2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练37多池多室的电化学装置

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1．(2024·阳江模拟)某化学小组构想用电化学原理回收空气中二氧化硫中的硫，同时将地下水中的硝酸根离子进行无害化处理，工作原理示意图如下。下列有关说法错误的是( )
A．Mg电极为负极，Pt1为阳极
B．乙池中NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 在Pt1电极上发生还原反应
C．碳纳米管析出硫的电极反应为SO2＋4e－===S＋2O2－
D．Pt2电极上可能产生H2，周围pH增大
解析：选B。A．由题图可知，甲池为原电池，镁为负极，碳纳米管为正极，乙池为电解池，Pt1 为阳极，故A正确；B．乙池为电解池，Pt2为阴极，硝酸根离子在Pt2电极上得电子生成氮气，发生还原反应，故B错误；C．碳纳米管为正极，电极反应为SO2＋4e－===S＋2O2－，故C正确；D．Pt2为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和氢氧根离子，水也可能放电生成氢气和氢氧根离子，周围pH增大，故D正确。
2．Al-H2O2 电池的总反应为2Al＋3HO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋3H2O===2[Al(OH)4]－＋OH－。现以Al-H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(装置2中隔膜仅阻止气体通过，b、c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是( )
A．Al电极为负极，c电极为阴极
B．装置1中OH－移向b电极
C．c电极的电极反应为CO(NH2)2－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋N2↑＋6H2O
D．通电一段时间后，若Al电极的质量减少5.4 g，则d电极产生6.72 L H2
解析：选C。A．根据题图可知，Al电极为负极，c电极为阳极，故A错误；B．装置1中OH－应移向原电池的负极(Al电极)，故B错误；C．c电极为阳极，电极反应为CO(NH2)2－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋N2↑＋6H2O，故C正确；D．若Al电极的质量减少5.4 g，即消耗0.2 ml Al，转移0.6 ml电子，则d电极上产生0.3 ml H2，在标准状况下的体积为6.72 L，故D错误。
3．(2024·河源调研)科学家发明了一种Mg-PbO2电池，电解质为Na2SO4、H2SO4、NaOH，通过M和N两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域(已知：a>b)，装置如图。下列说法不正确的是( )
A．Na＋通过M膜移向B区，离子交换膜N为阴离子交换膜
B．B区域的电解质溶液浓度逐渐减小
C．放电时，Mg电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2
D．消耗2.4 g Mg时，C区域电解质溶液减少16.0 g
解析：选B。由题图和题给信息可知，镁电极为原电池的负极，碱性条件下镁失去电子生成氢氧化镁，电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2，A区溶液中氢氧根离子浓度减小，A区钠离子通过阳离子交换膜M进入B区；二氧化铅为正极，酸性条件下二氧化铅在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O，C区溶液中消耗氢离子的物质的量大于硫酸根离子的物质的量，故C区溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜N进入B区，B区中硫酸钠溶液的浓度增大，A、C正确，B错误。原电池工作时，消耗2.4 g镁，转移电子的物质的量为 eq \f(2.4 g,24 g·ml－1) ×2＝0.2 ml，C区消耗0.4 ml氢离子、0.1 ml硫酸根离子，同时有0.1 ml硫酸根离子移向B区，相当于溶液中减少0.2 ml硫酸，同时生成0.2 ml水，故C区实际减少的质量为0.2 ml×98 g·ml－1－0.2 ml×18 g·ml－1＝16.0 g，D正确。
4．利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如下图所示，下列说法不正确的是( )
A．电解池中阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．该离子交换膜为阴离子交换膜，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 由左池向右池迁移
C．该光伏电池的N电极为负极
D．电路中有0.1 ml电子通过时，阳极室生成 33.2 g Ce(SO4)2
