专题讲座（六） 介质和隔膜在电化学的作用（精练）-2022年高考化学一轮复习讲练测

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一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）
1．（2021·辽宁高三二模）微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。
下列说法正确的是
A．A极电势比B极电势高
B．B极的电极反应式为
C．好氧微生物反应器中反应为
D．当生成22.4L(标准状况)时，电路中共转移电子
【答案】B
【解析】A．根据图中的移动方向可判断A为负极，B为正极，正极电势高，A极电势比B极电势低，故A错；B．B为正极得到电子发生还原反应，则，故选B；C．为强电解质，所以好氧微生物反应器中反应为，故C错；D．当生成22.4L(标准状况)时，电路中共转移电子，故D错；答案选B。
2．（2020·云南高三一模）如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是
A．电极B为正极
B．在电极A上发生氧化反应
C．电极A区发生反应：
D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜
【答案】D
【解析】电极A是负极，甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，所以总反应为，负极反应为；电极B是正极，发生还原反应，当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜。A． 电极B发生还原反应为正极，故A正确；B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；C． 甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；D． 当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；故选D。
3．（2021·南昌市·江西师大附中高三三模）我国科学家利用光能处理含苯酚()废水，装置如图所示。下列说法错误的是
A．a极电势高于b极电势
B．a极的电极反应式为+2e-+2H+=+H2O
C．该装置将光能转变成化学能，再转变成电能
D．H+由II区移向I区，II区溶液的pH减小
【答案】D
【解析】A．由图示可知，a极→，C元素化合价降低，a极发生还原反应，a是正极，a极电势高于b极电势，故A正确；B．由图示可知，a极→，C元素化合价降低，a极得电子发生还原反应，a极的电极反应式为+2e-+2H+=+H2O，故B正确；C．由图示可知，该装置利用光能处理含苯酚的废水，所以该装置将光能转变成化学能，再转变成电能，故C正确；D．负极反应式是，正极反应式+2e-+2H+= +H2O，根据电子守恒，负极生成的氢离子和正极消耗的氢离子一样多，II区生成的H+移向I区，溶液的pH不变，故D错误；选D。
4．（2021·广东广州市·高三三模）中国向世界郑重承诺，努力争取2060年前完成“碳中和”。一种微生物电解池(MEC)既可以处理有机废水，又有助于降低碳排放，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．a电极为MEC的阳极
B．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移
C．b电极的电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
D．a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2相等
【答案】D
【解析】电极a上有机质转化为CO2，发生氧化反应，所以a为阳极，电极b上CO2转化为CH4，发生还原反应，所以b为阴极。A．电极a上有机质转化为CO2，发生氧化反应，所以a为阳极，A正确；B．工作时为电解池，电解池中阳离子由阳极向阴极迁移，所以质子将从a电极室向b电极室迁移，B正确；C．电极b上CO2得电子被还原，结合迁移过来的氢离子生成CH4和H2O，根据电子守恒和元素守恒可得电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O，C正确；D．有机质中C元素的化合价不一定和甲烷中C元素的化合价相同，所以a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2不一定相等，D错误；综上所述答案为D。
5．（2021·江苏盐城市·高三三模）辉铜矿(主要成分Cu2S)可以用FeCl3溶液漫泡提取铜，反应的离子方程式为Cu2S+4Fe3+=2Cu2++4Fe2++S。Cu2S可由黄铜矿(主要成分CuFeS2)通过电化学反应转变而成，其工作原理如图所示。下列有关电解CuFeS2的说法正确的是
A．a为电源的负极
B．该装置将化学能转化为电能
C．离子交换膜为阴离子交换膜
D．b电极上的反应为：2CuFeS2+6H++2e—=Cu2S+2Fe2++3H2S↑
【答案】D
