1.3.3 电化学中多池串联及电化学的相关计算（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（鲁科版2019，单选）

电化学中多池串联及 电化学的相关计算 第三课时 1 目 录 01 02 培优素养(一)——多池串联 培优素养(二)——电解的相关计算 03 课时跟踪检测 01 培优素养(一)——多池串联 (一)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。 (二)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，如图所示：A为原电池，B为电解池，甲池为原电池，其余为电解池。 2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极一个碳棒电极；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示。B为原电池，A为电解池。 3．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。 [例1]　(2024·天津市开学检测)某同学组装如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是(　 ) A．电极Ⅰ发生还原反应 B．电极Ⅱ逐渐溶解 C．电路中每转移0.2 mol电子，电极Ⅲ上析出64 g Cu D．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ √ [解析]　电极Ⅰ上电极反应式为Al－3e－===Al3＋，发生氧化反应，故A错误； 电极Ⅱ是正极，正极上发生反应为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电极Ⅱ质量逐渐增大，故B错误； 电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电路中每转移0.2 mol电子，电极Ⅲ上溶解铜0.1 mol，质量为6.4 g，故C错误； 电流方向从正极流向阳极，阴极流向负极，即电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，故D正确。 思维建模|“串联”类装置的解题流程 [浸润素养训练] 1．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12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L D．Fe极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ √ 解析：电解精炼铜时，粗铜作阳极，接外接电源的正极，A极连接电源的负极，应是纯铜，A错误； Fe极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故乙池中Fe电极附近变浅红色，B错误，D正确； 电镀铜时，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，增重12.8 g时生成0.2 mol Cu，电路中转移0.4 mol电子，乙池中阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，据转移电子守恒推知，生成0.2 mol Cl2，在标准状况下的体积为4.48 L，其他状况则不一定，C错误。 2．(2024·北京期中检测)关于如图所示装置的判断，下列叙述正确的是(　 ) √ A．左边的装置是电解池，右边的装置是原电池 B．该装置中铜为正极，锌为负极 C．当铜片的质量变化为12.8 g时，a极上消耗的O2在标准状况下的体积为2.24 L D．装置中电子的流向是a→Cu→经过CuSO4溶液→Zn→b 解析：左边是原电池，右边是电解池，故A错误； 左边是原电池，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，则锌是阴极，铜是阳极，故B错误； 装置中电子的流向是b→Zn，Cu→a，故D错误。 3．如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题： (1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，该电极上发生的反应类型是________反应(填“氧化”或“还原”)。 (2)在乙装置中，总反应的离子方程式是___________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)工作一段时间之后，丙装置中硫酸铜溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)，如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，则甲装置中消耗的CH4的质量为________g。 (4)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应是____________________。 解析：(1)甲装置为燃料电池，a极为负极，应通入燃料甲烷发生氧化反应； (3)丙装置为电解精炼铜，初始阶段阳极由粗铜中比铜活泼的金属失电子，阴极消耗铜离子，所以溶液中硫酸铜浓度降低；如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，说明生成Cu 0.1 mol，电路中转移电子物质的量为0.2 mol，则甲装置中消耗的CH4的物质的量为0.025 mol，对应质量为0.4 g； (4)丁装置Y为阴极，其电极上发生的电极反应式是Cu2＋＋ 2e－===Cu。 02 培优素养(二)——电解的相关计算 [例2]　如图，X是直流电源，电池中c、d、e、f为石墨棒，接通电路后，发现d附近显红色。回答下列问题： (1)电源a为______(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，d极上的电极反应式为________________________________，Z池中f为________极，e极上的电极反应式为_____________________ __________________________________________________________。 (2)当电路中通过0.02 mol电子时，d极产生的气体在标准状况下的体积为________ L，Y池中溶液的pH为________；Z池中析出铜的质量为________ g，产生的气体在标准状况下的体积为________ L。 [解析]　(1)用直流电电解饱和NaCl溶液，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，d附近显红色，因此d为阴极，a为电源的正极，f为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，e为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑； [答案]　(1)正　2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 阴　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　(2)0.224　13 0．