專題42 多池串聯(lián) 十年（2015-2024）高考化學(xué)真題分類匯編(解析版)

2013-2024年十年高考真題匯編PAGEPAGE1專題42多池串聯(lián)與膜裝置考點(diǎn)十年考情（2015-2024）命題趨勢(shì)考點(diǎn)1多池串聯(lián)裝置2022?山東卷交換膜隔離兩種電解質(zhì)溶液，避免負(fù)極材料與能發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)溶液直接接觸，能提高電流效率。這類試題均以“文字?jǐn)⑹?離子交換膜+電化學(xué)裝置圖”的方式呈現(xiàn)，考查的并不是離子交換膜的具體結(jié)構(gòu)，而是以離子交換膜在化學(xué)電源、電解制備物質(zhì)或電滲析等方面的實(shí)際應(yīng)用為載體，考查電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及基本的化學(xué)思想與方法?？键c(diǎn)2單膜裝置2023?山東卷、2020?山東卷、2016·浙江理綜、2015·天津卷考點(diǎn)3雙膜裝置2022?全國(guó)甲卷、2021?廣東選擇性卷、2021?天津卷、2020?山東卷、2016·全國(guó)I卷考點(diǎn)1多池串聯(lián)裝置1．(2022?山東卷，13)設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2轉(zhuǎn)化為Co2+，工作時(shí)保持厭氧環(huán)境，并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說(shuō)法正確的是（）A．裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大B．裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸C．乙室電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-D．若甲室Co2+減少，乙室Co2+增加，則此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移【答案】BD【解析】A項(xiàng)，依據(jù)題意右側(cè)裝置為原電池，電池工作時(shí)，甲室中細(xì)菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，Co2+在另一個(gè)電極上得到電子，被還原產(chǎn)生Co單質(zhì)，CH3COO-失去電子后，Na+通過陽(yáng)膜進(jìn)入陰極室，溶液變?yōu)镹aCl溶液，溶液由堿性變?yōu)橹行?，溶液pH減小，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，對(duì)于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2+，同時(shí)得到Li+，其中的O與溶液中的H+結(jié)合H2O，因此電池工作一段時(shí)間后應(yīng)該補(bǔ)充鹽酸，B正確；C項(xiàng)，電解質(zhì)溶液為酸性，不可能大量存在OH-，乙室電極反應(yīng)式為：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，若甲室Co2+減少200mg，電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為n(e-)=，乙室Co2+增加300mg，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e-)=，說(shuō)明此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移，D正確；故選BD。考點(diǎn)2單膜裝置1．(2023?山東卷，11)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說(shuō)法正確的是（）A．甲室電極為正極B．隔膜為陽(yáng)離子膜C．電池總反應(yīng)為：D．NH3擴(kuò)散到乙室將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響【答案】CD【解析】A項(xiàng)，向甲室加入足量氨水后電池開始工作，則甲室電極溶解，變?yōu)殂~離子與氨氣形成，因此甲室電極為負(fù)極，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，再原電池內(nèi)電路中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，若隔膜為陽(yáng)離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側(cè)移動(dòng)，通入氨氣要消耗銅離子，顯然左側(cè)陽(yáng)離子不斷減小，明顯不利于電池反應(yīng)正常進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，左側(cè)負(fù)極是，正極是，則電池總反應(yīng)為：，故C正確；D項(xiàng)，NH3擴(kuò)散到乙室會(huì)與銅離子反應(yīng)生成，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響，故D正確。故選CD。2．(2020?山東卷，13)采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如下圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O-4e-=4H++O2↑B．電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極室的pH未變C．電解過程中，H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D．電解一段時(shí)間后，a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量【答案】D【解析】a極析出氧氣，氧元素的化合價(jià)升高，做電解池的陽(yáng)極，b極通入氧氣，生成過氧化氫，氧元素的化合價(jià)降低，被還原，做電解池的陰極。A項(xiàng)，依據(jù)分析a極是陽(yáng)極，屬于放氧生酸性型的電解，所以陽(yáng)極的反應(yīng)式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A正確，但不符合題意；B項(xiàng)，電解時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生氫離子，氫離子是陽(yáng)離子，通過質(zhì)子交換膜移向陰極，所以電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極室的pH值不變，故B正確，但不符合題意；C項(xiàng)，有B的分析可知，C正確，但不符合題意；D項(xiàng)，電解時(shí)，陽(yáng)極的反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，陰極的反應(yīng)為：O2+2e-+2H+=H2O2，總反應(yīng)為：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧氣，即是a極生成的氧氣小于b極消耗的氧氣，故D錯(cuò)誤，符合題意；故選D。3．(2016·浙江理綜，11)金屬(M)–空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新能源汽車和移動(dòng)設(shè)備的電源。該類電池放電的總反應(yīng)方程式為：4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n。已知：電池的“理論比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說(shuō)法不正確的是()A．采用多孔電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴(kuò)散至電極表面B．比較Mg、Al、Zn三種金屬–空氣電池，Al–空氣電池的理論比能量最高C．M–空氣電池放電過程的正極反應(yīng)式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)nD．在M–空氣電池中，為防止負(fù)極區(qū)沉積Mg(OH)2，宜采用中性電解質(zhì)及陽(yáng)離子交換膜【答案】C【解析】根據(jù)題給放電的總反應(yīng)4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n，氧氣在正極得電子，由于有陰離子交換膜，正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e–=4OH-，故選C。4．