2026鲁科版高中化学选择性必修1基础题--题型整合练 突破电化学“多池”串联装置

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2026鲁科版高中化学选择性必修1
第1章　化学反应与能量转化
题型整合练　突破电化学“多池”串联装置
题型1　外接电源的“多池”串联装置分析
1.(2024福建泉州一中月考)利用太阳光分解水制氢是解决能源危机的理想方法之一。某学习小组设计了如图所示循环系统实现了光解水制氢。下列说法错误的是 (　　)
A.整个系统运行的能量最终都来自太阳能
B.若电解池A中生成4.48 L H2,则电解池B中生成0.4 mol Fe2+
C.电解池A中阳极反应式为2I--2e- I2
D.反应体系中I-和Fe3+可实现循环使用,仅需补充水
2.(2024北京海淀统考)NA代表阿伏加德罗常数的值。下图电路中,电极6增重0.64 g时,下列叙述不正确的是 (　　)
A.电极2上析出的气体在标准状况下的体积为224 mL
B.电极3上产生的气体产物中含有的共用电子对数目为0.02NA
C.忽略离子的扩散,盐桥中进入AgNO3溶液中N的数目为0.02NA
D.为使装Na2SO4溶液的电解池恢复到电解前状态,需加入H2O的质量为0.18 g
题型2　原电池与电解池串联装置分析
3.(2025福建宁德柘荣一中月考)某同学按如图所示的装置进行实验。电极A、B为两种常见金属,当K闭合时,X极上产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。下列说法正确的是 (　　)
A.B极和Y极上均发生还原反应,且Y极的电极反应式为Cu2++2e- Cu
B.电池工作一段时间后,丙池中两极的总质量不变
C.当0.5 mol S通过阴离子交换膜时,X极收集到标准状况下11.2 L的气体
D.当0.1 mol B参与反应时,丙池中流经电解液的电子数目约为1.204×1023
4.(2025山东青岛期中)浓差电池可利用两极电解质溶液浓度不同引起的电势差放电。实验室利用浓差电池实现电解丙烯腈(CH2CHCN)合成己二腈[NC(CH2)4CN],装置如图所示(实验前,隔膜两侧溶液均为200 mL,铜电极质量均为100 g)。
下列说法正确的是 (　　)
A.Cu(1)为负极,其电极反应为Cu-2e- Cu2+
B.隔膜为阴离子交换膜,C(2)为阴极
C.上述装置理论上可制备0.6 mol己二腈
D.当电解停止时,Cu(1)与Cu(2)质量相差51.2 g
5.(2025福建莆田月考)某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时,观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题:
(1)甲池为　　　　(填“原电池”“电解池”或“电镀池”),通入CH3OH电极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(2)乙池中总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。通电一段时间后,若使乙池电解质溶液恢复到通电前的状态(浓度一样),则可向其中加入适量的　　　　(填化学式)。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时,甲池中理论上消耗O2的体积为　　　　 mL(标准状况下),丙池中　　　　(填“C”或“D”)极析出　　　　g铜。
(4)若丙池中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,电键闭合一段时间后,甲池中溶液的pH将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同);丙池中溶液的pH将　　　　。
(5)若将丙池中C、D电极分别换成铜和铁件,使铁件表面镀上铜,电镀前与电镀后相比:丙中溶液的pH将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
6.(2024保定六校联考)某研究性学习小组用下图所示的装置进行实验,探究原电池、电解池和电解精炼钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生,且X极处溶液逐渐变成紫红色;停止实验观察到铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料:高铁酸根(Fe)在溶液中呈紫红色。
回答下列问题:
(1)上述装置中,发生氧化反应的电极有　　　(填字母)。
A.X(Fe)　　　　　　B.Y(C)
C.Co　　D.Cu
(2)丙池中的S　　　　(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。
(3)反应过程中,X极处发生的电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O和　　　　　　　　　　　　　。
(4)一段时间后,若X极质量减小1.12 g,Y电极收集到2.24 L气体,则在X极收集到的气体为　　　　 mL(均已折算为标准状况时气体体积)。
(5)乙池是电解制备金属钴的装置图,电解一段时间后理论上Ⅰ室中n(H+)　　　(填“变大”“变小”或“不变”),该电解池总反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　。
(6)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜,石墨电极上产生的气体除O2外,还可能有　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
1.B　整个系统运行的过程中,太阳能转化为电能,电能转化为化学能,能量最终来自太阳能,A正确;未给出气体所处的状况,无法计算(快速解),B错误;由题图可知,电解池A中左侧电极连接电源的负极,作阴极,电极反应式为2H++2e- H2↑,另一极为阳极,阳极反应式为2I--2e- I2,C正确;电解池B中,阴极反应式为Fe3++e- Fe2+,电解时I-和Fe3+分别反应生成I2和Fe2+,二者在光催化反应池中又转化为I-和Fe3+,反应体系中I-和Fe3+能循环使用,整个过程实质为电解水生成H2和O2,仅需补充水,D正确。
2.B　图解导引:
电极6增重,则表明电极6为阴极,b为负极,a为正极,从而得出电极1、3、5为阳极,电极2、4、6为阴极。电极6增重0.64 g,电极反应为Cu2++2e- Cu,转移电子的物质的量为×2=0.02 mol。电极2为阴极,发生的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,转移电子0.02 mol,则析出H2的物质的量为0.01 mol,在标准状况下的体积为224 mL,A正确;电极3为阳极,电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,产生的气体产物为O2,物质的量为0.005 mol,含有的共用电子对数目为0.01NA,B错误;电极5为阳极,电极反应为Ag-e- Ag+,线路中通过电子0.02 mol时,生成Ag+0.02 mol,忽略离子的扩散,盐桥中进入AgNO3溶液中的N数目为0.02NA,C正确;电解Na2SO4溶液的实质是电解水,由关系式H2O~2e-可知,转移电子0.02 mol时,电解水的物质的量为0.01 mol,为使装Na2SO4溶液的电解池恢复到电解前状态,需加入H2O的质量为0.18 g,D正确。
