高中化学微专题-专题八 电化学的相关计算

专题八 电化学综合计算——多池串联的两大模型及电化学计算 多池串联及电化学计算是电化学的重点和难点，此类试题常将原电池和电解池串联，或多个电解池串联，要求考生构建对化学能与电能相互转化的原理和装置的认识模型，并能基于该认识模型分析陌生的化学电池、电解池的工作原理，实现能量转化或物质转化，突出《中国高考评价体系》中对考生的理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力等关键能力的发展水平要求，体现高考评价体系通过“四翼”(基础性、综合性、应用性和创新性)实现对学生“四层”的有效考查，能够客观全面地获取相关信息，能够从情境中提取有效信息；能够准确概括和描述学科所涉及基本现象的特征及其相互关系，并从中发现问题；能够透过现象看到本质，发现隐含的规律或原理。 一、多池串联模型及分析 多池串联模型是原电池和电解池认识模型的综合应用，要求考生能够准确判断原电池和电解池，结合原电池的工作原理或电解原理，分析装置图中物质的性质及变化，能够透过现象看到本质，发现隐含的规律或原理，并作出合理的分析、推测及判断。 1.有外接电源电池类型的判断方法 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如： 则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。 2.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、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。 (2)根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：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，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。 二、电化学的计算 电化学反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，因此电化学的计算问题，无论是单一原电池或电解池，还是串联电池，均可抓住得失电子守恒进行计算，此类问题要结合原电池的工作原理或电解原理，分析装置图中物质的性质及变化，并作出合理的分析、推测及计算，体现《中国高考评价体系》中对于“归纳与论证能力”的要求，要求考生能识别有效证据，科学推理论证，归纳总结规律，处理转化数据。以下是电化学中三种常见计算方法： 如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总览电化学计算的作和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示：在电化学计算中，还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。 一、考查原电池与电解池的串联 (2022河南南阳一中检测) 1．如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，下列说法正确的是（    ） A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置 B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH-6e-+2H2O=CO32-+8H+ C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度 D．甲池中消耗280mL（标准状况下）O2，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体 (2022吉林长春检测) 2．如图所示装置可间接氧化工业废水中的含氮离子。下列说法不正确的是 A．乙是电能转变为化学能的装置 B．含氮离子被氧化时的离子方程式为 C．若生成和的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的减小 D．电池工作时，甲池中的移向电极 二、考查电解池之间的串联 (2022山东潍坊中学检测) 3．下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D CuSO4 AgNO3 A．A B．B C．C D．D (2022福建部分重点校联考) 4．如图甲、乙为相互串联的两个电解池，下列说法正确的是 A．甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜 B．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后C极附近变浅红色 C．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8g，乙池阳极放出气体为4.48L D．Fe极的电极反应式为2H2O＋2e-=H2↑＋2OH- 三、电子守恒法在电解计算中的应用 (2022河北辛集中学检测) 5．500 mL KNO3和Cu(NO3）2的混合溶液中c(NO）＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 A．原混合溶液中c(K＋）为0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H＋）为0.2 mol·L－1 四、关系式法在电解计算中的应用 6．用惰性电极电解0.1LM(NO3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL(标准状况)O2，从而可知M的相对原子质量是 ，溶液的pH是 (均用含有a、b、x的代数式表示)。 (2022四川成都检测) 7．将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为 A．4×10-3mol/L B．2×10-3mol/L C．1×10-3mol/L D．1×10-7mol/L 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．