2024届高三新高考化学大一轮专题练习---电解池

这是一份2024届高三新高考化学大一轮专题练习---电解池，共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
2024届高三新高考化学大一轮专题练习---电解池
一、单选题
1．（2023·上海崇明·统考二模）一种新型人工固氮的原理如图所示，下列叙述不正确的是

A．反应①中每生成1molLi3N转移电子数为3NA
B．反应①②③均为氧化还原反应
C．反应③中O2为氧化产物
D．整个过程的总反应可表示2N2 + 6H2O = 4NH3 + 3O2
2．（2023秋·浙江·高三期末）下列有关实验的操作、现象和结论都正确的是
选项
实验操作
现象
结论
A
测量熔融状态下NaHSO4的导电性
能导电
熔融状态下NaHSO4能电离出Na+、H+、
B
用熔融氯化铝做导电性实验
电流指针不偏转
氯化铝是非电解质
C
将25℃0.1mol/L的Na2SO3溶液加热到40℃，用传感器监测溶液pH变化
溶液的pH逐渐减小
温度升高，的水解增大程度大于水的电离增大程度，
D
分别用惰性电极电解CuCl2溶液和NaCl溶液
CuCl2溶液中阴极附着红色固体，NaCl溶液阴极产生无色气体
得电子能力： Cu2+>H+>Na+

A．A B．B C．C D．D
3．（2023·湖南长沙·高三湖南师大附中校考阶段练习）聚合硫酸铁是一种性能优越的无机高分子混凝剂，利用双极膜(BP)(由一张阳膜和一张阴膜复合制成，在直流电场作用下将水分子解离成和，作为和离子源)电渗析法制备PFS的装置如图所示，下列说法正确的是

A．Y极上发生的电极反应为
B．“室1”和“室3”得到PFS
C．“室2”和“室4”产品为溶液
D．双极膜向“室2”和“室4”中提供
4．（2023秋·浙江·高三期末）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是

A．金属Ag可作为a电极的材料
B．改变工作电源电压，反应速率不变
C．b电极为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少
5．（2023春·安徽·高三校联考阶段练习）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法错误的是

①X是负极，Y是正极
②若用右侧装置(电解液改为溶液)在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处
③溶液的酸性先增强，当铜电极有气泡产生时，此后一段时间酸性会继续增强
④若用右侧装置(电解液改为溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在b处
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
6．（2023·北京·高三专题练习）锌铁液流电池由于安全、稳定、电解液成本低等优点成为电化学储能热点技术之一，下图为以和作为电极氧化还原电对的碱性锌铁液流电池放电时工作原理示意图。

下列说法不正确的是
A．放电过程中，左侧池中溶液pH逐渐减小
B．放电过程中，总反应为
C．充电过程中，阴极的电极反应为
D．充电过程中，当2 mol 通过PBI膜时，导线中通过1 mol
7．（2023·河北·统考模拟预测）科学家研制了一种全氯无膜液流电池的装置如图所示，该电池因无膜而具有很高的电压效率。下列说法错误的是

A．该电池因选用溶解而无需离子交换膜
B．用该电池电解精炼铜，放电时，阳极溶解64g铜Cu
C．充电时，向电极b迁移，并在b极生成
D．充电时，电极a的反应为
8．（2023·全国·高三专题练习）我们要给子孙后代留下绿水青山等美好生态环境，就必须对污水进行处理。用电解法(图I)可以对同时含有和的生活污水进行处理，除去的原理如图II所示，除的方法是将其转化为Fe3(PO4)2沉淀。实验室在和联合脱除过程中，测得溶液pH变化如图III所示。

下列说法不正确的是
A．在0 ~ 20 min时， a为电源的负极
B．除时，阳极反应为：2 - 6e-= N2↑+8H+
C．除：时，阴极附近的pH增大
D．除的总反应离子方程式为：3Fe + 6H+ + 2= Fe3(PO4)2 ↓+3H2↑
9．（2023春·海南海口·高三海南中学校考阶段练习）钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠-空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是

A．放电时，M为阴极
B．放电时，N电极发生的电极反应为
C．充电时，每转移，N电极减轻
D．该电池的比能量比锂离子电池低
10．（2023春·湖南长沙·高三湖南师大附中校考阶段练习）从废旧锌锰电池处理后的废料[含MnO2、MnOOH、Zn(OH)2、Fe等]制备Zn和MnO2的一种工艺流程如图：

