电化学--各类电化学装置的工作原理

1、电化学电化学串联电路中各类电化学装置串联电路中各类电化学装置的工作原理的工作原理 将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、常有以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、实验现象的描述、溶液离子的移动、pHpH的变化及电解质溶液的变化及电解质溶液的

2、恢复、运用电子守恒处理相关数据等。注重考查学生对知的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。注重考查学生对知识的迁移能力、灵活应用能力、运用化学用语的能力。识的迁移能力、灵活应用能力、运用化学用语的能力。 解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒，是数据处理的法宝。池工作时电子守恒，是数据处理的法宝。1.1.多池串联装置中电池类型的判断多池串联装置中电池类型的判断(1)(1)直接判断：非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池直接判断：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。如下图：等在电路

3、中，则其他装置为电解池。如下图：A A为原电池，为原电池，B B为电解池。为电解池。(2)(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断：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原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒做电极；而电解池种金属电极一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电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

4、图：解质溶液自发反应。如图：B B为原电池，为原电池，A A为电解池。为电解池。(3)(3)根据电极反应现象判断：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：判断电池类型，如图：若若C C极溶解，极溶解，D D极上析出极上析出CuCu，B B极附近溶液变红，极附近溶液变红，A A极上放出黄极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，绿色气体，则可知乙是原电池，D D是正极，是正极， C C是负极；甲是电是负极；甲是电解池，解池， A A是阳极，是阳极，B B是阴极。是阴极。B B、D D极发生还原反

5、应，极发生还原反应，A A、C C极发极发生氧化反应。生氧化反应。2.2.有关概念的分析判断有关概念的分析判断在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断如：电在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断如：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、离子的移动、pHpH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析就可以了。自的规律分析就可以了。 3.3.综合装置中的有关计算综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转原电池和电解池综合装置的有关

6、计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：移的守恒，分析时要注意两点：(1)(1)串联电路中各支路电流相串联电路中各支路电流相等；等；(2)(2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。并联电路中总电流等于各支路电流之和。 在此基础在此基础上分析处理其他各种数据。如图所示：上分析处理其他各种数据。如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol0.2 mol电子电子转移，则转移，则ZnZn极溶解极溶解6.5 g6.5 g，CuCu极上析出极上析出H H2 2 2.24 L( 2.24 L(标准状况标准状况) )，PtPt极上析出

7、极上析出ClCl2 2 0.1 mol 0.1 mol，C C极上析出极上析出Cu 6.4 gCu 6.4 g。甲池中。甲池中H H+ +被还被还原，生成原，生成ZnSOZnSO4 4, ,溶液溶液pHpH变大；乙池中是电解变大；乙池中是电解CuClCuCl2 2，由于，由于CuCu2+2+浓度的减小使溶液浓度的减小使溶液pHpH微弱增大，电解后再加入适量微弱增大，电解后再加入适量CuClCuCl2 2固体固体可使溶液复原。可使溶液复原。 【训练【训练1 1】认真观察下列装置，回答下列问题：】认真观察下列装置，回答下列问题：(1)(1)装置装置B B中中PbOPbO2 2 上发生的电极反应为上

8、发生的电极反应为_。连接装置连接装置B B、C C的的U U形管中装填含有琼脂的形管中装填含有琼脂的KClKCl饱和溶液，其作饱和溶液，其作用是用是_。(2)(2)装置装置A A中总反应的离子方程式为中总反应的离子方程式为_。(3)(3)若装置若装置D D的目的是在铜上镀银，则的目的是在铜上镀银，则X X为为_，极板，极板N N的材的材料为料为_。【解析【解析】本题的关键是判断哪些装置为原电池，哪些装置为本题的关键是判断哪些装置为原电池，哪些装置为电解池。本题所涉及的情形如类型电解池。本题所涉及的情形如类型(2)(2)。由盐桥可知装置。由盐桥可知装置B B、C C构成原电池。构成原电池。PbP

9、b作负极：作负极：Pb-2ePb-2e- -+SO+SO4 42-2-=PbSO=PbSO4 4 。 PbOPbO2 2作正作正极：极：PbOPbO2 2+2e+2e- -+SO+SO4 42-2-+4H+4H+ +=PbSO=PbSO4 4 +2H +2H2 2O O。装置。装置A A中与中与PbOPbO2 2相相连的连的CuCu电极为电解池的阳极：电极为电解池的阳极：Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+，PtPt电极为阴极：电极为阴极：2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2，总反应为，总反应为Cu+2HCu+2H+ + CuCu2+2+H+H2 2。装置。装置D D若若为电