D 【分析】甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，则甲池为燃料电池，通CH3OH的电极为负极，通O2的电极为正极；乙池，石墨为阳极，Ag为阴极；丙池，左边Pt为阳极，右边Pt为阴极。 【详解】A．甲池将化学能转化为电能，乙、丙池将电能转化化学能，A不正确； B．甲池中通入CH3OH的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH- =CO32- +6H2O，B不正确； C．乙池中，石墨为阳极，电极反应式为2H2O-4e- ==O2↑+4H+，Ag为阴极，电极反应式为2Cu2++4e- ==2Cu，反应一段时间后，向乙池中加入一定量CuO固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度，C不正确； D．依据得失电子守恒，可建立甲池中O2与丙池中Mg(OH)2的关系式为：O2—2Mg(OH)2，n(O2)==0.0125mol，此时丙池中理论上最多产生Mg(OH)2固体0.0125mol ×2×58g/mol=1.45g，D正确； 故选D。 2．D 【分析】由图像可知，甲中活泼金属镁作原电池的负极，石墨为正极形成原电池，乙是电解池，左侧为阳极，电极反应为2Cl--2e-=Cl2，生成的Cl2与反应，3Cl2+2=N2+6Cl-+8H+，右侧为阴极，电极反应为2H++2e-=H2↑。 【详解】A、根据分析，乙是电解池，电解池是将电能转变为化学能的装置，A正确； B、根据分析，酸性条件下含氮离子氧化时转化为氮气，反应的离子方程式为3Cl2+2=N2+ 6Cl-+8H+，B正确； C、若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，设转移电子数为6，根据电极反应6H++6e-=3H2↑、3Cl2+2=N2+6Cl-+8H+可知，生成的H+大于消耗的H+，因处理后废水的H+浓度增大，pH减小，C正确； D、电池工作时，甲池是原电池，原电池中阳离子Na＋移向正极石墨电极，D错误； 故选D。 3．B 【分析】电极b、d均为阴极，在它们上面均没有气体逸出，但质量均增大，且增重b＞d，则所电解的盐溶液中金属元素应该在金属活动顺序表中(H)以后，转移相同电子时，b析出金属质量大于d，据此分析解答。 【详解】电极b、d均为阴极，在它们上面均没有气体逸出，但质量均增大，且增重b＞d，则所电解的盐溶液中金属元素应该在金属活动顺序表中(H)以后，转移相同电子时，b析出金属质量大于d。阳离子得电子能力随金属活动性的减弱而增强。 A.在金属活动性顺序表中，Mg在H之前，所以电解镁盐溶液时阴极上不能得到金属单质，A错误； B.由阳离子得电子能力顺序可以看出，盐溶液中Ag+和Pb2+的得电子能力均大于H+，因此电解硝酸银溶液时阴极b电极上生成Ag、电解硝酸铅溶液阴极d上生成Pb，两池中的电极上转移的电子是相等的，设转移2mol电子，b增重216g，d增重207g，所以质量增加b＞d，符合题意，B正确； C.在金属活动性顺序表中，Fe、Al都在H之前，电解亚铁盐、铝溶液溶液时阴极上都不能得到金属单质，C错误； D.两池中的电极上转移的电子是相等的，设转移2mol电子，b增重64g，d增重216g，所以质量增加b＜d，不符合题意，D错误； 故合理选项是B。 【点睛】本题考查电解原理，同时考查学生对金属活动性顺序表、电解原理的理解及应用，明确离子放电顺序是解答本题关键，题目难度不大。 4．D 【分析】从图中可知，A为阴极，B为阳极，Fe为阴极，C为阳极。 【详解】A．甲池中A是阴极，B是阳极，若为精炼铜的装置，则A极是纯铜，B极是粗铜，A错误； B．C极是阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，Fe电极反应为2H2O＋2e-=2OH-＋H2↑，滴加少量酚酞溶液，一段时间后，Fe电极附近溶液变浅红色，B错误； C．电镀铜装置中，阴极发生反应：Cu2+＋2e-=Cu，阴极增重12.8g(即0.2mol)，电路中通过0.4mol电子，乙池中阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，反应生成0.2molCl2，题目未指明气体的温度和压强，不能确定体积，C错误； D．Fe电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e-=2OH-＋H2↑，D正确； 故答案选D。 5．A 【分析】电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上先铜离子放电生成铜单质，当铜离子完全析出时，氢离子放电生成氢气，气体的物质的量为2.24L÷22.4L/mol=0.1mol；每生成0.1mol氧气转移0.4mol电子，每生成0.1mol氢气转移0.2mol电子，每生成1mol铜转移2mol电子，所以根据转移电子守恒得铜的物质的量=(0.4-0.2）/2mol=0.1mol，则铜离子的物质的量浓度为0.1mol÷0.5L=0.2mol/L，根据电荷守恒得钾离子浓度=0.6mol•L-1-0.2 mol•L-1×2=0.2mol/L。据此分析解答。 【详解】A、根据分析知，原混合溶液中c（K+）为0.2mol•L-1，正确； B、转移电子的物质的量=0.1mol×4=0.4mol，错误； C、根据以上分析知，铜的物质的量为0.1mol，错误； D、当电解硝酸铜时溶液中生成氢离子，当电解硝酸钾溶液时，实际上是电解水，所以电解后氢离子的物质的量为氧气的4倍，为0.1mol×4=0.4mol，则氢离子浓度为0.8mol/L，错误； 答案选A。 6． - 【详解】整个闭合回路转移电子数相等可得关系式xO2～4M，∶=x∶4，可解出M=g·mol-1。又由2H2O-4e-=O2↑+4H+，O2～4H＋可知：c(H＋)=4×mol÷0.1L=bmol·L-1，则pH=-lg。 7．A 【详解】电解CuSO4溶液的方程式为：2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2↑+ 2H2SO4，生成0.064 g的Cu，物质的量为0.001mol，所以生成0.001mol的H2SO4，氢离子为0.002mol，浓度为4×10－3 mol·L－1，故选：A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$