64　0.112 思维建模|三种常见的计算方法 根据总反应式 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算 根据电子守恒 ①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数目相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算 根据关系式 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的关系式 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系： [浸润素养训练] 1．把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是(　 ) A．27 mg B．54 mg C．108 mg D．216 mg √ 解析：首先应弄清楚两极的反应。阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极没有氢气放出，则阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。OH－的消耗导致了H＋的增加，增加量约为1×10－3 mol·L－1×0.5 L＝5×10－4 mol，即转移电子数为5×10－4 mol，析出银的质量为5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。 2．常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间的变化如图所示，根据图中信息回答下列问题(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)。 (1)曲线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的体积变化。 (2)氯化钠的物质的量浓度为________，硫酸铜的物质的量浓度为________。 (3)t2时所得溶液的pH为________。 解析：(1)阴极上Cu2＋首先放电，故开始时，阴极上无气体生成，故曲线Ⅱ表示阳极产生气体的体积变化。 答案：(1)Ⅱ　(2)0.1 mol·L－1　0.1 mol·L－1　(3)1 3．KIO3可作为食盐中的补碘剂，可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，阴极区加入氢氧化钾溶液，开始电解。装置如下图所示： 回答下列问题： (1)惰性电极M为________(填“阳极”或“阴极”)，其电极反应式为__________________________________________。 (2)若电解时用铅酸蓄电池做电源，当消耗2 mol单质铅时，电解生成气体的物质的量是______mol。 (3)若电解结束时，阳极反应生成10 mol KIO3，则理论上消耗的I2的物质的量为________mol。 (4)常温下若有0.9 mol K＋通过阳离子交换膜，阴极区KOH溶液pH由13升到14，则阴极区KOH溶液体积为______L(忽略溶液体积变化)。 (5)若电解池工作前，阳极室和阴极室中电解液质量相等，当转移________mol电子时，两侧电解液的质量差为308 g。 解析：(1)惰性电极M为阳极，其电极反应式为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。 (2)若电解时用铅酸蓄电池做电源，由关系式Pb～2e－～H2，当消耗2 mol单质铅时，电解生成气体的物质的量是2 mol。 (4)常温下若有0.9 mol K＋通过阳离子交换膜，阴极区KOH溶液pH由13升到14，氢氧根离子的浓度由0.1 mol·L－1提高到1 mol·L－1，1 mol·L－1×V－0.1 mol·L－1×V＝0.9 mol，V＝1 L，则阴极区KOH溶液体积为1 L(忽略溶液体积变化)。 03 课时跟踪检测 1．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中Cu2＋的物质的量浓度为(　 ) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 14 15 16 2．(2024·嘉兴高二期末)如图所示，装置甲为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置乙实现铁棒上镀铜，下列说法中正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．b处应通入O2，发生氧化反应 B．装置乙中阴极质量变化12.8 g，则装置甲中理论上消耗甲烷1.12 L(标准状况) C．电镀结束后，装置乙中Cu2＋的物质的量浓度变小 D．装置甲中通甲烷的一极电极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 3．电解一定量的硫酸铜溶液的实验装置如图①所示，电解的实验数据如图②所示，横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．开始时b电极上有红色物质析出，而后有气泡产生 B．a电极上的电子经溶液流向b电极再流入直流电源 C．在PQ段，产生的H2和O2的体积之比为1∶2 D．从开始到Q点，装置中产生的气体中有0.1 mol氧气 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：根据电子的流向可知，a电极为电解池的阴极、b电极为电解池的阳极。b电极上无红色物质析出，但一直有氧气产生，A项错误； 电子仅在外电路中移动，溶液中为阴、阳离子的定向移动，B项错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 由图像和反应过程可知，刚开始为电解CuSO4溶液的过程，仅有氧气生成，PQ段为电解H2O的过程，则a电极上生成氢气，b电极上生成氧气，且二者的体积之比为2∶1，C项错误； 在电解过程中，每转移4 mol电子，有1 mol O2生成，由图像可知，从开始到Q点转移的电子为0.4 mol，故有0.1 mol O2生成，D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 4．NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液可以选择CuSO4溶液，C正确； A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24 L O2(标准状况)时，转移电子 0.4 mol，但阳极上(A极)为粗铜，不只有Cu参与放电，还有比Cu 活泼的金属放电，故减少质量不一定为12.8 g，D不正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 5．(2024·福州高二期末)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2－4e－＋2H2O===4OH－ B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．