已知：Mn的金属活动性强于Fe，Mn2+在pH大于5.5时易被氧化。
下列说法不正确的是
A．“还原焙烧”的主要作用是还原Mn元素，有利于“酸浸”时溶出
B．“酸浸”过程中适当加热，主要目的是加快浸取速率
C．“净化”时应该先通氧气氧化亚铁离子，后加入MnCO3调节溶液的pH，使Fe3+沉淀
D．“电解”时阳极反应式为Mn2+-2e-+4OH-=MnO2+2H2O
11．（2022·辽宁锦州·统考一模）双极膜(CM/AM)在电场作用下能将水解离为H+和OH-，用双极膜电解槽电解糠醛()溶液制备糠醇()和糠酸盐()时，MnO2/MnOOH在电极与糠醛之间传递电子，电解过程如图所示。下列说法错误的是

A．通电时双极膜将水解离出的向电极方向移动
B．接直流电源负极，糠醛在阴极表面得到电子被还原为糠醇
C．生成糠酸盐的反应为+MnO2+OH-=+MnOOH
D．电解时，阳极的反应为
12．（2023·天津滨海新·高三校联考开学考试）利用电化学方法可实现二氧化碳的资源化利用。我国科学家采用单原子和纳米作串联催化剂，通过电解法将转化为乙烯。该原理示意图如下，下列说法错误的是

A．电解过程中溶液浓度保持不变
B．电极a连接电源的负极
C．纳米催化剂上发生反应：
D．离子从左侧穿过阴离子交换膜进入右侧

二、多选题
13．（2023·全国·高三专题练习）目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源匮乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法错误的是

A．a是直流电源的正极
B．电极M处产生的气体X为氯气
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．出口I、Ⅱ分别接收NaCl浓溶液、淡水
14．（2023秋·黑龙江哈尔滨·高三哈师大附中校考期末）已知某反应中的四种物质：、、、，将该反应设计成的原电池如图甲所示、设计成的电解池如图乙所示。乙烧杯中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量关系如图丙，下列判断正确的是

A．溶液X中含有和
B．原电池工作时，盐桥中的阴离子不断进入X溶液中
C．图丙中③线是的变化
D．甲、乙两装置中的电极上均发生氧化反应

三、非选择题
15．（2023秋·重庆沙坪坝·高三重庆南开中学校考期末）铁和铁的化合物在生活、生产、国防建设中有广泛的应用。请回答下列有关问题：

(1)在不同酸性介质中，金属铁的腐蚀原理并不相同，如图是在密闭容器中，生铁在和的盐酸中容器内压强随时间的变化过程。其负极反应式为_______；代表的曲线是_______(填“x”或“y”)。
(2)高铁酸钾()是一种新型非氯高效消毒剂。用下图所示的装置可以制取。

①该化合物中铁元素的化合价为_______；净水时，起絮凝作用的原理是_______(结合化学用语和文字说明)。
②铅酸蓄电池的正极反应式为_______；该装置中，若外电路转移了，理论上消耗物质的量为_______。
③隔膜最好是交换膜_______(填“阳离子”或“阴离子”)：电解时阳极附近的_______(填“增大”“减小”或“不变”)，阳极的电极反应式为_______。
16．（2023·全国·高三专题练习）按要求回答下列问题。
(1)有人研究了用电化学方法把转化为，其原理如图1所示：

则图中A电极接电源_______极。已知B电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反应式为_______。
(2)以连二亚硫酸盐为还原剂脱除烟气中的，并通过电解再生，装置如图2所示。阴极的电极反应式为_______，电解槽中的隔膜为_______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。

(3)甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛进行含量检测及污染处理。某甲醛气体传感器的工作原理如图3所示，b极的电极反应式为_______，当电路中转移电子时，传感器内参加反应的甲醛为_______。

17．（2023·全国·高三专题练习）高铁酸钾被称为“绿色化学试剂”，在酸性至弱碱性条件下不稳定；溶液呈紫红色，具有强氧化性，与反应时，溶液颜色会逐渐褪去，并出现红褐色沉淀。
(1)可用于自来水处理，其原理是_______。
(2)电解法可制得，装置如图所示，阳极电极反应式为_______。若电解质溶液中混有少量杂质，电解效果会显著降低，其原因是_______。