【解析】由图可知，该装置为电解池，a电极为电解池的阳极，在硫化氢作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成硫化亚铜和氢离子，电极反应式为2Cu—2e—+H2S= Cu2S+2H+，b电极是阴极，CuFeS2在阴极得到电子发生还原反应Cu2S、Fe2+、H2S，电极反应式为2CuFeS2+6H++2e—=Cu2S+2Fe2++3H2S↑，氢离子通过阳离子交换膜，由左室向右室移动。A．由分析可知，该装置为电解池，a电极为电解池的阳极，故A错误；B．由分析可知，该装置为将电能转化为化学能的电解池，故B错误；C．由分析可知，该装置为电解池，工作时氢离子通过阳离子交换膜，由左室向右室移动，故C错误；D．由分析可知，该装置为电解池，a电极为电解池的阳极，在硫化氢作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成硫化亚铜和氢离子，电极反应式为2Cu—2e—+H2S= Cu2S+2H+，故D正确；故选D。
6．（2021·宁夏吴忠市·高三二模）向如图所示电池中加入稀H2SO4酸化，若充电时m侧溶液颜色由蓝色变为黄色，则下列叙述正确的是
A．放电时，装置中n电极做正极
B．充电过程中，m极附近pH增大
C．充电过程中，n极发生的电极反应式为V3+＋e-=V2＋
D．放电时，H＋从左槽迁移进入右槽
【答案】C
【解析】根据题干信息：充电时m侧溶液颜色由蓝色变为黄色,m侧电极反应式为，发生氧化反应，m级为电解池的阳极，n级为电解池的阴极，发生的电极反应为。A．根据上述分析，m级在电解池中为阳极，放电时为原电池的正极，n电极做原电池的负极，故A错误；B．充电过程中，m极的电极反应为，所以m极附近pH减小，故B错误；C．充电过程中，n级为电解池的阴极，发生的电极反应为，故C正确；D．放电时，H＋从负极移动到正极，所以从右槽迁移进入左槽，故D错误；综上答案为C。
7．（2021·广东珠海市·高三二模）2020年7月10日正式上市的比亚迪“汉”汽车，让电动汽车安全达到一个新高度，其配置磷酸铁锂“刀片电池”放电时的总反应：，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，铝箔作负极
B．放电时，Li+通过隔膜移向负极
C．用充电桩给汽车电池充电的过程中，阴极质量减小
D．充电时的阳极反应式为
【答案】D
【解析】放电时的总反应：，放电时，铜箔上失电子为负极，铝箔上得电子做正极。A．放电时，铜箔上失电子为负极，铝箔上得电子做正极，A错误；B．放电时，阳离子移向正极，所以Li+通过隔膜移向正极，B错误；C．用充电桩给汽车电池充电的过程中，阴极反应为：，质量增加，C错误；D．充电时的阳极反应式为，D正确；答案选D。
8．（2021·湖北高三二模）科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的，实验装置如图所示。已知在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成，下列说法不正确的是
A．b为负极
B．当电路中转移1mle-时，d电极产生1mlCH3CHO
C．e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D．a电极的电极反应式为
【答案】B
【解析】由题干中乙醇氧化为乙醛，可判断出d发生了氧化反应，d为阳极；又根据电中性的原理，可以推断出离子交换膜；a电极上CO2转化为HCOO-，发生还原反应,电极反应式为，则a为阴极、b为负极，A正确、B错误；a电极上产生HCOO-，需要补充阳离子保持溶液呈电中性，所以e为阳离子交换膜，K+通过阳离子交换膜进入阴极室，同理f为阴离子交换膜，C正确；d电极的电极反应式为，溶液中发生反应，当电路中转移1mle-时，d电极产生0.5mlCH3CHO，D正确。
9．（2021·天津高三三模）我国科技工作者设计了能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气的一种电解装置，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．催化电极a与电源正极相连
B．电解时催化电极b附近的pH增大
C．电解时阴离子透过交换膜向a极迁移
D．阳极反应有CO2+2e-+H2O=CO+2OH-
【答案】D
【解析】该装置为电解装置，催化电极a涉及的物质转化为C3H8O3→C3H6O3，发生的是氧化反应，则电极a为阳极；催化电极b涉及的物质转化为CO2→CO，H2O→H2，发生的是还原反应，则电极b为阴极。A．催化电极a涉及的物质转化为C3H8O3→C3H6O3，发生的是氧化反应，所以该电极作阳极，与电源正极相连，故A正确；B．电极b为阴极，CO2还原为CO，H2O还原为H2，发生的电极反应为CO2+2e-+H2O=CO+2OH-，2H2O+2e- =H2+2OH-，电极附近OH-浓度增大，则电极附近的pH增大，故B正确；C．电极a为阳极，电解时阴离子向阳极移动，即阴离子透过交换膜向a极迁移，故C正确；D．阳极发生氧化反应，电极反应式为C3H8O3-2e-+2OH-=C3H6O3+2H2O，故D错误；答案选D。
10．（2021·江西新余市·高三二模）一种流体电解海水提锂的工作原理如下图所示，中间室辅助电极材料具有选择性电化学吸附/脱出锂离子功能。工作过程可分为两步，第一步为选择性吸附锂，第二步为释放锂，通过以上两步连续的电解过程，锂离子最终以LiOH的形式被浓缩到阴极室。下列说法中错误的是
A．第一步接通电源1选择性提取锂：第二步接通电源2释放锂
B．释放锂过程中，中间室材料应接电源负极，发生的电极反应式为
C．中间室两侧的离子交换膜选用阳离子交换膜
D．当阴极室得到4.8gLiOH时，理论上阳极室产生1.12L气体(标准状态下)
【答案】B