反应一段时间后，乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠 D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：甲装置为燃料电池，通氧气一极为正极，电解质为KOH，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A错误； 通甲醚的一极为负极，即Fe电极为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 乙装置中铁为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，X为阳离子交换膜，允许Na＋通过，反应一段时间后，乙装置中铁电极区生成NaOH，故C正确； 丙装置为电解池，精铜作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，粗铜作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，但粗铜中含有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等，这些金属先失电子，使CuSO4溶液的浓度减小，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 6．(2024·成都高二期中)用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl－)为5.0 mol·L－1，一段时间后两极均收集到标准状况下67.2 L的气体。下列说法错误的是(　 ) A．原溶液中c(Na＋)为4 mol·L－1 B．电解过程共转移7 mol电子 C．电解过程阴极共析出32 g铜 D．加入CuCl2和HCl即可复原电解质溶液 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 根据计算分析可知电子转移总物质的量为7 mol，故B正确； 分析可知，溶液中铜离子全部放电生成金属铜，质量＝0.5 mol×64 g·mol－1＝32 g，故C正确； 阳极上有氯气、氧气生成，阴极上有铜析出，生成氢气，由电子守恒可知，需要加入CuCl2和HCl、H2O即可复原电解质溶液，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 8．利用浓差电池制备高铁电池的重要材料Na2FeO4，反应原理如图所示。下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析： Cu(1)为原电池的正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Cu(2)为原电池的负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，Fe电极为阳极，Cu电极为阴极，据此分析解答。Cu电极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当Cu电极上生成1 mol气体时，同时产生2 mol OH－，此时有2 mol Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷，阴极室NaOH浓度变大，a<b，故A、B项正确，C错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 9．(2024·河南南阳一中高二月考)用石墨做电极电解1 000 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量减少了13.4 g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)(　 ) A．电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA B．两极共产生标准状况下3.92 L气体 C．电解后溶液中H＋浓度为0.01 mol·L－1(假设溶液体积不变) D．加入13.8 g Ag2CO3可将溶液复原 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：用石墨做电极电解1 000 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，阴极上先发生的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，假设0.1 mol银离子全部放电，转移电子的物质的量为0.1 mol，则析出金属银的质量为0.1 mol×108 g·mol－1＝10.8 g，此时阳极上的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移 0.1 mol电子时生成的氧气的质量为0.025 mol×32 g·mol－1＝0.8 g，所以此时溶液质量减少10.8 g＋0.8 g＝11.6 g<13.4 g，则接下来阴极上放电的是氢离子，阳极上仍是OH－放电，此阶段相当于电解水，则电解水的质量为13.4 g－11.6 g＝1.8 g，电解1.8 g水转移电子的物质的量为0.2 mol，所以整个过程中转移电子的总物质的量为0.3 mol，数目为0.3NA，A项错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 由分析可知，该电解过程中阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移0.3 mol电子，产生的氧气的物质的量为0.075 mol，即标准状况下的体积为1.68 L，阴极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极上产生氢气，当转移0.2 mol电子时，产生的氢气的物质的量为0.1 mol，即标准状况下的体积为2.24 L，所以两极共产生标准状况下3.92 L气体，B项正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 10．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(甲、乙、丙三池中溶质足量，体积均为1 L)，当闭合该装置的开关K时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题： 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (1)甲、乙、丙三池中为原电池的是________(填“甲池”“乙池”或“丙池”)，A电极的电极反应式为________________________，C电极的电极反应式为____________________________。 (2)丙池总反应的离子方程式为_______________________。 (3)当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时，理论上通过乙池的电量为_____________(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1)，丙池溶液的pH为_________________________ (忽略溶液体积的变化)。