10、镀装置，镀层金属作阳极，镀件作阴极，极板为电镀装置，镀层金属作阳极，镀件作阴极，极板M M为阴极，为阴极，应为铜，极板应为铜，极板N N为阳极，应为银，溶液为为阳极，应为银，溶液为AgNOAgNO3 3溶液。溶液。 电解电解=答案：答案：(1)PbO(1)PbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2-+2e+2e- -=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O O 使装置使装置B B、C C中中的溶液连成通路的溶液连成通路(2)Cu+2H(2)Cu+2H+ + CuCu2+2+H+H2 2(3)AgNO(3)AgNO3 3 AgAg 电解电解=【训练【训练2 2】与甲醇燃料电池相比

11、，乙醇燃料电池具有毒性低、理】与甲醇燃料电池相比，乙醇燃料电池具有毒性低、理论能量密度高等优点，因此被广泛认为是更有前途的燃料电池。论能量密度高等优点，因此被广泛认为是更有前途的燃料电池。如图所示是一个乙醇燃料电池工作时的示意图。乙池中的两个如图所示是一个乙醇燃料电池工作时的示意图。乙池中的两个电极均为石墨电极，乙池中盛有电极均为石墨电极，乙池中盛有100 mL 3.00 molL100 mL 3.00 molL-1-1的的CuSOCuSO4 4溶液。请回答下列问题：溶液。请回答下列问题：(1)N(1)N的电极反应式为的电极反应式为_。(2)(2)在此过程中，乙池中某一电极析出金属铜在此过程中

12、，乙池中某一电极析出金属铜6.4 g6.4 g时，甲池时，甲池中理论上消耗氧气中理论上消耗氧气_L(_L(标准状况下标准状况下) )。(3)(3)在此过程中，若乙池中两电极产生的气体体积恰好相等时在此过程中，若乙池中两电极产生的气体体积恰好相等时( (标准状况下标准状况下) )，理论上需通入乙醇，理论上需通入乙醇_g_g。【解析【解析】(1)(1)解答本题的关键是判断甲池为原电池，乙池为电解答本题的关键是判断甲池为原电池，乙池为电解池。如以上所举的类型解池。如以上所举的类型(1)(1)。甲池为燃料电池，甲池中的总。甲池为燃料电池，甲池中的总反应式为反应式为C C2 2H H5 5OH+3OOH

13、+3O2 2+4KOH=2K+4KOH=2K2 2COCO3 3+5H+5H2 2O O，加入乙醇的电极，加入乙醇的电极为负极，通入为负极，通入O O2 2的电极为正极。乙池中的电极为正极。乙池中N N接甲池电源的正极作接甲池电源的正极作阳极，阴离子在此发生氧化反应：阳极，阴离子在此发生氧化反应：4OH4OH- -4e-4e- -=O=O2 2+2H+2H2 2O O。(2)(2)根据转移的电子数可得关系式根据转移的电子数可得关系式O O2 22Cu2Cu，由此可知当析出，由此可知当析出6.4 g Cu6.4 g Cu时需时需0.05 mol O0.05 mol O2 2，即需标准状况下，即需

14、标准状况下1.12 L O1.12 L O2 2。(3)(3)乙池中总反应式为乙池中总反应式为2CuSO2CuSO4 4+2H+2H2 2O O 2Cu+O2Cu+O2 2+2H+2H2 2SOSO4 4，当，当两电极产生的气体体积恰好相等时，说明两电极产生的气体体积恰好相等时，说明CuSOCuSO4 4已电解完，又已电解完，又继续电解水。设电解了继续电解水。设电解了x mol Hx mol H2 2O O，阳极气体：，阳极气体：n(n(阳阳) ) =(0.15+x/2) mol=(0.15+x/2) mol，阴极气体：，阴极气体：n(n(阴阴) =x mol) =x mol，0.15+x/2=x0.15+x/2=x，解得解得x=0.3x=0.3，电解时共转移电子的物质的量为，电解时共转移电子的物质的量为n(en(e- -) =0.3) =0.32