【解析】A. 第一步接通电源1，中间室为阴极，发生反应，选择性提取锂，第二步接通电源2，中间室为阴极，发生反应释放锂，故A正确；B. 释放锂过程中，中间室材料应接电源正极，发生的电极反应式为，故B错误；C. 根据图示，第一步为选择性吸附锂过程中阳极室中的离子向中间室移动，第二步为释放锂的过程中锂离子移向阴极室，所以中间室两侧的离子交换膜选用阳离子交换膜，故C正确；D.当阴极室得到4.8gLiOH时，电路中转移0.2ml电子，阳极室电极反应式是 ，产生氧气的体积是1.12L气体(标准状态下)，故D正确；选B。
11．（2021·四川南充市·高三三模）科学家最近设计出了质子膜H2S电池，实现了H2S废气变废为宝，电池结构原理如图，下列相关说法正确的是
A．电极a为正极，发生还原反应
B．H＋经过固体电解质膜向a电极移动
C．电极b的反应为：O2＋4e-＋4H＋=2H2O
D．用该电池进行粗铜的精炼，当电路中转移2 ml e-时，阳极减轻64g
【答案】C
【解析】由图可知H2S在电极a发生氧化反应转化为S2，因此电极a为负极，电极b为正极。A．由分析可知电极a为负极，发生氧化反应，A错误；B．电解质中阳离子移向正极，因此H＋经过固体电解质膜向b电极移动，B错误；C．电极b为正极，氧气在正极得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4e-＋4H＋=2H2O，C正确；D．电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中比铜活泼的金属先失电子，因此当电路中转移2 ml e-时，阳极减轻的质量不为1mlCu的质量，即64g，D错误；答案选C。
12．（2021·江西九江市·高三一模）结合溶液，可利用微生物电化学技术实现将含乙醛的废水有效处理，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是
A．该反应在高温下，反应速率加快
B．右侧电极为负极，发生还原反应
C．当有通过电解质溶液，将有生成
D．左侧电极反应式为：
【答案】D
【解析】A．该反应是利用微生物电化学技术，微生物在高温下活性会降低，高温下，反应速率反而会减慢，故A说法错误；B．根据工作原理图，右侧是Cr元素的粒子从电极上得到电子，故右侧电极为正极，发生还原反应，故B说法错误；C．电子只能从负极沿外接线路到达正极，不能通过电解质溶液，故C说法错误；D．左侧是乙醛在微生物上失去电子被氧化成CO2，失去电子就使左侧电极反应式左边整体上带正电荷，则电极反应式右边也必然带正电荷，带正电荷的必然是H+，结合质量守恒定律，则整个电极反应式为，故D正确；本题答案D。
二、主观题（共3小题，共40分）
13．（2020·陕西西安市·交大附中高三三模）（10分）（1）全固态锂离子电池的结构如图所示，放电时电池反应为 2Li＋MgH2=Mg＋2LiH。放电时，X 极作_________极。充电时，Y 极反应式为___________。
（2）电渗析法处理厨房垃圾发酵液，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)。
①阳极的电极反应式为 ________________
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：________________
③电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的 pH 约为 6～8，此时进入浓缩室的OH－可忽略不计。400 mL 10 g∙L −1 乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为 145 g∙L −1 (溶液体积变化忽略不计)，阴极上产生的 H2 在标准状况下的体积约为_____________L。(乳酸的摩尔质量为90 g•ml-1)
【答案】（每空2分）（1）正 LiH + e－ = Li +H－
⑵①4OH－ − 4e－ = O2↑+ 2H2O
②阳极室中的H+穿过阳离子交换膜与阴极室中穿过阴离子交换膜的A－离子在浓缩室结合生成HA
③6.72
【解析】⑴全固态锂离子电池的结构如图所示，放电时电池反应为 2Li＋MgH2 = Mg＋2LiH。Li化合价升高失去电子，放电时，作负极，MgH2作正极，因此放电时，X极作正极，充电时，Y极为阴极，其电极反应式为LiH + e－ = Li +H－，故答案为：正；LiH + e－ = Li +H－；
⑵①阳极上阴离子得到电子，即水中的氢氧根得到电子，其电极反应式为4OH－ − 4e－ = O2↑+ 2H2O，故答案为：4OH－ − 4e－ = O2↑+ 2H2O；
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：阳极室中的H+穿过阳离子交换膜与阴极室中穿过阴离子交换膜的A－离子在浓缩室结合生成HA，故答案为：阳极室中的H+穿过阳离子交换膜与阴极室中穿过阴离子交换膜的A－离子在浓缩室结合生成HA；
③400 mL 10 g∙L −1 乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为 145 g∙L −1 (溶液体积变化忽略不计)，则增加的乳酸的质量为(145 g∙L −1−10 g∙L −1)×0.4L=54g，增加的乳酸的物质的量为，根据2HA —2A－—H2关系得到阴极上产生的 H2的物质的量为，在标准状况下的体积约为0.3ml×22.4 L∙ml −1 = 6.72L，故答案为：6.72。
14．（12分）二氧化硫在生产和生活中有着广泛的用途。
