐵作陽極,電極反應式為Fe-2e-Fe2+;N在酸性條件下具有強氧化性,能將Fe2+氧化,本身被還原成N2,其反應的離子方程式為2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。
8.B 解析 由圖可知,甲極發(fā)生氧化反應生成二氧化碳,為負極,則乙為正極;丙極發(fā)生氧化反應生成[Fe(CN)6]3-,為陽極,則丁為陰極。a中氫離子向正極右側(cè)遷移,b中氫離子向陰極右側(cè)遷移,A正確;a裝置中甲電極上乙酸根離子失去電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳,反應式為CH3COO--8e-+2H2O,B錯誤;圖b裝置中丙電極為陽極、丁電極為陰極,則丙的電勢比丁電極高,C正確;圖b裝置中丁電極上二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇,電子轉(zhuǎn)移情況為CO2~6e-,則每消耗22.4LCO2(標準狀況下為1ml),轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為6×6.02×1023=3.612×1024,D正確。
9.B 解析 左側(cè)的濃差電池中,Cu(1)電極為正極,電極反應為Cu2++2e-Cu,Cu(2)電極為負極,電極反應為Cu-2e-Cu2+;右側(cè)的電解池中,NaOH在a電極處產(chǎn)生,獲得濃NaOH溶液和H2,H2SO4在b電極處產(chǎn)生,獲得較濃的硫酸和O2,則a電極為陰極,電極反應式為4H2O+4e-2H2↑+4OH-,b電極為陽極,電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑。由分析可知,a電極為陰極,電極反應式為4H2O+4e-2H2↑+4OH-,A正確;由分析可知,OH-在a電極上產(chǎn)生,并獲得濃NaOH溶液,H+在b電極上產(chǎn)生,并獲得較濃的硫酸,則c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜,B錯誤;電池放電過程中,Cu(1)電極為正極,電極反應為Cu2++2e-Cu,C正確;電池放電過程中,左側(cè)c(Cu2+)逐漸減小,右側(cè)c(Cu2+)逐漸增大,右側(cè)CuSO4溶液的濃度會增大,D正確。
10.A 解析 由a極生成O2可以判斷電極a為陽極,電極b為陰極,陽離子向陰極流動,則H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移,A正確;電極b上的反應為CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O,B錯誤;電解過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能,C錯誤;電解時OH-比S更容易失去電子,所以電解Na2SO4溶液的實質(zhì)是電解水,溶液中的水發(fā)生消耗,Na2SO4溶液的濃度增大,D錯誤。
11.D 解析 根據(jù)題意分析可知,甲是電解池,乙是燃料電池。電解池中,左側(cè)電極為陽極,氯離子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氯氣(X),右側(cè)電極為陰極,水在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成氫氣(Y),鈉離子通過陽離子交換膜由左向右移動;燃料電池中,左側(cè)電極為負極,氫氣在氫氧根離子作用下失去電子發(fā)生氧化反應生成水,右側(cè)電極為正極,氧氣和水在正極得到電子發(fā)生還原反應生成氫氧根離子,鈉離子通過陽離子交換膜由左向右移動。X為氯氣、Y為氫氣,A正確;甲為電解池,乙為燃料電池,B正確;燃料電池中,氫氣在負極放電消耗氫氧根離子,氧氣在正極放電生成氫氧根離子,則氫氧化鈉溶液質(zhì)量分數(shù)的大小為b>a>c,C正確;燃料電池的負極發(fā)生失電子的氧化反應,電極反應式為H2+2OH--2e-2H2O,D錯誤。
12.答案 (1)PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O 小 48 (2)Pb PbO2 對換
解析 (1)根據(jù)總反應式可知放電時,正極PbO2得到電子,電極反應式是PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,負極電極反應式是Pb+S-2e-PbSO4;由反應式知放電時消耗H2SO4,則H2SO4濃度變小;當外電路通過1ml電子時,理論上負極板的質(zhì)量增加0.5ml×96g·ml-1=48g。(2)若按題圖連接,B為陽極,失去電子發(fā)生氧化反應,A為陰極,得到電子發(fā)生還原反應,B電極上發(fā)生的反應為PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S,A電極發(fā)生的反應為PbSO4+2e-Pb+S,所以A電極上生成Pb,B電極上生成PbO2,此時鉛酸蓄電池的正、負極的極性將對換。
13.D 解析 放電時,該裝置為原電池,通入O2的Pt/C電極是正極,電極反應式為O2+4e-+2H2O4OH-,Zn電極為負極,電極反應式為Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,[Zn(H2O)6]2+濃度增大,電離平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移動,導致Ⅰ室溶液中[Zn(H2O)5(OH)]+的濃度增大,A正確;放電時,Ⅱ室中的Na+通過陽離子交換膜進入Ⅲ室,Ⅱ室中的Cl-通過陰離子交換膜進入Ⅰ室,B正確;充電時,Zn電極為陰極,其電極反應式為[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O,C正確;充電時,Pt/C電極為陽極,電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O,每生成1mlO2轉(zhuǎn)移4ml電子,同時有4mlNa+通過陽離子交換膜進入Ⅱ室,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少32g+4ml×23g·ml-1=124g,故充電時每生成0.2mlO2,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少24.8g,D錯誤。
14.B 解析 題給裝置是在直流電源作用下高效制備葡萄糖酸和NaOH。由圖可知,M由極為陰極,電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,左側(cè)葡萄糖酸鈉溶液中鈉離子透過膜a向左側(cè)遷移,葡萄糖酸根離子透過膜b向右側(cè)遷移,故膜a為陽離子交換膜,膜b為陰離子交換膜,水解離出的氫離子經(jīng)過膜c向左側(cè)遷移,膜c為陽離子交換膜,N電極為陽極,電極反應式為2H2O-4e-O2↑+4H+,右側(cè)葡萄糖酸鈉溶液中葡萄糖酸根離子透過膜f向右側(cè)遷移,鈉離子透過膜e向左側(cè)遷移,故膜e為陽離子交換膜,膜f為陰離子交換膜,水解離出的氫氧根離子經(jīng)過膜d向右側(cè)遷移,膜d為陰離子交換膜。M電極為陰極,A正確;葡萄糖酸根離子透過膜b向右側(cè)遷移,水解離出的氫離子經(jīng)過膜c向左側(cè)遷移,③室產(chǎn)生葡萄糖酸;鈉離子透過膜e向左側(cè)遷移,水解離出的氫氧根離子經(jīng)過膜d向右側(cè)遷移,④室產(chǎn)生氫氧化鈉,兩室產(chǎn)物不相同,B錯誤;膜a為陽離子交換膜,膜b為陰離子交換膜,C正確;N電極為陽極,電極反應式為2H2O-4e-O2↑+4H+,D正確。

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