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 11．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用，阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图如图所示。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣，此时，应向污水中加入适量的________(填字母)。 A．BaSO4 B．CH3CH2OH C．Na2SO4 D．NaOH 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (2)电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是 Ⅰ.____________________________________________________； Ⅱ.____________________________________________________。 (3)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是__________________________________________________________ __________________________________________________________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极，为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环(见上图 )，A物质的化学式是________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 解析：(1)为了增强溶液的导电性，因此可选用易溶性强电解质溶液，排除A和B，因题中要求电解时保持污水的pH在5.0～6.0之间，因此不能添加NaOH。 (2)电解时铁作阳极，因此主要发生Fe－2e－===Fe2＋，同时也发生副反应，即H2O失电子被氧化生成O2。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 答案：(1)C　(2)Fe－2e－===Fe2＋ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ (3)4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋ (4)CO2 高阶思维训练 12．(2023·北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析： SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确； 装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO的水解程度大于其电离程度，故B正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 13．钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域，如图为电解方法制备金属钴的装置示意图。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 下列说法正确的是(　 ) A．石墨电极与电源的负极相连 B．电解过程中，Ⅱ室溶液的pH减小 C．移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 D．外电路每通过1 mol电子，Ⅲ室溶液质量理论上减少29.5 g 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：电解池工作时，石墨电极为阳极，与电源的正极相连，故A错误； 电解池工作时，Ⅱ室溶液中的氢离子浓度增大，pH减小，故B正确； 移除阳离子交换膜后，由于放电顺序：Cl－＞OH－，Cl－更易放电，石墨电极上发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，即石墨电极上的反应发生改变，故C错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 阴极反应为Co2＋＋2e－===Co，外电路每通过1 mol电子时生成0.5 mol Co，并且有1 mol Cl－由Ⅲ室移向Ⅱ室，则Ⅲ室溶液共减少质量为0.5 mol×59 g·mol－1＋1 mol×35.5 g·mol－1＝65 g，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 14．利用氢氧燃料电池，以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4，其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下能传导O2－。下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．电极b的电极反应为H2－2e－===2H＋ B．电极d材料是铁电极，电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 C．理论上，固体电解质中每迁移0.3 mol O2－，可以制得16.6 g Na2FeO4 D．为提高Na2FeO4的产率，应使用阳离子交换膜 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 阳极需要消耗OH－，阴极不断生成OH－，为提高Na2FeO4的产率，应使用阴离子交换膜，D不正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 15．微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能合成电子工业清洗剂四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，采用微生物燃料电池电渗析法合成(CH3)4NOH的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．d为阳离子交换膜 B．电极M为正极，该电极上发生的电极反应为O2－4e－＋4H＋===2H2O C．电流方向为电极M→电极b→电极a→电极N D．制备1 mol (CH3)4NOH时，电极b处产生11.2 L(标准状况下)气体 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (CH3)4NCl浓溶液中的Cl－通过d交换膜进入右侧，所以e是阳离子交换膜，d是阴离子交换膜，同样地，(CH3)4N＋通过c在左侧富集，所以c是阳离子交换膜。