第四讲电化学装置类的分析与应用（专题训练）-2022年高考化学二轮（化学反应原理）专题突破讲与练

2022年高考化学二轮（化学反应原理）专题突破讲与练板块一化学反应与能量第四讲电化学装置类的分析与应用1.海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是()A．b膜是阳离子交换膜B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA<pHB<pHCD．B极室产生的气体可使湿润的KI­淀粉试纸变蓝答案:选A解析：因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl－在阳极失电子产生氯气，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A室Cl－失电子产生氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B室H＋得电子产生氢气，OH－浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHA<pHC<pHB，选项C错误；B极室H＋得电子产生氢气，不能使湿润的KI­淀粉试纸变蓝，选项D错误。2.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．电极N为阳极，电极M上H＋发生还原反应B．电极M的电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C．d处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液D．b处每产生11.2L气体，必有1molK＋穿过阳离子交换膜答案:选B解析：根据图示，K＋移向电极N，所以N是阴极，M极是阳极，OH－发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，故A错误、B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，故C错误；N极是阴极，H＋发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2L氢气的物质的量不一定是0.5mol，故D错误。3．如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是()A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－=NaBr3＋2Na＋B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋C．放电时，Na＋经过离子交换膜由b池移向a池D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24LH2时，b池生成17.40gNa2S4答案:选C解析：放电时，负极上Na2S2被氧化生成Na2S4，电极反应式为2Na2S2－2e－=Na2S4＋2Na＋，A错误；充电时，阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3，电极反应式为3NaBr－2e－=NaBr3＋2Na＋，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；题目未指明2.24LH2是否处于标准状况下，无法计算b池中生成Na2S4的质量，D错误。4．电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是()A．阴极产生的物质A是H2B．溶液中Na＋由阳极室向阴极室迁移C．阳极OH－放电，H＋浓度增大，COeq\o\al(2－,3)转化为HCOeq\o\al(－,3)D．物质B是NaCl，其作用是增强溶液导电性答案:选D解析：阴极上发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，则阴极上产生的物质A是H2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，则Na＋由阳极室向阴极室迁移，B正确；由图可知，阳极上产生O2，则阳极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，溶液中c(H＋)增大，COeq\o\al(2－,3)转化为HCOeq\o\al(－,3)，C正确；由图可知，阴极区得到NaOH溶液，为不引入杂质，物质B应为NaOH，其作用是增强溶液的导电性，D错误。5．最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为①EDTA­Fe2＋－e－=EDTA­Fe3＋②2EDTA­Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是()A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性答案:选C解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S=CO＋H2O＋S，B项正确；阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。6．一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是()A．气体X是氢气，电极E是阴极B．H＋由左室进入右室，发生还原反应C．该储氢过程就是C6H6与氢气反应的过程D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－=C6H12答案:选D解析：由图可知，苯(C6H6)在D电极加氢还原生成环己烷(C6H12)，则电极D是阴极，电极E是阳极，阳极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，故气体X是氧气，A错误；电解池中阳离子向阴极移动，则H＋由右室进入左室，发生还原反应，B错误；阴极上苯(C6H6)被还原生成环己烷(C6H12)，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－=C6H12，根据阴、阳极上发生的反应及得失电子守恒推知电池总反应式为2C6H6＋6H2O=2C6H12＋3O2↑，故该储氢过程就是C6H6与水反应的过程，C错误，D正确。7.在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2。其原理如图所示。下列有关说法不正确的是()A．电源B极为负极B．通电后，若有0.1molH2生成，则转移0.2mol电子C．通电后，H＋通过质子交换膜向右移动，最终右侧溶液pH减小D．与电源A极相连的惰性电极上发生的反应为CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋答案:选C解析：电解有机废水(含CH3COOH)，在阴极上氢离子得电子生成氢气，即2H＋＋2e－=H2↑，则连接阴极的B极为负极，选项A正确；通电后，若有0.1molH2生成，根据电极反应式2H＋＋2e－=H2↑可知转移0.2mol电子，选项B正确；在阴极上氢离子得电子生成氢气，但是氢离子会经过质子交换膜向右移动进入阴极室，阴极室的pH几乎保持不变，选项C不正确；与电源A极相连的惰性电极是阳极，电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋，选项D正确。8．氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”制备，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述错误的是()A．通电后，阴极室溶液的pH增大B．阳极电极反应式是2H2O－4e－=4H＋＋O2↑C．得到1mol产品HI，阳极室溶液质量减少8gD．通电过程中，NaI的浓度逐渐减小答案:选C解析：通电后，阴极电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，则溶液的pH增大，故A正确；阳极上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，故B正确；根据阳极电极反应式可知得到1mol产品HI，则转移1mol电子，阳极室溶液质量减少9g，故C错误；通电过程中，原料室中的Na＋移向阴极室，I－移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，故D正确。