2026人教版高中化学选择性必修1--专题强化练6　带“膜”新型电化学装置（含解析）

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2026人教版高中化学选择性必修1
第四章　化学反应与电能
专题强化练6　带“膜”新型电化学装置
题型1　带“膜”原电池装置
1.(2025安徽合肥一中质量检测)一种微生物—光电化学复合系统可高效实现固定CO2并生成CH4,其原理如图所示,双极隔膜可向两极室分别提供H+和OH-。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.a极为负极,发生氧化反应
B.m为OH-,n为H+
C.b极的电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O
D.b极每生成1.6 g CH4,装置中H2O的质量减小10.8 g
2.(2025湖北武昌实验中学月考)如图是“海水—河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响),其中a、b均为Ag/AgCl复合电极,b的电极反应式为AgCl+e- Ag+Cl-。下列说法正确的是 (　　)
A.a的电极反应式为Ag-e- Ag+
B.内电路中,Na+由b极区向a极区迁移
C.工作一段时间后,两极NaCl溶液的浓度差增大
D.电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g
题型2　带“膜”电解装置
3.(2025江苏盐城一中月考)一种利用金属磷化物作为催化剂,将CH3OH转化成HCOONa的电化学装置如图所示,阴极生成HC和一种气体。下列说法错误的是 (　　)
A.b为电源正极
B.Na+由右侧室向左侧室移动
C.阴极的电极反应式为2CO2+2H2O-2e- 2HC+H2
D.理论上,电路中转移2 mol e-时,阴极室质量增加132 g
4.(高考新发现·新考法)(2025山东青岛五十八中测试)在催化剂作用下,利用电化学原理将CO2转化为含碳化合物X,装置如图1所示。相同条件下,恒定通过电解池的电量,测得生成不同含碳化合物X的法拉第效率(FE%)随电压的变化如图2所示。下列说法正确的是(　　)
图1
图2
FE%=×100%,其中QX=nF,n表示电解生成含碳化合物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
A.装置工作时,阴极室溶液pH逐渐减小
B.U1 V时,M电极上的还原产物为H2
C.U2 V时,阴极室消耗气体与阳极室产生气体的物质的量之比为2∶1
D.U3 V时,测得生成的n(CH4)∶n(C2H4)=7∶4,则x=40
题型3　带“膜”二次电池
5.(2024广东深圳阶段考)某储能电池的工作原理如图所示,溶液中c(H+)=2.0 mol·L-1,阴离子为S,a、b均为惰性电极,充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色。下列叙述正确的是 (　　)
A.当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时,电池中的能量转化形式为化学能转化为电能
B.储能电池a、b两极间的电解质溶液中通过电子的定向移动形成闭合回路
C.充电过程中,a极的电极反应式为VO2+-e-+H2O V+2H+
D.放电时,H+从左槽通过质子交换膜进入右槽
题型4　带膜“多池”串联装置
6.(2025河北衡水二中月考)锌溴液流电池具有高能量密度和长循环寿命的特点,适用于储能系统,其反应的化学方程式为Zn+Br2 ZnBr2,装置如图所示,其中Q·Br-能与单质溴结合生成Q·B。下列说法错误的是 (　　)
A.正、负极电解液均为溴化锌溶液
B.Q·Br-能有效防止溴的挥发
C.充电时,阳极的电极反应式为2Br--2e-+Q·Br- Q·B
D.为防止电池自放电,隔膜应为阴离子交换膜
7.(2025北京师大附中月考)利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2,装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.a极反应:CH4-8e-+4 CO2+2H2O
B.A膜和C膜均为阴离子交换膜,B膜为阳离子交换膜
C.可用铁电极替换阳极的石墨电极
D.a极上通入2.24 L甲烷,理论上产品室可新增0.4 mol Ca(H2PO4)2
答案与分层梯度式解析