18．（2023秋·广东湛江·高三统考期末）某化学兴趣小组设计如图所示装置来研究电化学知识。其中A、B为石墨电极。

回答下列问题：
(1)闭合开关K，甲装置是______(填“原电池”或“电解池”)，并写出甲装置总反应的离子反应方程式______，一段时间后，甲装置电解质溶液pH______(填“增大”或“减小”)。
(2)当乙有0.4 mol电子通过电路时，发现B极增重6.4 g，则B极上发生的电极反应式为______，______。要使电解液恢复为原状态需加入物质______(填化学式)
(3)丙装置为氯碱工业，则W的物质为______，则电极材料为Fe电极的是______(填“C”或“D”)。

参考答案：
1．B
【分析】由图可知，反应①为氮气与锂反应生成氮化锂，反应②为氮化锂与水反应生成氨气和氢氧化锂，反应③为电解氢氧化锂生成锂、氧气和水，整个过程的总反应为氮气与水反应生成氨气和氧气。
【详解】A．由分析可知，反应①为氮气与锂反应生成氮化锂，则反应生成1mol氮化锂，转移电子数为1mol×3×NAmol—1=3NA，故A正确；
B．由分析可知，反应②为氮化锂与水反应生成氨气和氢氧化锂，反应中没有元素发生化合价变化，属于非氧化还原反应，故B错误；
C．由分析可知，反应③为电解氢氧化锂生成锂、氧气和水，反应中氧元素的化合价升高被氧化，氧气是反应的氧化产物，故C正确；
D．由分析可知，整个过程的总反应为氮气与水反应生成氨气和氧气，反应的方程式为2N2 + 6H2O = 4NH3 + 3O2，故D正确；
故选B。
2．D
【详解】A．熔融状态下NaHSO4电离出Na+和，A项错误；
B．AlCl3是电解质，用熔融氯化铝做导电性实验电流指针不偏转，说明AlCl3是共价化合物，B项错误；
C．温度升高溶液的pH逐渐减小，说明c(H+)增大，故的水解增大程度小于水的电离增大程度，C项错误；
D．电解CuCl2溶液，其阴极发生，电解NaCl溶液，其阴极发生，故得电子能力Cu2+>H+>Na+，D项正确。
答案选D。
3．D
【分析】该装置为电解池装置，根据室4中硫酸根的移动方向，判断X极为阳极，Y极为阴极。X极进入物质为硫酸钾，水在阳极反应生成氧气和氢离子，BP膜中氢氧根与产生的氢离子生成水，故X极出去的物质仍为硫酸钾；室3和室4为重复的单元，故室1和室3、室2和室4产物相同。室1进入的物质为稀的硫酸溶液，BP膜产生氢离子，室2中的硫酸根通过阴膜进入室1，故产品室l的产物为硫酸；室2中进入的溶液为硫酸铁溶液，BP膜在室2产生氢氧根，故室2产物为PFS。
【详解】A．该装置为电解池装置，根据室4中硫酸根的移动方向，判断X极为阳极，Y极为阴极，Y极上发生的电极反应为，A错误；
B．室1进入的物质为稀的硫酸溶液，BP膜产生氢离子，室2中的硫酸根通过阴膜进入室1，故产品室l的产物为硫酸；室2中进入的溶液为硫酸铁溶液，BP膜在室2产生氢氧根，故室2产物为PFS，B错误；
C．室2中进入的溶液为硫酸铁溶液，BP膜在室2产生氢氧根，故室2产物为PFS，室2和室4产物相同，C错误；
D．Y极为阴极，Y极上发生的电极反应为，所以双极膜向“室2”和“室4”中提供，D正确；
故选D。
4．C
【详解】A．由图可知固体氧化物电解质的O2-,在a极失电子生成氧气，故a为阳极，若金属Ag作为a电极的材料，则电极Ag失电子，不符合题意，A错误；
B．改变工作电源电压，电流强度发生改变，反应速率会改变，B错误；
C．由图可知b极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为：2N2+6H2O+12e-=4NH3+6O2-，C正确；
D．电解过程中，阴极电极反应式为,2N2+6H2O+12e-=4NH3+6O2-，阳极反应式为：6 O2--12 e-=3O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；