9．以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．放电时，正极反应为Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]B．充电时，Mo(钼)箔接电源的负极C．充电时，Na＋通过交换膜从左室移向右室D．外电路中通过0.2mol电子的电量时，负极质量变化为2.4g答案:选B。解析：A.根据工作原理，Mg作负极，Mo作正极，正极反应式为Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，故A正确；B.充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B说法错误；C.充电时，属于电解，根据电解原理，Na＋应从电池的阳极移向阴极，即从左室移向右室，故C说法正确；D.负极上应是2Mg－4e－＋2Cl－=[Mg2Cl2]2＋，通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg，质量减少2.4g，故D说法正确。10．利用电化学原理可同时将SO2、CO2变废为宝，装置如图所示(电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是()A．a为负极，发生氧化反应B．装置工作时，电子从c极流入b极C．若b极消耗16gO2，则Y中左侧溶液质量减轻16gD．d电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－=CH3OH＋H2O答案:选C。解析：A.a极附近二氧化硫失去电子生成硫酸根离子，故a极为负极，发生氧化反应，故A正确；B.左侧装置属于原电池，a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，电子从c极流向b极，故B正确；C.若b极消耗16gO2，则反应中转移eq\f(16,32)×4mol＝2mol电子，则Y中左侧溶液中阴离子即氢氧根离子反应生成氧气，即产生16g氧气，但同时有2mol氢离子通过交换膜进入右侧，故左侧溶液减少18g，故C错误；D.d极为阴极，由二氧化碳变为甲醇，电极反应为CO2＋6H＋＋6e－=CH3OH＋H2O，故D正确。11.用甲醇燃料电池作电源，用铁作电极电解含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性废水，最终可将Cr2Oeq\o\al(2－,7)转化成Cr(OH)3沉淀而除去，装置如下图。下列说法正确的是()A．Fe(Ⅱ)为阳极B．M电极的电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2OC．电解一段时间后，在Fe(Ⅰ)极附近有沉淀析出D．电路中每转移6mol电子，最多有1molCr2Oeq\o\al(2－,7)被还原答案C解析由H＋移动方向可知，M电极是负极，则Fe(Ⅱ)为阴极，故A错误；M电极的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋，故B错误；Fe(Ⅰ)极产生Fe2＋，6Fe2＋＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，电解一段时间后，Fe(Ⅱ)极产生的OH－大量移向阳极区，在Fe(Ⅰ)极附近产生Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀，故C正确；6Fe～12e－～6Fe2＋～Cr2Oeq\o\al(2－,7)，电路中每转移6mol电子，最多有0.5molCr2Oeq\o\al(2－,7)被还原，故D错误。12．已知H2O2是一种弱酸性物质，在强碱溶液中主要以HOeq\o\al(－,2)形式存在。现以Al—H2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是()A．a电极的电极反应式为：HOeq\o\al(－,2)＋2e－＋H2O=3OH－B．反应过程中，电子的流向为：d→a，b→cC．电解消耗2.7gAl时，产生N2的体积为1.12LD．电解过程中，燃料电池中溶液的pH不断减小答案D解析根据电解池中c极上发生氧化反应生成N2知，c极为阳极，故d极为阴极，所以a极是负极，b极为正极，a极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，A错误；a极为负极，b极为正极，c极为阳极，d极为阴极，故反应过程中电子的流向为a→d，c→b，B错误；根据各电极上转移的电子数相等知，每消耗0.1molAl，转移0.3mol电子，生成0.05molN2，在标准状况下N2的体积为1.12L，但题中未标明标准状况，C错误；Al—H2O2燃料电池的总反应为：2Al＋9H2O2＋8OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋6HOeq\o\al(－,2)＋10H2O，反应中有OH－消耗，溶液的pH减小，D正确。13.根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是()A．a电极为原电池的正极B．外电路电流方向是a→bC．b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋=H2O2D．a电极上每生成1molO2，通过质子交换膜的H＋为2mol答案C解析根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋=H2O2，C项正确；a电极上每生成1molO2，转移4mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4mol，D项错误。14.ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是A．该装置可以在高温下工作B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜C．负极反应为CH3COO+2H2O8e=2CO2↑+7H＋D．该装置工作时，电能转化为化学能【答案】C【解析】A．高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；B．原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B错误；C．由图片可知，负极为有机废水CH3COO的电极，失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO+2H2O8e=2CO2↑+7H+，C正确；[来源:Z.xx.k.Com]D．该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误；故合理选项是C。15．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是()A．阳极电极反应式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OB．甲溶液可循环利用C．离子交换膜a是阴离子交换膜D．当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成答案:选C。解析：A.阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，故A正确；B.阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，故B正确；C.电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故为阳离子交换膜，故C错误；D.阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成，故D正确。16.氢碘酸可用“四室式电渗析法”制备,电解装置及起始的电解质溶液如图所示。(1)阳极电极反应式为_______________________。

