专题讲座（六） 介质和隔膜在电化学的作用（练）-高考化学一轮复习（解析版）

专题讲座（六）介质和隔膜在电化学的作用

完卷时间：50分钟

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2NO3+10e—12H+=N2T+6H2。

+

C.好氧微生物反应器中反应为NH：+2O2=HNO3+H+H2O

D.当生成22.4LCC）2（标准状况）时，电路中共转移2NA电子

【答案】B

【解析】A.根据图中H+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，贝|2NC）3+10e-+12H+=N2T+6H2。，故选B；C.HNO,为强

电解质，所以好氧微生物反应器中反应为NH；+2O2=NO!+2H++H2。，故C错；D.当生成22.4LC。？（标

准状况）时，电路中共转移4/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

电极A阴离子电极B

KOH溶液

A.电极B为正极

B.CH4在电极A上发生氧化反应

C.电极A区发生反应：CH「8e-+10OH-=CO；+7H2。

D.当有8moi「通过外电路时，有lOmolOH-通过阴离子交换膜

【答案】D

【解析】电极A是负极，甲烷（CHQ燃料电池的反应原理是CH,与。2反应生成CO?和H?。，但该甲烷

燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，生成的C。2还要与KOH反应生成K2co3,所以总反应为

CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O,负极反应为CH4-8e~+10OH-=CO^+7H2O:电极B是正极，

发生还原反应，当有8moie-通过外电路时，有8moiOH-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，CH4在电极A上发生氧化反应，故B正确；C.甲烷（CH7燃料电池

的反应原理是CHd与。2反应生成CO2和H?。，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，生成的

CO2还要与KOH反应生成KzCOs，电极A区发生反应：CH4-8e+10OH=CO|+7H2O,故C正确；D.当

有8moie-通过外电路时，有8moiOH-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

III

A.a极电势高于b极电势

+

B.a极的电极反应式为+2e-+2H=liI+H20

C.该装置将光能转变成化学能，再转变成电能

D.H*由n区移向I区，n区溶液的pH减小

【答案】D

【解析】A.由图示可知，a极yCl，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Q明23=0+H2,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

+

HxW03-xe=W03+XH,正极反应式0「°"+2鼠+2/=吟+上0,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，n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

-------直流电源---------

co2CH4

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0）2+8葭+8中=（3山+2压0

D.a电极室产生的CO?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CO?转化为CH,，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（%得电子被还原，结合迁移过来的氢离子生成CH4和昂0,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CO?与b电极室消耗的CO?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FeCk溶液漫泡提取铜，反应的离子方程

3+2+2+

式为Cu2S+4Fe=2Cu+4Fe+SoCu2S可由黄铜矿（主要成分CuFeS?）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CuFeSz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

+-2+

D.b电极上的反应为：2CuFeS2+6H+2e=Cu2S+2Fe+3H2Sf

【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-+HB=Cu2s+2」，b电极是阴极，CuFeS?在阴极得到

2

电子发生还原反应CuzS、Fe\H2S,电极反应式为2CuFeS2+6H++2e—=Cu2S+2Fe2++3H2St,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HSO」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

叫1均为石墨

2+3+

V为紫色V为绿色

.+珏上

VO蓝色V。黄色

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了+e=V?+

D.放电时，酎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

2++

VO-e+H2O=VO^+2H,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V3++e=V2+。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VC）2+—e-+H2（3=VO；+2H+,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，发生的电极反应为丫3++0=丫2+,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：LixC6+Lix-xFePO4=6C+LiFePO4,工

作原理如图所示。下列说法正确的是

锂抵有机溶液

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LiFePO4-xe'=Li]XFePC）4+xLi

【答案】D

【解析】放电时的总反应：LixC6+Lij-xFePO4=6C+LiFePO4,放电时，铜箔上Lig失电子为负极，

铝箔上Li/xFeP。,得电子做正极。A.放电时，铜箔上口S6失电子为负极，铝箔上Li】MFePO,得电子

做正极，A错误；B.放电时，阳离子移向正极，所以L/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：6c+6Li++6e-=Li/C6,质量增加，C错误；D.充电时的阳极反应式

+

为LiFePO4-xe-=LpFePC^+xLi,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CO?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