故选C。
5．C
【分析】a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，则b极上水放电得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，b为阴极，与之相连的Y为负极，则a为阳极、X为正极、Pt极为阳极、Cu为阴极；
【详解】①由分析可知，X是正极，Y是负极，错误；
②若用右侧装置(电解液改为溶液)在钥匙上镀铜，则镀件钥匙应该作为阴极，故放在b处，正确；
③溶液开始电解生成铜单质和氢离子，溶液酸性先增强；当铜电极有气泡产生时，此时本质为电解水，使得生成硫酸浓度变大，此后一段时间酸性会继续增强，正确；
④若用右侧装置(电解液改为溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在阳极a处，错误；
故选C。
6．D
【分析】由图可知，Zn失去电子生成，则Zn极为负极，电极方程式为：，惰性电极为正极， 得到电子生成，电极方程式为：+e-=，以此解答。
【详解】A．由分析可知，Zn极为负极，电极方程式为：，则左侧池中OH-通过PBI膜进入右侧池，左侧池中OH-浓度降低，酸性增强，pH逐渐减小，故A正确；
B．由分析可知，负极电极方程式为：，正极电极方程式为：+e-=，则总反应为，故B正确；
C．充电过程中，阴极转化为Zn，电极方程式为：，故C正确；
D．充电过程中，当2 mol 通过PBI膜时，导线中通过2 mol ，故D错误；
故选D。
7．B
【分析】根据装置图可知，放电时为原电池，氯气得电子生成氯离子，则b电极为正极，a电极为负极，充电时，为电解池，b为阳极，a为阴极，据此分析。
【详解】A．Cl2易溶于CCl4，但Na+不溶于CCl4，所以用CCl4溶解Cl2就无需离子交换膜，故A正确；
B．电解精炼铜时，粗铜作阳极，阳极可能有、等活泼金属放电，所以1molCl2放电时，转移2mol电子，阳极不一定溶解1mol即64gCu，故B错误；
C．充电时，b为阳极，Cl-向电极b迁移，并在b极生成Cl2，故C正确；
D．充电时，电极a为阴极，电极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3，故D正确；
答案为B。
8．B
【分析】由图可知，除NH时，阴极是H2O放电，阳极是Cl-放电；除PO时，铁就作阳极，铁失电子生成亚铁离子，与磷酸根产生沉淀，阴极为石墨，氢离子得电子生成氢气。
【详解】A．0-20min，若a作负极，石墨就作阳极，阳极Cl-放电生成Cl2，Cl2和水反应生成HCl和HClO，溶液酸性增强，pH降低，与图像相符，故A正确；
B．除NH时，阳极是Cl-放电，故B错误；
C．除NH时，阴极是H2O放电，局部产生大量OH-，阴极附近的pH增大，故C正确；
D．除PO时，铁就作阳极，铁失电子生成亚铁离子，与磷酸根产生沉淀，阴极为石墨，氢离子得电子生成氢气，总离子反应式为：3Fe + 6H+ + 2= Fe3(PO4)2 ↓+3H2↑，故D正确；
故选B。
9．D
【详解】A．放电时，失电子，M为负极，A错误；
B．放电时，N电极发生的电极反应为，原选项中电荷也没配平，B错误；
C．充电时，N电极的反应为，每转移 1mole- ，失重，C错误；
D．比能量指的是单位质量输出电能的多少，mgLi转移电子，mgNa转移电子，因此相同质量的锂离子电池比能量比钠离子电池高，D正确；
故答案为D。
10．D
【分析】废料中加入过量的炭黑，还原焙烧，锰元素变成二价锰离子，酸浸时得到锰离子、锌离子和亚铁离子，过量的碳黑不溶于酸，过滤变成滤渣，溶液中需要除去亚铁离子，应将亚铁离子氧化为铁离子以氢氧化铁沉淀形成分离除去，但是需要注意二价锰离子在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O2氧化，所以应先通入氧气，后加入碳酸锰调节溶液的pH值并控制二价锰离子不被氧化，最后通过电解，锌离子得到电子在阴极生成锌，二价锰离子在阳极失去电子生成二氧化锰；
