2021届高考化学一轮复习串联电池与膜电池常考题型面面观

2021届高考化学一轮复习串联电池与膜电池常考题型面面观

串联电池与膜电池常考题型面面观 一、串联电解 【典题】(2019·昆明模拟)某实验小组设计如下实验装置探究电化学原理,装置 Ⅰ中 Zn 电极产生 ZnO,下列说法正确的是 (　　) A.Cu 电极质量增加 B.装置Ⅱ将化学能转变为电能 C.装置Ⅰ中 OH-向多孔电极移动 D.多孔电极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH- 【精析】A.装置Ⅰ中 Zn 电极产生 ZnO,该装置是原电池,锌电极是负极,通入空 气的电极是正极,因此装置Ⅱ是电解池,其中锌电极是阴极,Cu 电极是阳极,电极 溶解,质量减小,A 错误;B.装置Ⅱ将电能转变为化学能,B 错误;C.装置Ⅰ中 OH- 向负极,即向锌电极移动,C 错误;D.多孔电极是正极,发生氧气得到电子的还原 反应,电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH-,D 正确。 答案:D 1.“串联”电池 原电池和电解池统称为电池,将多个电池串联在一起综合考查电化学知识是高 考命题的热点,该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况,需要学生具有缜 密的思维能力及巧妙的处理数据能力。 2.“串联”电池的解题流程 1.如图是以甲烷和 O2 构成的燃料电池电解 AlCl3 溶液的装置,电极材料均为石 墨。用该装置进行实验,反应开始后观察到 x 电极附近出现白色沉淀。下列说法 正确的是 (　　) A.原电池中电解质溶液的 pH 增大 B.电解池中电解 AlCl3 溶液的总反应为 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- C.M 处通入的气体为 CH4,电极反应式为 CH4+10OH--8e- C +7H2O D.电解池中 Cl-向 x 极移动 【解析】选 C。原电池中,负极:CH4+10OH--8e- C +7H2O,正极: 2O2+4H2O+8e- 8OH-,总方程式:CH4+2O2+2OH- C +3H2O,溶液由碱变成盐溶 液,所以溶液的 pH 变小,故 A 错误;B 项,电解池中电池反应式为 2AlCl3+6H2O 3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3,故 B 错;C 项,M 处通入的气体为 CH4,为甲烷在碱性介质 中的燃料电池,且甲烷作负极,故电极反应式为 CH4+10OH--8e- C +7H2O,所 以 C 正确;D 项,反应开始后观察到 x 电极附近出现白色沉淀,说明 x 电极上氢离 子放电,x 电极附近生成氢氧根离子,所以 x 电极是阴极,y 电极是阳极,则 a 是 负极,b 是正极,电解池中,溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,所以电 解池中 Cl-向 y 极移动,故 D 错误。 2.用如图所示的装置进行电解,通电一会儿,发现湿润的淀粉 KI 试纸的 C 端变 为蓝色。 (1)E 为电源的________极,F 为电源的________极。 (2)A 中发生反应的化学方程式为______________________。 (3)在 B 中观察到的现象是______________________。 (4)D 端的电极反应式为______________________。 【解析】本题实质上是三个电解装置串联,首先判断电源的正、负极,E 为负极,F 为正极。A 中是以 Pt 为阳极、Fe 为阴极电解 AgNO3 溶液。B 中 Cu 为阳极,发生 的反应为:Cu-2e- Cu2+,石墨为阴极,发生的电极反应为:2H++2e- H2↑,由于 水电离出的 H+放电,所以溶液中的 c(OH-)>c(H+),故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀 生成。D 端为阴极,发生电极反应为 2H++2e- H2↑。 答案:(1)负　正　 (2)4AgNO3+2H2O 4Ag+4HNO3+O2↑ (3)铜片溶解,石墨电极上有气体生成,溶液中有蓝色沉淀生成 (4)2H++2e- H2↑ 二、离子交换膜在电化学中的应用 【典题】(2019·商丘模拟)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理,同时得到乳酸 的原理如图所示(图中 HA 表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。下列有关说法中正 确的是 (　　) A.交换膜Ⅰ为阴离子交换膜,A-从浓缩室通过向阳极移动 B.交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,H+从浓缩室通过向阴极移动 C.阳极的电极反应式为:2H2O-4e- 4H++O2↑ D.400 mL 0.1 mol·L-1 乳酸溶液通电一段时间后,浓度上升到 0.6 mol·L-1,则阴 极上产生的 H2 在标准状况下的体积为 4.48 L 【精析】阳极 OH-放电,c(H+)增大,H+从阳极通过交换膜Ⅰ(阳离子交换膜)进入 浓缩室,根据电解原理,电解池中的阴离子移向阳极,即 A-通过交换膜Ⅱ(阴离子 交换膜)从阴极进入浓缩室,这样:H++A- HA,乳酸浓度增大,A、B 项错误;阳极上 是阴离子氢氧根离子发生失电子的氧化反应,电极反应式为:2H2O-4e- 4H++O2 ↑,C 项正确;在阳极上发生电极反应:4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极上发生电极反 应:2H++2e- H2↑,根据电极反应方程式,则有 HA~H+~ H2,生成 HA 的物质的量是 (0.6-0.1)mol·L-1×0.4 L=0.2 mol,所以产生的氢气是 0.1 mol,即 0.1 mol× 22.4 L·mol-1=2.24 L,D 项错误。 答案:C 1.离子交换膜的主要作用 (1)平衡膜两侧电荷,得到稳定电流。 (2)阻隔某些离子或分子,防止某些副反应的发生。 (3)确定电极,制备某些特定产品。 (4)除去污水中的离子,资源再利用。 2.