乙醇、碳酸钾、KI溶液

A.b为负极

B.当电路中转移时，d电极产生ImolCH3cH0

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CC）2+2e-+H2o=HCOO-+0H-

【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C02转化为HCOO-,发生还原反应，电极反应式为

CO2+2e+H20=HCOO+OH,则a为阴极、b为负极，A正确、B错误；a电极上产生HCOCT,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21-2e==12,溶液中发生反应C凡CHOH+L+ZOH-=C4CHO+2HQ+2I-，

当电路中转移时，d电极产生0.5molCH3CH0,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（C3H◎）和二氧化碳转化为甘油醛右曲。3）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

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C02+2e-+H2（）=C0+20ir

【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CsHM-C3H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C0?fC0,H20-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C3H803-C3H6。3,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,皿还原为CO,H20还原为发生的电极反应为CO2+2e+H2O=CO+2OH-,2H20+2e-=H2+20H\

电极附近浓度增大，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C3H8（）3-2e-+20H=C3H6。3+2%0,

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

（LiMn2O4/U-Mn?。。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LiMi^CI-比一=Li-Mn2O4+xLi+

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Li_Mn2C）4+xe-+xLi+fLiMn2O4,选择性

提取锂，第二步接通电源2,中间室为阴极，发生反应LiMi^CVxe——LijMn2C）4+xLi+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LiMn^Oa-xe-=LijMn2（）4+辽广，

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0.2mol电子，阳极室电极反应式是2H2。-46一=4H++02，产生氧气的体积是

——义22.4=1.12L气体（标准状态下），故D正确；选B。

4

11.（2021•四川南充市•高三三模）科学家最近设计出了质子膜H白电池，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

电

JI----:-------

电极a____________4-H2sp-

质子固体电解盾膜2

—————*载

电极b------]।-6

物质C

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：02+4e-+4H=2H20

D.用该电池进行粗铜的精炼，当电路中转移2moie「时，阳极减轻64g

【答案】C

【解析】由图可知HzS在电极a发生氧化反应转化为土,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，因此不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02+41+4H+=2压0,

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2mole一时，

阳极减轻的质量不为ImolCu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KzCr2。？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

负载

窗

L一

k”

子

CHcH0.：2—"

3交11

」r3

擀

换r

一

r膜一

co2<

KC1溶液

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0.3mole-通过电解质溶液，将有0JmolCr（OH）3生成

+

D.左侧电极反应式为：CH3CHO+3H2O-10e=2CO2T+10H

【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T,结合质量守恒定律，则整个电极反应式为

+

CH3CHO+3H2O-10e=2CO2T+10H,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+MgHkMg+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一表示乳

酸根离子）。

浓HA溶液

浓

阳离子/缩、阴离r

交换膜室交换膜

0.1molL'稀IIA垃圾发附液

溶液溶液（含A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OFT可忽略不计。400mL

10g-L4乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145（溶液体积变化忽略不计），阴极上产生的压在

标准状况下的体积约为L。（乳酸的摩尔质量为90g-moF1）

【答案】（每空2分）（1）正LiH+e-=Li+H-

⑵①401r-4e-=02f+2H20

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+MgHz=Mg+2LiHoLi化合价升高

失去电子，放电时，作负极，崛员作正极，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401r-4e-=02f+2Ho故答

案为：401r-4e-=02t+2H20;

②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：阳极室中的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4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；

③400mL10g1T乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145g-L'（溶液体积变化忽略不计），则增加的

m54e

乳酸的质量为（145g-L-'-IOg-L-1）XO.4L=54g,增加的乳酸的物质的量为眸丁=------y=0.6mol,

M90g-mol

根据2HA—2A——H?关系得到阴极上产生的乩的物质的量为二:乂门毋八户^^长^^^台^^匕在标准状

况下的体积约为0.3molX22.4L-mol-=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

-2--+-

【答案】（每空2分）⑴S02+20H=S04+H202H20+2e=H2f+20田（或2H+2e=H2f）浓度较大的H2S04

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S02+20H-=S(V-+H。

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2HzO+2e-=H"+20田(或2H*+2e-=Hzt),电极b为阳极，SO广在阳极发生氧化反应生成硫

2+

酸，因此乙是浓度较大的H2s0,溶液，故答案为S02+20H^S03+H20；2H20+2e=H2t+20田(或2H+2e^H2t);

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；1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Na2s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。

①a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o

②阳极的电极反应式为O

(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NaHSOs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.

1b1体

N*3soi藩吟斗111哈_

3sot科表却产“皿初

⑷通过NO,传感器可监测