由图可知电极M发生的是光合菌在光照和CO2条件下产生O2，O2再反应生成H2O，发生的是还原反应，则M是正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B错误； 电极b是电解池的阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，制备1 mol (CH3)4NOH时，转移1 mol 电子，所以b极产生氧气0.25 mol，标准状况下体积为5.6 L，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 16．(2023·江苏卷·节选)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。 催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (2)当电解电压为U2 V时，阴极由HCO生成CH4的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________。 (3)当电解电压为U3 V时，电解生成C2H4和HCOO－的物质的量之比为________________________________________________________ _____________________________________ (写出计算过程)。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 根据转移电子守恒得，当铜片的质量变化为12.8 g时，a极上消耗的O2在标况下体积为×22.4 L·mol－1＝2.24 L，故C正确； (2)乙装置为电解饱和食盐水，总反应的离子方程式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－； 答案：(1)CH4　氧化 (2)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ (3)减小　0.4 (4)Cu2＋＋ 2e－===Cu (2)由上述分析，Y池总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Z池总反应为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋O2↑＋2Cu，当电路中通过0.02 mol电子时，d极产生0.01 mol的H2，在标准状况下的体积为0.224 L，同时生成0.02 mol OH－，c(OH－)＝0.1 mol·L－1，Y池中溶液的pH为13；Z池中析出铜的物质的量为0.01 mol，质量为0.64 g，阳极产生0.005 mol O2，标准状况下的体积为0.112 L。 (2)0～t1内阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，n(Cl2)＝＝0.01 mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝0.02 mol，c(NaCl)＝＝ 0.1 mol·L－1；阴极上依次发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极上依次发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由图可知V(H2)＝0.672 L，V(Cl2)＝0.224 L，V(O2)＝0.448 L， 由得失电子守恒可知×2＋c(Cu2＋)×0.2 L×2＝×2＋×4，解得c(Cu2＋)＝0.1 mol·L－1。 (3)由4OH－～O2～4H＋可得：n(H＋)＝×4＝0.02 mol，则溶液中的c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。 (3)若电解结束时，由关系式3I2～5I－～5IO，阳极反应生成10 mol KIO3，则理论上消耗的I2的物质的量为×3＝6 mol。 (5)若电解池工作前，阳极室和阴极室中电解液质量相等，每转移1 mol电子，阳极减少1 mol钾离子，减少39 g，阴极增加1 mol钾离子，同时减少1 mol氢原子，增加38 g，当转移＝4 mol电子时，两侧电解液的质量差为308 g。 答案：(1)阳极　I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O　(2)2　(3)6　(4)1　(5)4 解析：分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH－失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2＋得到的，故Cu2＋的物质的量是0.1 mol，则Cu2＋的物质的量浓度为＝1 mol·L－1。 解析： b为正极，通入氧气，氧气得电子发生还原反应，故A错误； Fe作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阴极质量变化12.8 g，转移电子为×2＝0.4 mol，a为负极，通入甲烷，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，消耗甲烷体积为×22.4 L·mol－1＝1.12 L，故B正确； 乙为电镀装置，Cu2＋的物质的量浓度不变，故C错误； a为负极，通入甲烷，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，故D错误。 A．离子交换膜应为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移 B．该燃料电池的负极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O C．电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液 D．每消耗2.24 L O2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g 解析：通入O2发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，通入O2的一极为正极。Na＋通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na＋通过，是阳离子交换膜，A正确； 根据图示，负极BH转化为 BO，反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，B正确； 解析：根据电子转移守恒：2n(Cu2＋)＋2n(H2)＝7 mol，故n(Cu2＋)＝(7 mol－3 mol×2)×＝0.5 mol，则c(Cu2＋)＝＝0.5 mol·L－1，n(Cu2＋)＝n(CuCl2)＝0.5 mol，n(Na＋)＝5 mol－0.5 mol×2＝4 mol，原溶液中c(Na＋)为4 mol·L－1，故A正确； 7．用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法正确的是(　 ) A．电解过程中废水的pH会减小 B．阳极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ C．