3.C　右侧装置为电解池,X极上产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,则该气体为氯气(破题关键),X极作电解池的阳极,该极发生失电子的氧化反应,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑;Y极作阴极,发生得电子的还原反应,电极反应式为Cu2++2e- Cu,左侧装置为原电池装置,A极作正极,发生得电子的还原反应,B极作负极,发生失电子的氧化反应,电池工作一段时间后,Y极上析出Cu,丙池中两极的总质量增加,故A错误,B错误;当0.5 mol S通过阴离子交换膜时,X极Cl-失去1 mol电子,收集到标准状况下11.2 L的氯气,故C正确;电子不能流经电解质溶液,故D错误。
方法点津
无外接电源电池类型的判断方法
(1)直接判断:非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池和能自发进行氧化还原反应的装置在电路中为原电池,则其他装置为电解池;对于某些题目根据题干所给信息也能判断。
(2)根据电极反应或反应现象判断:在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极类型,并由此判断电池类型。如下装置所示:
若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,可推知右池是原电池,D极是正极,C极是负极;左池是电解池,A极是阳极,B极是阴极,B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
4.D　浓差电池中,Cu(2)为负极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,Cu(1)为正极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,A错误;左侧装置为浓差电池,主要因为c(Cu2+)不同形成电势差,隔膜是阴离子交换膜,C(2)与Cu(1)(正极)相连,C(2)为阳极,B错误;浓差电池中当CuSO4溶液浓度相等时,电池放电完全,此时隔膜两侧c(CuSO4)=3 mol·L-1,电路中转移电子的物质的量是2 mol·L-1×0.2 L×2=0.8 mol,由电极反应2CH2CHCN+2H++2e- NC(CH2)4CN可知,可制备0.4 mol己二腈,C错误;电解停止时Cu(1)电极上析出0.4 mol Cu,Cu(2)电极上溶解0.4 mol Cu,故Cu(1)与Cu(2)质量相差0.8 mol×64 g·mol-1=51.2 g,D正确。
5.答案　(1)原电池　CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O
(2)4AgNO3+2H2O 4Ag+4HNO3+O2↑　Ag2O或Ag2CO3
(3)280　D　1.6
(4)减小　增大
(5)不变
解析　快速浏览装置图,判断出装置是原电池还是电解池。
(1)甲池为甲醇燃料电池,通O2的一极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,通甲醇的一极为负极,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O。
(2)乙池为电解池,电极A为阳极,电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,电极B为阴极,电极反应为Ag++e- Ag,则乙池中总反应式为4AgNO3+2H2O 4Ag+4HNO3+O2↑。电解过程中若从溶液中析出4 mol Ag,则同时会生成1 mol O2,故通电一段时间后,若使乙池电解质溶液恢复到通电前的状态(浓度一样),则可向其中加入适量的Ag2O或Ag2CO3等物质。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时,转移电子的物质的量为=0.05 mol,甲池为甲醇燃料电池,通O2的一极为正极,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-,根据得失电子守恒(解题技法)可知,甲池中理论上消耗O2的体积(标准状况下)为×22 400 mL/mol=280 mL;丙池为电解池,电极C为阳极,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,电极D为阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu,丙池中D极析出×64 g/mol=1.6 g铜。
(4)甲池总反应为2CH3OH+3O2+4OH- 2C+6H2O,电键闭合一段时间后,甲池中溶液的pH将减小;若丙池中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,则丙池的总反应式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,故丙池中溶液的pH将增大。
(5)若在丙池中使铁件表面镀上铜,则此时阳极电极反应为Cu-2e- Cu2+,阴极电极反应为Cu2++2e- Cu,根据得失电子守恒可知,电镀前与电镀后相比,丙中溶液CuCl2浓度不变,故溶液的pH将不变。
6.答案　(1)A　(2)从右向左　(3)Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O　(4)448　(5)不变　2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl　(6)Cl2
解析　快速浏览装置图,判断出装置是原电池还是电解池。
丙装置是原电池,Zn作负极,Cu作正极,甲装置是电解池,乙装置是电解精炼钴的装置,则甲池中X极作阳极,Y极作阴极,乙池中石墨作阳极,Co作阴极。
(1)原电池中负极、电解池中阳极发生氧化反应,则题述装置中,发生氧化反应的电极有丙池中的Zn电极、甲池中的X电极、乙池中的石墨电极,符合题意的为A。
(2)丙池中的S(阴离子)向Zn电极(负极)方向移动,即从右向左移动。
(4)Y极产生的气体为H2,n(H2)==0.1 mol,X极质量减小1.12 g,则消耗的n(Fe)==0.02 mol。根据得失电子守恒,X极上Fe放电转移的电子数+OH-放电转移的电子数=Y极上水电离出的H+放电转移的电子数(破题关键),即4n(O2)+6n(Fe)=2n(H2),4n(O2)+6×0.02 mol=2×0.1 mol,n(O2)=0.02 mol,即标准状况下V(O2)=0.02 mol×22.4 L/mol=0.448 L=448 mL。
(5)乙池中石墨作阳极,电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室,电解一段时间后理论上Ⅰ室中n(H+)不变;该电解池的阳极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,阴极反应式为Co2++2e- Co,则总反应的离子方程式为2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+,化学方程式为2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl。
(6)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜,石墨电极上还会发生电极反应2Cl--2e- Cl2↑,所以石墨电极上产生的气体除O2外,还可能有Cl2。
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