1.D　由题图可知,b极二氧化碳发生还原反应生成甲烷,为正极,电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O,所以n为H+,m为OH-,a极为负极,OH-在负极失去电子,发生氧化反应,A、B正确;b极的电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O,C正确;电池总反应为CO2+2H2O CH4+2O2,每生成1.6 g CH4,即生成0.1 mol CH4,需消耗0.2 mol水,质量为3.6 g,所以装置中H2O的质量减小3.6 g,D错误。
2.D　根据图中电子的移动方向判断a为原电池的负极,电极反应式为Ag-e-+Cl- AgCl↓,A错误;b为原电池的正极,Na+由a极区向b极区迁移,工作一段时间后,模拟海水区NaCl溶液的浓度减小,模拟河水区NaCl溶液的浓度增大,两极NaCl溶液的浓度差减小,B、C错误;电路中转移1 mol e-时,负极中有1 mol Cl-与Ag+结合生成AgCl,同时有1 mol Na+透过阳离子交换膜移入模拟河水区,理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g,D正确。
3.C　将CH3OH转化为HCOONa,C元素由-2价升高到+2价(破题关键),发生氧化反应,则右侧电极为电解池的阳极,b为电源正极,A正确;左侧电极为电解池的阴极,阴极的电极反应式为2CO2+2H2O+2e- 2HC+H2,阳极的电极反应式为CH3OH-4e-+5OH- HCOO-+4H2O,Na+由阳极向阴极移动,即由右侧室向左侧室移动,B正确、C错误;理论上,电路中转移2 mol e-时,根据2CO2+2H2O+2e- 2HC+H2可知,阴极室吸收n(CO2)=n(e-)=2 mol,生成n(H2)=1 mol,定向移动到阴极n(Na+)=n(e-)=2 mol,则阴极室增加的质量m=m(CO2)+m(Na+)-m(H2)=2 mol×44 g/mol+2 mol×23 g/mol-1 mol×2 g/mol=132 g,D正确。
4.B　KHCO3溶液呈弱碱性,装置工作时,M电极上CO2得电子生成含碳化合物X,该过程中消耗H+,阴极室溶液pH不可能减小,A错误;当电解电压为U1 V时,电解过程中含碳化合物的FE%为零,H2O在阴极放电生成H2,B正确;当电解电压为U2 V时,含碳化合物为HCOO-且FE%较低,即CO2、H2O同时在阴极放电,阴极室消耗气体与阳极室产生气体的物质的量之比不是2∶1,C错误;当电解电压为U3 V时,CO2~CH4~8e-,2CO2~C2H4~12e-,当电解生成的n(CH4)∶n(C2H4)=7∶4时,可建立等式,x=42(解题技法),D错误。
5.C　
当右槽溶液颜色由绿色变为紫色,V3+得到电子,化合价降低,发生还原反应,b为阴极,此时的能量转化形式为电能转化为化学能,A项错误;储能电池a、b两极间的电解质溶液中通过离子的定向移动形成闭合回路,B项错误;充电过程中,a为阳极,VO2+失去电子变成V,电极反应式为VO2+-e-+H2O V+2H+,C项正确;放电过程中H+移向正极,即从右槽通过质子交换膜进入左槽,D项错误。
6.D　根据电池反应的化学方程式Zn+Br2 ZnBr2可知,正、负极电解液均为溴化锌溶液,A正确;Q·Br-能与单质溴结合生成Q·B,能有效防止溴挥发,B正确;充电时Br-在阳极放电,再与Q·Br-结合,阳极的电极反应式为2Br--2e-+Q·Br- Q·B,C正确;生成的Q·B向负极扩散,与负极的锌发生反应造成自放电,为防止Q·B向负极移动,隔膜应为阳离子交换膜,D错误。
7.A　左侧装置为原电池,右侧装置为电解池,阳极接正极,阴极接负极,根据O2-移动方向可知b极为正极,a极为负极,负极上甲烷被氧化生成CO2,电极反应式为CH4-8e-+4O2- CO2+2H2O,A正确。阳极室Cl-被氧化生成Cl2,Ca2+向产品室移动;阴极室H2O得电子生成H2和OH-,原料室的Na+向阴极室移动,H2P向产品室移动,A膜和C膜均为阳离子交换膜,B膜为阴离子交换膜,B错误。若用铁电极替换阳极的石墨电极,电解时,铁电极失去电子生成Fe2+,影响Ca(H2PO4)2的制备,C错误。没有指明气体所处状况,2.24 L甲烷的物质的量不能确定,D错误。
归纳总结　 含“膜”电池中“隔膜”的常考点
(1)判断隔膜类型:根据电极反应式,判断隔膜两侧离子变化,根据溶液呈电中性判断离子迁移的方向。
(2)分析隔膜作用:在产品制备中,隔膜的主要作用是提高产品纯度,避免产物之间发生反应。
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