解析：选B。光伏电池内电子向N电极移动，故N电极为负极，P电极为正极，电解池中纯铜为阴极，石墨为阳极。A．由分析可知，纯铜为阴极，阴极发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A正确；B．Ce3＋在石墨电极上失去电子生成Ce4＋，发生了氧化反应，Ce4＋与SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 反应生成Ce(SO4)2消耗了硫酸根离子，因此右池中的SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向左池迁移，不断进行补充，B错误；C．由分析可知，该光伏电池的N电极为负极，C正确；D．电路中有0.1 ml电子通过时，根据石墨电极反应Ce3＋－e－===Ce4＋可知，阳极室生成0.1 ml即33.2 g Ce(SO4)2，D正确。
5．(2024·茂名质检)设计如下图所示的装置处理含甲醇的废水并进行粗铜的精炼。下列说法正确的是( )
A．甲电极增加的质量等于乙电极减少的质量
B．装置工作一段时间后，原电池装置中溶液的pH不变
C．理论上每产生标准状况下1.12 L CO2，甲电极增重9.6 g
D．原电池正极的电极反应为Fe3＋＋4H2O－3e－===FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋8H＋
解析：选C。由题意可知，该装置中左池为原电池，含细菌的碳棒为负极，另一碳棒为正极，右池为电解池，甲电极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙电极为阳极，先是粗铜中的镁、铁等杂质放电，后是铜放电，故甲电极增加的质量不等于乙电极减少的质量，A项错误；原电池总反应为2FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋10H＋＋CH3OH===2Fe3＋＋7H2O＋CO2↑，c(H＋)减小，溶液的pH增大，B项错误；原电池负极的电极反应为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，生成标准状况下1.12 L CO2转移电子的物质的量为0.3 ml，甲电极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故生成铜的物质的量为0.15 ml，故甲电极增重0.15 ml×64 g·ml－1＝9.6 g，C项正确；原电池正极的电极反应为FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋8H＋＋3e－===Fe3＋＋4H2O，D项错误。
6．钴酸锂电池是一种常见的锂离子电池，用它作为电源按如下图所示的装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是( )
A．已知钴酸锂电池放电时总反应为LixC6＋Li1－xCO2===LiCO2＋6C，则m处 Li1－xCO2为负极，失电子
B．当外电路中转移0.2 ml电子时，理论上装置Ⅰ中加入100 mL 2 ml/L盐酸可复原
C．d电极为阴极，电解过程中发生反应Cu＋Cl－－e－===CuCl
D．随着电解的进行，U形管Ⅱ中发生了转化：CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－
解析：选D。A．根据钴酸锂电池放电时的总反应可知，LixC6 为负极，Li1－xCO2为正极，A项错误；B．外电路中转移0.2 ml电子时，a电极上放出0.1 ml H2，b电极上放出0.1 ml Cl2，应通入0.2 ml HCl气体复原，B项错误；C．a电极一直有气泡产生，且a的材料为铜，故a电极为阴极，d电极为阳极，电极反应为Cu＋Cl－－e－===CuCl，C项错误。
[素养提升]
7．清华大学王保国教授团队设计出了一种双极膜(将H2O解离成H＋和 OH－)电解合成NH3的反应器，其简化模型如下图所示。已知：法拉第常数F＝96 500 C·ml－1(法拉第常数的物理意义：每摩尔电子携带的电荷量)。下列说法错误的是( )
A．M极电势低于N极电势
B．电解合成过程中，N极附近电解质溶液的pH减小
C．阴极的电极反应为NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－
D．理论上产生0.02 ml O2时，外电路流过的电量为 1 930 C
解析：选D。由题图可知，M极上硝酸根离子转变为氨，氮元素的化合价降低，得到电子，是电解池的阴极，与电源负极相连，所以N极是电解池的阳极，与电源正极相连，N极上氢氧根离子失去电子生成氧气和水。A．由分析可知，M极为阴极，与电源负极相连，由于正极电势高于负极电势，因此M极电势低于N极电势，A正确；B．电解合成过程中，N极上氢氧根离子失去电子生成氧气和水，所以N极附近电解质溶液的pH减小，B正确；C．根据分析可知，阴极的电极反应为 NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋6H2O＋8e－===NH3↑＋9OH－，C正确；D．理论上产生0.02 ml O2时，氧元素的化合价由－2价升高到0价，转移0.08 ml e－，因此外电路流过的电量Q＝0.08 ml×96 500 C·ml－1＝7 720 C，D错误。
8．(2024·湛江一中开学考试)我国科学家设计了一种利用废水中的Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置(如下图)，实现了发电、环保二位一体。已知：羟基自由基(·OH)的氧化性仅次于氟气。下列说法正确的是( )
A．电子转移方向：c电极→导线→b电极
B．d电极的电极反应为H2O＋e－===·OH＋H＋
C．右侧装置中，c、d两电极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3
