1.3.2串联电路分析与计算 课件-2026-2027学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

化学反应与能量变化 　化学能与电能的转化 系列微专题1：串流电路分析与计算 1 创新发展(一)　串联电池 AB [解析]　甲装置为原电池，其中a电极为负极、b电极为正极，左侧加入了硫酸，其中的H＋可透过质子膜而进入右侧极室，所以右侧极室是酸性的，所以电极反应中不能生成OH－，而应生成水：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项正确； 乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，左侧为阳极，右侧d电极为阴极，其中盛放了硝酸溶液，发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，虽然消耗了H＋，但同时有等量的H＋从阳极区迁移过来，故溶液的pH不变，B项正确； c电极为阳极，发生氧化反应：N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，C项错误； 依据电子转移数相同可知，甲装置的左侧的电极反应式：SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO4(2－)，可知消耗1 mol SO2电子转移数为2 mol，乙装置中阳极N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，为了平衡电荷，则有2 mol H＋通过隔膜，D项错误。 3．计算方法 (1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、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相等。 图中装置甲是_______，乙 是_______，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解6.5g， Cu极上析出H2_____ L(标准状况) Pt极上析出 Cl2 0.1 mol， C极上析出Cu 6.4 g 甲池中H＋被还原，生成ZnSO4， 溶液pH变大；乙池是电解CuCl2， 由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大。电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。 (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 例[双选]图甲装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。图乙为电解氯化铜溶液的实验装置的一部分。下列说法中不正确的是 (　　) A．a极应与Y连接 B．N电极发生还原反应，当N电极消耗11.2 L(标准状况下) O2时，则a电极增重64 g C．不论b为何种电极材料，b极的电极反应式一定为2Cl－－2e－===Cl2↑ D．若废水中含有乙醛，则M极的电极反应为 CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋ 2.[双选]用钴酸锂电池作电源按如图装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是 （　　) A．已知钴酸锂电池放电时总反应 为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C， 则Li1－xCoO2作负极，失电子 B．当外电路中转移0.2 mol电子时，电 极b处有2.24 L Cl2生成 C．电极d为阳极，电解开始时的 电极反应式为Cu＋Cl－－e－===CuCl D．随着电解的进行，U形管Ⅱ中发生了 如下转化CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－ 3．微生物电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。如图 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．好氧微生物反应器中 反应为 NH4＋＋2O2=== NO3－+2H＋＋H2O B．B极电势比A极电势低 C．A极的电极反应 式 CH3COO－＋8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋ D．当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L N2 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)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。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。 A．电极b反应式是O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变 C．c电极上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋ D．甲中每消耗1 mol SO2，乙装置中有1 mol H＋通过隔膜 [典例]　[双选]利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是(　　) [解题方略]　串联类电池的解题流程 创新发展(二)　电化学计算 1．总体原则 电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 2．解题关键 (1)电极名称要区分清楚。 (2)电极产物要判断准确。 (3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。 电解池 2.24 原电池 (2)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： [解题方略] 电子守恒法的解题流程 (1)找出氧化剂(正极或阴极反应物质)、还原剂(负极或阳极反应物质)及相应的还原产物和氧化产物。 (2)根据相关信息，找准一个电极上原子或离子得失电子数(注意化学式中粒子的个数)。 (3)根据串联电路中各电极转移电子相等列出等式。　　 解析：根据题给信息知，甲图是将化学能转化为电能的原电池，N极氧气得电子发生还原反应生成水，N极为原电池的正极，M极废水中的有机物失电子发生氧化反应，M为原电池的负极。电解氯化铜溶液，由图乙氯离子移向b极，铜离子移向a极，则a为阴极应与负极相连，即与X相连，b为阳极应与正极相连，即与Y相连。根据以上分析，M是负极，N是正极，a为阴极应与负极(即X极)连接，故A错误；N是正极氧气得电子发生还原反应，a为阴极铜离子得电子发生还原反应，根据得失电子守恒，则当N电极消耗11.2 L(标准状况下)气体时，则a 电极增重eq \f(11.2 L×4×64 g·mol－1,22.4 L·mol－1×2)＝64 g，故B正确；b为阳极，当为惰性电极时，则电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，当为活性电极时，反应式为电极本身失电子发生氧化反应，故C错误；若有机废水中含有乙醛，图甲中M极为CH3CHO失电子发生氧化反应，发生的电极应为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，故D正确。 答案：AC [过关训练] 1．某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则 (　　) A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析：首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ(电流方向与电子流动方向相反)，A正确。电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错。电极Ⅱ上有铜析出，C错。电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错。 答案：A　 解析：A项，LixC6中C为负价，根据电池总反应，LixC6作负极，则Li1－xCoO2作正极，得电子，错误；B项，没有说明是否是标准状况，因此无法直接计算生成氯气的体积，错误；C项，d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应，故d极为阳极，d极反应式为Cu＋Cl－－e－===CuCl，正确；D项，d电极先产生白色沉淀(CuCl)，白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)，发生的反应是CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－，正确。 答案：CD　 解析： NHeq \o\al(＋,4)在好氧微生物反应器中转化为NOeq \o\al(－,3)，NHeq \o\al(＋,4)＋2O2===NOeq \o\al(－,3)＋2H＋＋H2O，故A正确；图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极， B极电势比A极电势高，故B错误；A极的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，故C错误；当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成标准状况下的2.24 L N2，故D错误。 答案：A　 如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题： (1)a为电源的________(填“正”或“负”)极，C池是________池。A池阳极的电极反应为__________________，C池阴极的电极反应为______________________________。 (2)如果B槽中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。 (3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。 解析：(1)根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，说明电极5作阴极，Ag＋放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，转移电子的物质的量为0.02 mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。则a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。(2)B槽中电解总反应为2CuSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 mol 电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。 解析：设整个过程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02，eq \f(1,2)x＋eq \f(3,2)y＝0.01，解得x＝y＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。(3)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝eq \f(0.02 mol,0.2 L)＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝13。 答案：(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑　Ag＋＋e－===Ag　(2)0.025 mol·L－1　(3)13 $