（1）用足量NaOH溶液吸收尾气中的SO2，反应的离子方程式为______；吸收后的浓溶液可用图1的装置再生循环脱硫，并制得硫酸，电极a的电极反应为_____，乙是____。
（2）可设计二氧化硫空气质子交换膜燃料电池处理尾气中的二氧化硫，原理如图2所示。其能量转化的主要形式是______，c电极是__极，移动的离子及方向是____。
【答案】（每空2分）（1）SO2+2OH-=SO42-+H2O 2H2O+2e-= H2↑+2OH-（或2H++2e-=H2↑） 浓度较大的H2SO4溶液
（2）化学能转化成电能 负 H+由c电极通过质子交换膜向d电极移动
【解析】(1)用足量NaOH溶液吸收尾气中的SO2，反应生成亚硫酸钠，反应的离子方程式为SO2+2OH-=SO32-+H2O；吸收后的浓溶液可再生循环脱硫，并制得硫酸，根据图示，电极a为阴极，溶液中的氢离子放电发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-= H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑)，电极b为阳极，SO32-在阳极发生氧化反应生成硫酸，因此乙是浓度较大的H2SO4溶液，故答案为SO2+2OH-=SO32-+H2O；2H2O+2e-= H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑)；浓度较大的H2SO4溶液；
(2)二氧化硫空气质子交换膜燃料电池属于原电池，原电池的能量转化是化学能转化成电能，二氧化硫为燃料，在负极上发生氧化反应，通入空气的电极为正极，因此c电极是负极，溶液中的氢离子由c电极通过质子交换膜向d电极移动，故答案为化学能转化成电能；负；H+由c电极通过质子交换膜向d电极移动。
15．（18分）电化学在工业生产中有重要作用
(1)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解，其中阴阳膜组合电解装置如图一所示，电极材料为石墨。
① a表示_____离子交换膜(填“阴”或“阳”)。A—E分别代表生产中的原料或产品。其中C为硫酸，则A表示_______。
②阳极的电极反应式为____________________。
(2)用惰性电极电解强酸性二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如下图所示。
①b电极上的电极反应式为______________；
②该装置中使用的是___________（填“阴” 或“阳”）离子交换膜。
（3）通过下图所示电解装置可将生成的NaHSO3转化为硫酸，电极材料皆为石墨。则C为______（填物质名称）。若将阴离子交换膜换成阳子交换膜，写出阳极区域发生的电极反应______。
(4)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：
①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)
②写出NiO电极的电极反应式：______________________________________。
【答案】（每空2分）(1)①阳 NaOH溶液 ②SO32--2e-+H2O=2H++SO42-
(2)①2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O ②阳
(3)较浓的硫酸溶液 4OH--4e-=O2+2H2O或2H2O-4e-=O2+4H+
(4)①还原 ②NO＋O2－－2e－=NO2
【解析】(1)①从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电．故b为阴离子交换膜，a为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故A为氢氧化钠，E为氢气，故答案为阳；NaOH溶液；
②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的离子方程式为SO32--2e-+H2O=2H++SO42-，故答案为SO32--2e-+H2O=2H++SO42- ；
(2)①b电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的CO2得到电子转化为乙烯，溶液显酸性，因此阴极上的电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O；②为了防止氢氧根离子与CO2反应，因此该装置中使用的是阳离子交换膜。
(3)电解时，由HSO3-转变成SO42-的过程中S元素失去电子被氧化，该反应在阳极发生。反应原理为HSO3--2e-+H2O=SO42-+3H+，生成的H+使阳极区域酸性增强，部分HSO3-与H+反应生成SO2气体。阴极2H++2e-=H2↑，所以A是电解池的阴极，B是阳极。从阴极通入的NaHSO3的HSO3-通过阴离子交换膜进入阳极，放电生成SO42-，使得阳极区域通入的稀硫酸转变成较浓的硫酸后导出，所以C导出的是较浓的硫酸。如果将阴离子交换膜改成阳离子交换膜，则HSO3-离子不能进入阳极区域，则阳极区域OH-放电生成O2，即4OH--4e-=O2+2H2O。
（4）①铂电极上氧气得电子生成氧离子而被还原，答案为：还原；②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，所以电极反应式为：NO+O2--2e-=NO2，答案为：NO+O2--2e-=NO2．