答题三步骤 第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允 许哪种离子通过隔膜。 第二步,写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平 衡判断离子迁移方向。 第三步,分析隔膜作用。 1.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下 列有关叙述正确的是 (　　) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的 c(S )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 【解析】选 C。金属活动性 Zn>Cu,Zn 为负极,失电子发生氧化反应 Zn-2e- Zn2+,Cu 为正极,得电子发生还原反应 Cu2++2e- Cu,A 错误;Zn2+由甲池通过阳离 子交换膜进入乙池,乙池中 Cu2+被 Zn2+代替,摩尔质量 M(Zn2+)>M(Cu2+), c(S )不变,乙池溶液的总质量增加,B 错误,C 正确;阳离子交换膜只允许阳 离子和水分子通过,阴离子并不通过交换膜,D 错误。 2.在某种光电池中,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,发生反应: 2AgCl(s) Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面], 接着发生反应:Cl(AgCl)+e- Cl-(aq)+AgCl(s)。如图为用该光电池电解尿素 [CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图,下列叙述正确的是 (　　) A.光电池工作时,Ag 极为电流流出极,发生氧化反应 B.制氢装置溶液中 K+移向 A 极 C.光电池工作时,Ag 电极发生的反应为 2Cl--2e- Cl2↑ D.制氢装置工作时,A 极的电极反应式为 CO(NH2)2+8OH--6e- C +N2↑+6H2O 【解析】选 D。由 B 极生成氢气,A 极生成氮气知,B 极为阴极,A 极为阳极,则铂 极为负极,银极为正极。光电池工作时,Ag 极为电流流出极,发生还原反应,A 错 误;制氢装置溶液中 K+移向 B 极,B 错误;光电池工作时,Ag 电极上 AgCl 得电子 生成 Ag,C 错误,制氢装置工作时,A 极为阳极,电极反应式为 CO(NH2)2+8OH--6e- C +N2↑+6H2O,故 D 正确。 3.(2019·沧州模拟)以铅蓄电池为电源,通过电解法制备酒石酸(C4H6O6,简写为 RH2)的原理如图所示(A、B 为惰性电极,a、b 为离子交换膜)。下列叙述不正确的 是 (　　) A.N 极的电极反应式为 PbO2+2e-+S +4H+ PbSO4+2H2O B.b 为阴离子交换膜 C.阴极反应为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,阴极区溶液 pH 升高 D.铅蓄电池中消耗 2 mol H2SO4 时,理论上生成 2 mol RH2 【解析】选 D。电解目的是制备 RH2,则装置右侧为产品室,若原料室中的 R2-通过 阴离子交换膜进入产品室与 H+结合,则可制得 RH2。所以 B 极应为 H2O 电离出的 OH-放电,生成 H+,即 B 极为阳极,电极反应为 2H2O-4e- O2↑+4H+,b 为阴离子交 换膜,N 为正极,M 为负极,A 为阴极。N 为铅蓄电池正极,电极反应为 PbO2+2e-+ S +4H+ PbSO4+2H2O,故 A 项正确;根据上述分析可知,b 为阴离子交换膜, 故 B 项正确;阴极应为 H2O 电离出的 H+放电,生成 OH-,故电极反应为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,OH-浓度增大,pH 增大,故 C 项正确;铅蓄电池放电时总反应为 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,当电池中消耗 2 mol H2SO4 时,则电路中转移 2 mol e-。根据 B 极电极反应 2H2O-4e- O2↑+4H+可知,转移 2 mol e-,产品室有 2 mol H+生成,R2-+2H+ RH2,所以理论上可生成 1 mol RH2,故 D 项错误。 4.海水淡化是近年一直研究的课题。下图是电渗析法淡化海水装置的工作原理 示意图(电解槽内部的“┆”和“|”表示不同类型的离子交换膜)。工作过程中 b 电极上持续产生 Cl2。下列关于该装置的说法正确的是 (　　) A.工作过程中 b 极电势低于 a 极 B.“┆”表示阳离子交换膜,“│”表示阴离子交换膜 C.海水预处理主要是除去 Ca2+、Mg2+等 D.A 口流出的是“浓水”,B 口流出的是淡水 【解析】C。根据 b 电极上产生 Cl2 可判断 b 极为阳极,则电势阳极高于阴极 a,A 错误。b 极上发生氧化反应:2Cl- -2e- Cl2↑,则根据电荷守恒,该区域的 Na+透 过实线“|”阳离子交换膜,则该区域剩余水为淡水,B 口流出的是浓水。海水预 处理是除去 Ca2+、Mg2+等离子,从而使处理后的海水进入电解槽内部,可实现海水 淡化处理。 5.(2019·临沂模拟)双极膜(BP)是阴、阳复合膜,在直流电的作用下,阴、阳膜 复合层间的 H2O 解离成 H+和 OH-,作为 H+和 OH-离子源。利用双极膜电渗析法电解 食盐水可获得淡水、NaOH 和 HCl,其工作原理如图所示,M、N 为离子交换膜。 下列说法错误的是 (　　) A.阴极室发生的反应为:2H++2e- H2↑ B.M 为阳离子交换膜,N 为阴离子交换膜 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 【解析】选 D。阴极室氢离子得电子生成氢气,发生的反应为:2H++2e- H2↑,故 A 正确;阴极生成氢氧化钠,钠离子穿过 M 进入阴极室,所以 M 为阳离子交换 膜,N 为阴离子交换膜,故 B 正确;若去掉双极膜(BP),氯离子进入阳极室放电生 成氯气,故 C 正确;电路中每转移 1 mol 电子,阳极生成 0.25 mol 氧气、阴极生成 0.5 mol 氢气,两极共得到 0.75 mol 气体,故 D 错误。