(2015·天津卷，4)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是()A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO42-)減小C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰陽(yáng)離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡【答案】C【解析】由鋅銅原電池原理可知，鋅電極為負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，銅電極為正極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過，兩池中c(SO42-)不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電解過程中Zn2+由甲池通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池，乙池中Cu2++2e-=Cu，其溶液中的離子轉(zhuǎn)換為Cu2+→Zn2+，摩爾質(zhì)量M(Cu2+)<M(Zn2+)，乙池溶液的總質(zhì)量增加，C項(xiàng)正確；陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過，電解過程中Zn2+由甲池通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池保持溶液的電荷平衡，陰離子并不通過交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。考點(diǎn)3雙膜裝置1．(2022?全國(guó)甲卷，10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。電池放電時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SO42-通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C．MnO2電極反應(yīng)：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．電池總反應(yīng)：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)和題目所給信息可知，Ⅲ區(qū)Zn為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，Ⅰ區(qū)MnO2為電池的正極，電極反應(yīng)為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個(gè)離子選擇隔膜沒有指明的陽(yáng)離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個(gè)離子隔膜均可以通過陰、陽(yáng)離子，因此可以得到Ⅰ區(qū)消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區(qū)的K+向Ⅰ區(qū)移動(dòng)或Ⅰ區(qū)的SO42-向Ⅱ區(qū)移動(dòng)，Ⅲ區(qū)消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ區(qū)的SO42-向Ⅲ區(qū)移動(dòng)或Ⅲ區(qū)的K+向Ⅱ區(qū)移動(dòng)。A項(xiàng)，Ⅱ區(qū)的K+只能向Ⅰ區(qū)移動(dòng)，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，Ⅰ區(qū)的SO42-向Ⅱ區(qū)移動(dòng)，B正確；C項(xiàng)，MnO2電極的電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；D項(xiàng)，電池的總反應(yīng)為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正確；故選A。2．(2021?廣東選擇性卷，16)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是()A．工作時(shí)，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+【答案】D【解析】由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子電荷數(shù)，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動(dòng)，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+。A項(xiàng)，放電生成的氫離子通過陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽(yáng)極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，由分析可知，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+，故D正確；故選D。3．(2021?天津卷，11)如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，下列判斷錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)是電源的負(fù)極B．通電一段時(shí)間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色C．隨著電解的進(jìn)行，CuCl2溶液濃度變大D．當(dāng)0.01molFe2O3完全溶解時(shí)，至少產(chǎn)生氣體336mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下)【答案】C【解析】通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，說(shuō)明石墨電極Ⅱ?yàn)殛?yáng)極，則電源b為正極，a為負(fù)極，石墨電極Ⅰ為陰極。A項(xiàng)，a是電源的負(fù)極，故A正確；B項(xiàng)，石墨電極Ⅱ?yàn)殛?yáng)極，通電一段時(shí)間后，產(chǎn)生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色，故B正確；C項(xiàng)，隨著電解的進(jìn)行，銅離子在陰極得電子生成銅單質(zhì)，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，當(dāng)0.01molFe2O3完全溶解時(shí)，消耗氫離子為0.06mol，根據(jù)陽(yáng)極電極反應(yīng)式2H2O-4e-=4H++O2，產(chǎn)生氧氣為0.015mol，體積為336mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，故D正確；故選C。4．(2020?山東卷，10)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化。現(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．負(fù)極反應(yīng)為CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B．隔膜1為陽(yáng)離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2：1【答案】B【解析】據(jù)圖可知a極上CH3COOˉ轉(zhuǎn)化為CO2和H+，C元素被氧化，所以a極為該原電池的負(fù)極，則b極為正極。A項(xiàng)，a極為負(fù)極，CH3COOˉ失電子被氧化成CO2和H+，結(jié)合電荷守恒可得電極反應(yīng)式為CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正確；B項(xiàng)，為了實(shí)現(xiàn)海水的淡化，模擬海水中的氯離子需要移向負(fù)極，即a極，則隔膜1為陰離子交換膜，鈉離子需要移向正極，即b極，則隔膜2為陽(yáng)離子交換膜，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，根據(jù)電荷守恒可知，海水中會(huì)有1molClˉ移向負(fù)極，同時(shí)有1molNa+移向正極，即除去1molNaCl，質(zhì)量為58.5g，故C正確；D項(xiàng)，b極為正極，水溶液為酸性，所以氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，電極反應(yīng)式為2H++2eˉ=H2↑，所以當(dāng)轉(zhuǎn)移8mol電子時(shí)，正極產(chǎn)生4mol氣體，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式可知負(fù)極產(chǎn)生2mol氣體，物質(zhì)的量之比為4：2=2：1，故D正確；故選B。5．(2016·全國(guó)I卷，11)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na+和SO42－可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。下列敘述正確的是()A．通電后中間隔室的SO42－離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大B．該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C．負(fù)極反應(yīng)為2H2O–4e–=