【详解】A．“还原焙烧”中MnO2、MnOOH分别与炭黑反应，2MnOOH+C2MnO+CO↑+H2O↑、 MnO2+CMnO+CO↑，反应中锰元素被还原为MnO，MnO能和酸反应有利于“酸浸”时溶出，A正确；
B．“酸浸” 过程中适当加热，能加快浸取速率，B正确；
C．根据以上分析，加入碳酸锰调节溶液的pH值，将杂质Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，C正确；
D．由图可知电解阳极锰离子失去电子发生氧化反应产生二氧化锰，则阳极电极反应式为，D错误；
故选D。
11．C
【分析】由题干电解过程图示可知，X极上是将糠醛转化为糠醇，发生了还原反应，故X为阴极，与电源的负极相连，则Y为阳极，与电源的正极相连，故电流方向即正电荷移动方向为有Y流向X，故双极膜（CM/AM）在电场作用下能将水解离为H+和OH-，H+流向X极，OH-移向Y极，X极电极反应为：+2H++2e-=，Y极的电极反应为：MnOOH-e-+OH-=MnO2+H2O，然后生成的MnO2将糠醛氧化为糠醛酸盐，反应为：+2MnO2+OH-→+2MnOOH，据此分析解题。
【详解】A．通电时双极膜将水解离为H+和OH-，阳离子向阴极移动；X极糠醛溶液生成糖醇发生了还原反应，则X极为阴极；所以H+向X电极方向移动，A正确；
B．由分析可知，X极的糠醛发生了还原反应被还原生成糖醇，为阴极，接电源的负极，B正确；
C．生成糠酸盐的反应：+2MnO2+OH-→+2MnOOH，C错误；
D．电解时MnOOH在阳极上失电子发生氧化反应生成MnO2，电极反应式为MnOOH-e-+OH-═MnO2+H2O，D正确；
故答案为：C。
12．A
【分析】电极a实现了CO2→CO→C2H2的转化，C的化合价由+4价变为-2价，化合价降低，发生的是还原反应，所以电极a为阴极，与电源负极相连，电极b为阳极，与电源正极相连。
【详解】A．电解过程中总反应方程式为：，电解过程消耗水，KOH溶液浓度增大，故A错误；
B．根据分析，电极a为阴极，与电源负极相连，故B正确；
C．由图知纳米Cu催化剂上发生的反应为CO转化为乙烯，氢元素由电解质溶液中的水提供，则反应为：，生成OH—导致溶液的pH会增大，故C正确；
D．根据分析，左侧为阴极，右侧为阳极，离子从阴极穿过阴离子交换膜进入阳极，故D正确；
故答案选A。
13．CD
【详解】A．据图N极生成氢气，可判断b为电源负极，a极与电极M相连，是直流电源的正极，A正确；
B． a为直流电源的正极，电极M为阳极，溶液中氯离子失去电子，可知X为Cl2，B正确；
C．电极N区制备NaOH，Na+通过膜st移入阴极区，溶液中的Cl-通过膜pq移入阳极区，同时Cl-在阳极区放电生成Cl2，阳极区NaCl浓度保持不变，C错误；
D．出口I、Ⅱ分别接收淡水、浓NaCl溶液，D错误；
故选CD。
14．AD
【分析】某反应中的四种物质：、、、，根据氧化性Fe3+>Cu2+，可知放电时反应方程式为2+=+2。
【详解】A．根据反应2+=+2，石墨为正极、铜为负极，溶液X中含有和，故A正确；
B．根据反应2+=+2，原电池工作时，石墨为正极、铜为负极，盐桥中的阳离子不断进入X溶液中，故B错误；
C．电路中转移2mol电子，、Fe2+的变化量为2mol，Cu2+的变化量为1mol，所以图丙中③线是Cu2+的变化，故C错误；
D．甲装置为原电池，铜为负极，乙装置为电解池，根据图丙，Cu2+的物质的量增加，可知Cu是阳极，甲、乙两装置中的电极上均发生氧化反应，故D正确；
选AD。
15．(1) y
(2) +6 在消毒杀菌时被还原成，水解，，有絮凝作用 阴离子 减小