(2)阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过,A膜为阳膜,则B膜为________膜,C膜为________膜。

【解析】(1)水在阳极发生氧化反应生成氧气,阳极电极反应式为2H2O4e4H++O2↑。(2)阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过,A膜为阳膜允许氢离子通过,则B膜为阴膜,允许碘离子通过,C膜为阳膜,允许钠离子通过。答案:(1)2H2O4e4H++O2↑(2)阴阳17.直接二甲醚燃料电池有望大规模商业化应用,工作原理如图所示。(1)该电池的负极反应式为

__________________________________________。

(2)某直接二甲醚燃料电池装置的能量利用率为50%,现利用该燃料电池电解氯化铜溶液,若消耗2.3g二甲醚,得到铜的质量为________g。

【解析】该电池为燃料电池,燃料电池中一般燃料作负极,燃料燃烧生成二氧化碳和水,据此书写负极反应式;计算2.3g二甲醚完全燃烧时转移电子的物质的量,再根据电子守恒计算生成铜的质量。答案:(1)CH3OCH312e+3H2O2CO2+12H+(2)9.618.根据2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O设计如图装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,图甲中右侧电极连接电源的________测定阳极液中Na和Cr的含量,若Na与Cr的物质的量之比为a∶b,则此时Na2CrO4的转化率为________。若选择用熔融K2CO3作介质的甲醇(CH3OH)燃料电池充当电源,则负极反应式为______________________________。

【解析】根据2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,应在酸性条件下进行,即右侧电极生成H+,则消耗OH,发生氧化反应,右侧为阳极,则左侧为阴极,连接电源的负极,电解制备过程的总反应方程式为4Na22Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑,设加入反应容器内的Na2CrO4为1mol,反应过程中有xmolNa2CrO4转化为Na2Cr2O7,则阳极区剩余Na2CrO4为(1x)mol,对应的n(Na)=2(1x)mol,n(Cr)=(1x)mol,生成的Na2Cr2O7为x2mol,对应的n(Na)=xmol,n(Cr)=xmol,根据:Na与Cr的物质的量之比为a∶b,解得x=2ab,转化率为2-ab1×100%=(2ab)×100%,若选择用熔融K2CO3作介质的甲醇(CH3OH)燃料电池充当电源,则负极反应式为CH3OH6e+3CO