电解后除Cr(OH)3沉淀外，还有Fe(OH)3沉淀生成 D．电路中每转移0.6 mol e－，最多有0.2 mol Cr2O被氧化 解析：由反应式Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，处理过程中消耗氢离子，溶液的酸性减弱，pH增大，故A错误； 电解时，铁板做阳极，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故B错误； 阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子生成H2，同时生成氢氧根离子，Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，有Fe3＋生成，所以有Fe(OH)3沉淀生成，故C正确； Fe－2e－===Fe2＋，则转移电子数0.6 mol需要0.3 mol Fe，再根据反应的离子方程式得关系式：6Fe～12e－～6Fe2＋～Cr2O，故被还原的Cr2O的物质的量为0.05 mol，故D错误。 A．a<b B．c为阳离子交换膜，当Cu电极产生1 mol气体时，有2 mol Na＋通过阳离子交换膜 C．浓差电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋ D．Fe电极的电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O Fe电极为阳极，其电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，故D正确。 电解过程中溶液中的氢离子最终增加了0.1 mol，所以最后溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，C项错误； 电解过程相当于减少了氧化银和水，只加入Ag2CO3不能将溶液复原，D项错误。 解析：(1)从图中可以看出，甲池为燃料电池，乙池和丙池为电解池。则甲、乙、丙三池中为原电池的是甲池，A电极的电极反应式为CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O；乙池中，C电极与燃料电池的正极相连，则C电极为阳极，Ag失电子生成Ag＋，电极反应式为Ag－e－===Ag＋。 (2)丙池中，阴极Cu2＋得电子生成Cu，阳极H2O失电子生成O2和H＋，总反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。(3)当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时，线路中通过电子的物质的量n(e－)＝×4＝0.1 mol，理论上通过乙池的电量为0.1 mol×9.65×104 C·mol－1＝9.65×103 C；丙池中，可建立关系式：H＋～e－，则溶液中生成H＋的物质的量为0.1 mol，溶液的pH为1。 答案：(1)甲池　CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O　 Ag－e－===Ag＋ (2)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ (3)9.65×103 C　1 (3)根据得失电子守恒和电荷守恒，电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。 (4)负极反应是CH4失电子，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以负极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳。 下列说法不正确的是(　 ) A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨 B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度 C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 D．装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO 由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，故D正确。 解析：装置图中，左侧装置为氢氧燃料电池，右侧装置为电解池。氢氧燃料电池中，负极反应式为2H2＋2O2－－4e－===2H2O，正极反应式为O2＋4e－===2O2－；电解池中，Fe电极(阳极)反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，Ni电极(阴极)反应式为6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。从图中箭头可知，电极c产生的H2流入电极b中，所以电极c为阴极(Ni电极)，电极b为负极，电极a为正极，电极d为阳极(Fe电极)。理论上，固体电解质中每迁移0.3 mol O2－，电路中转移电子的物质的量为0.6 mol，可以制得0.1 mol Na2FeO4，质量为0.1 mol ×166 g·mol－1＝16.6 g，C正确； 解析：电极M处是光合菌在光照和二氧化碳条件下产生氧气，氧气再反应生成水，发生的是还原反应，所以M是正极，N是负极，负极是硫氧化菌将FeSx转化为S，S被氧化为SO，电子由N极流出到a极，所以a极为阴极，发生的反应是氢离子得到电子生成氢气，b为阳极是氢氧根放电生成氧气。c、d、e为离子交换膜，根据d、e两极中间通入稀NaCl溶液，NaOH溶液中的Na＋通过e交换膜进入左侧， FE%＝×100% 其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。 (1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为________(填化学式)。 解析：当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，为氢离子得电子变成氢气。当电解电压为U2 V时，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由HCO生成CH4的电极反应式为HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。当电解电压为U3 V时，电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%，还原产物HCOO－的FE%为8%，每生成1 mol C2H4转移12 mol e－，每生成1 mol HCOO－转移2 mol e－，故电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为∶＝1∶2。 答案：(1)H2　 (2)HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－ (3)每生成1 mol C2H4转移12 mol e－，每生成1 mol HCOO－转移2 mol e－，故电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为∶＝1∶2 $$