【详解】（1）生铁在和的盐酸中发生析氢腐蚀，铁做负极，故电极反应为；气体增多导致体系的压强增大，气体减少导致体系的压强减小，结合溶液的大小分析判断酸性较强时即生成氢气的速率更快，压强增大更多，故曲线x为，曲线y为。
（2）①中Fe的化合价为+6价，在消毒杀菌时被还原成，水解，，有絮凝作用；
②原电池反应中Pb元素化合价升高的在负极失电子发生氧化反应，PbO2中元素化合价降低的是在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为：；铅蓄电池的电池总反应式为：Pb+，Pb元素由0价上升到+2价，该装置中，若外电路转移了，消耗了0.5molPb，由方程式可知理论上消耗物质的量为；
③由图可知，电解时阳极为电极，失去电子发生氧化反应生成，电极反应为，阳极发生反应时需要消耗，故离子交换膜选用阴离子交换膜，由电极反应可知每当阳极反应消耗时仅定向转移到阳极，故阳极附近的将减小。
16．(1) 负
(2) 阳
(3) 3

【详解】（1）该装置中， A 电极上CO2转化为CH3OH发生得电子的还原反应，说明 A电极为阴极，连接电源的负极，则 B电极为阳极，发生失电子的氧化反应，在水溶液中，阳极上的电极反应式为：。
（2）阴极上亚硫酸根离子得电子生成，电极反应式为，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，右侧的氢离子通过离子交换膜进入左侧，所以电解池中的隔膜为阳离子交换膜。
（3）由图可知，甲醛气体传感器为原电池原理，b极为负极，甲醛发生氧化反应生成，电极反应式为；由反应式可知，当电路中转移电子时，传感器内参加反应的甲醛为。
17．(1)高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒，且自身被还原为，水解生成的胶体能吸附水中悬浮的杂质而使其沉降
(2) 随着电解的进行，生成的与溶液中反应生成，沉淀覆盖在铁电极表面，阻碍电解反应的进一步进行

【详解】（1）中铁元素为+6价，具有强氧化性，能用于自来水的杀菌消毒，其还原产物为，水解生成的胶体能吸附水中悬浮的杂质而使其沉降，因此可以用于自来水处理；
（2）该装置为电解池，Fe转化为，发生氧化反应，则Fe棒为阳极，阳极反应为；
若电解质溶液中混有少量杂质，电解效果会显著降低，其原因是随着电解的进行，生成的与溶液中反应生成，沉淀覆盖在铁电极表面，阻碍电解反应的进一步进行。
18．(1) 原电池 减小
(2) Cu2++2e- =Cu 2H2O+2e-=2OH-+H2↑ Cu(OH)2(或和H2O)
(3) 饱和食盐水 D

【分析】闭合开关后，甲装置中，左侧Pt电极加入燃料甲醇，右侧Pt电极通入助燃剂O2，所以甲装置为原电池，乙、丙装置为电解池，且A、C为阳极，B、D为阴极。
【详解】（1）根据装置图甲中明显的燃料物质甲醇和O2在两极的信息，可知甲为原电池；甲醇燃烧生成的二氧化碳在碱性环境中转化为碳酸盐，总反应为；根据总反应方程式可知，一段时间后体系内OH-被消耗，c(OH-)降低，pH减小；答案为：原电池；；减小。
（2）当乙中有0.4mol电子通过时，理论上阴极生成0.2mol Cu，但实际上溶液中只有0.1mol Cu2+，Cu2+不足，则阴极生成的铜为0.1mol，阴极上接着由水中的H+放电生成H2，故阴极的电极反应有Cu2++2e- =Cu、2H2O+2e-=2OH-+H2↑；根据电子转移的物质的量，可知阴极得到0.1mol Cu，且还有0.2mol水被电解，因此要使电解液恢复为原状态需加入物质是Cu(OH)2(或和H2O)。答案为：Cu2++2e- =Cu；2H2O+2e-=2OH-+H2↑；Cu(OH)2(或和H2O)。
（3）氯碱工业，即电解饱和食盐水，所以W为饱和食盐水；阳极要生成氯气，必须为惰性材料，则活泼电极Fe为阴极，故选D；答案为：饱和食盐水；D。