D．若a电极上有1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 参与反应，理论上NaCl溶液中有6 ml Cl－通过阴离子膜进入a电极区溶液
解析：选C。该装置是利用废水中的Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置，左侧为原电池，右侧为电解池，a电极发生还原反应，为正极，b电极发生氧化反应，为负极，则c电极为阴极，d电极为阳极。A．电子转移方向：b电极→导线→c电极，故A错误；B．根据题图可知，d电极的电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，故B错误；C．c电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每转移2 ml 电子，c电极上产生1 ml气体，d电极的电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，羟基自由基(·OH)的氧化性仅次于氟气，苯酚被羟基自由基氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，每转移2 ml电子，d电极上产生 eq \f(6,28) ×2 ml＝ eq \f(3,7) ml气体，c、d两电极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3，故C正确；D．a电极的电极反应为Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋6e－＋7H2O===2Cr(OH)3＋8OH－，若a电极上有1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 参与反应，理论上有6 ml OH－从a电极区溶液通过阴离子膜进入NaCl溶液，故D错误。
9．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，并得到副产物H2、Cl2等，装置如下图所示。下列说法不正确的是( )
A．a极反应：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
B．L膜为阳离子交换膜，电解时阴极室中NaOH溶液的浓度增大
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入标准状况下2.24 L CH4，阳极室Ca2＋减少0.4 ml
解析：选B。甲烷燃料电池中，a极上CH4转化为CO2发生氧化反应，为负极，而b极上O2发生还原反应，为正极；阳极室Cl－失去电子生成Cl2，阴极室H2O放电生成H2和OH－。A．a极上CH4转化为CO2发生氧化反应，电极反应式为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O，A项正确；B．阳极室中的Ca2＋经K膜进入产品室与从L膜进入的磷酸二氢根离子结合为Ca(H2PO4)2，所以L膜为阴离子交换膜，阴极室中H2O放电生成的OH－与从原料室进入的Na＋结合为NaOH，所以NaOH浓度增大，B项错误；C．阴极上电极本身不参与反应，可以换成铁电极，C项正确；D．由电子守恒和电荷守恒得到关系式CH4～8e－～4Ca2＋，即消耗1 ml CH4时，阳极室Ca2＋减少4 ml，标准状况下，2.24 L CH4的物质的量为0.1 ml，故阳极室Ca2＋减少0.4 ml，D项正确。
10．(2024·珠海月考)协同转化微生物电池(下图左池)可同时实现净化有机废水、含铬(Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) )废水和淡化盐水三重功能，并且驱动电化学合成装置(下图右池)制备1，2-二氯乙烷。图中离子交换膜仅允许Na＋或Cl－通过。下列说法错误的是( )
A．A室中充入有机废水，C室中充入含铬废水
B．a、c膜为Cl－离子交换膜，b、d膜为Na＋离子交换膜
C．理论上1 mlCr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 还原为Cr3＋，两装置共可脱除6 ml NaCl
D．D室电极上发生的反应为CH2===CH2－2e－＋2Cl－===ClCH2CH2Cl
解析：选C。由题图可知，左池是原电池，电子流出的电极是负极，故A室是负极室，C室是正极室；右池是电解池，D室为阳极室，F室为阴极室。根据分析可知，生物膜电极为负极，碳网电极为正极，正极上发生还原反应将Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 还原为Cr3＋，故C室充入含铬废水，A室充入有机废水，A正确；原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，电解池中，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，故a、c膜是Cl－离子交换膜，b、d膜是Na＋离子交换膜，B正确；C室碳网电极上发生的电极反应为Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O，根据电荷守恒可知，1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 反应，会有6 ml Na＋转移到C室，脱去6 ml NaCl，D室电极上发生的电极反应为CH2===CH2＋2Cl－－2e－===ClCH2CH2Cl，转移6 ml e－，消耗6 ml Cl－，会有6 ml Cl－转移到D室，脱去6 ml NaCl，共脱去12 ml NaCl，C错误，D正确。