2023版高考化学一轮总复习第六章化学反应与能量专题讲座电化学组合装置的问题分析

PAGEPAGE4专题讲座电化学组合装置的问题分析将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反响中的能量变化、氧化复原反响、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学局部的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面：电极的判断、电极反响方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、pH的变化以及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。解答该类试题，透彻理解电化学原理是根底，准确判断电池种类是关键，灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。具体可按以下三个步骤进行：第一步：多池串联装置中电池类型的判断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，那么其他装置为电解池。如以下图：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；而电解池那么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复原反响，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反响。如图：B为原电池，A为电解池。3．根据电极反响现象判断：在某些装置中根据电极反响或反响现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图：假设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，那么可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生复原反响，A、C极发生氧化反响。第二步：利用相关概念进行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：电极的判断、电极反响方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH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。第三步：串联装置中的数据处理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移的守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此根底上分析处理其他各种数据。图中装置甲是原电池，乙是电解池，假设电路中有0.2mol电子转移，那么Zn极溶解6.5g，Cu极上析出H22.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl20.1mol，C极上析出Cu6.4g。甲池中H＋被复原，产生H2，负极Zn极氧化生成ZnSO4溶液，pH变大；乙池中是电解CuCl2溶液，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再参加适量CuCl2固体可使溶液复原。【例】某兴趣小组的同学用以下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。请答复以下问题：(1)甲池为________(填“原电池〞“电解池〞或“电镀池〞)，通入CH3OH电极的电极反响为____________________________。(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极〞“负极〞或“阴极〞“阳极〞)，总反响式为____________________________。(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为______mL(标准状况)，丙池中______极析出______g铜。(4)假设丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中溶液的pH将________(填“增大〞“减小〞或“不变〞)；甲中溶液的pH将________(填“增大〞“减小〞或“不变〞)。解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反响为：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。(2)乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液，总反响为：4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子相同，那么n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq\f(1,4)×eq\f(5.40,108)×22.4L＝0.28L＝280mL，m(Cu)＝eq\f(1,2)×eq\f(5.40,108)×64g＝1.60g。(4)假设丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反响2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液pH增大，而甲中总反响为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。答案：(1)原电池CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O(2)阳极4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3(3)280D1.6(4)增大减小1．(2022·扬州调研)如下图，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关S后，以下表述正确的选项是()A．电流表指针不发生偏转B．Al、Pt两极有H2产生C．甲池pH减小，乙池pH不变D．Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反响解析：甲池Al能与NaOH溶液反响，所以为原电池，乙池Pt、C均不与NaOH溶液反响，故乙池为电解池，电流表指针偏转。甲池中Mg为正极，产生H2，Al为负极溶解，Pt作阴极产生H2，C作阳极产生O2，甲池消耗NaOH，pH减小，乙池消耗水，pH增大。根据电子转移数目相等，那么Mg、C两极产生的H2、O2体积比为2∶1，在一定条件下可以完全反响。答案：D2．(2022·广东卷)某同学组装了如下图的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，那么()A．电流方向：电极Ⅳ→eq\o\ac(○,A)→电极ⅠB．电极Ⅰ发生复原反响C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反响：Cu2＋＋2e－=Cu解析：电极Ⅰ是原电池的负极，电极Ⅱ是原电池的正极，电极Ⅲ是电解池的阳极，电极Ⅳ是电解池的阴极，故电流方向：电极Ⅳ→eq\o\ac(○,A)→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅰ发生氧化反响，B错误；电极Ⅱ是原电池的正极，发生复原反响，有单质铜析出，C错误；电极Ⅲ是电解池的阳极，发生氧化反响，电极反响为Cu－2e－=Cu2＋，D错误。答案：A3．某同学按以下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，SOeq\o\al(2－,4)从右向左通过交换膜移向A极。以下分析正确的选项是()A．溶液中c(A2＋)减小B．B极的电极反响：B－2e－=B2＋C．Y电极上有H2产生，发生复原反响D．反响初期，X电极周围出现白色胶状沉淀解析：根据SOeq\o\al(2－,4)从右向左通过交换膜移向A极，那么A极为负极，故A极的电极反响为A－2e－=A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A错误；B极为正极，发生复原反响，B错误；Y电极为阳极，为Cl－放电，发生氧化反响：2Cl－－2e－=Cl2↑，有Cl2产生，C错误；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H＋放电，c(H＋)减小，c(OH－)增大，且Al3＋移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。答案：D4．(2022·六安模拟)以下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和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XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析：根据溶液中离子的放电顺序OH－比SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)更容易失去电子被氧化，所以，电解池中a极、c极均发生4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；A项，Mg2＋不能得电子，b棒不增重；B项，增重b>d；C项，Al3＋不能得电子，d棒不增重；D项，电解时分别发生Ag＋＋e－=Ag，Cu2＋＋2e－=Cu，转移相同数目的电子时析出Ag的质量更大，综上所述应选D项。答案：D5．(2022·潍坊模拟)假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。以下说法错误的选项是()A．当K闭合时，A装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源B．当K断开时，B装置锌片溶解，有氢气产生C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为①→⑧；⑦→⑥；⑤→④；③→②D．当K闭合后，A、B装置中pH变大，C、D装置中pH不变解析：当K闭合时，B装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④；B装置中消耗H＋，pH变大，A装置中相当于电解饱和食盐水，pH变大；C装置中相当于在银上镀铜，pH不变；D装置中相当于铜的电解精炼，pH不变。答案：A6．(2022·武汉模拟)如下图，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求答复相关问题：(1)甲烷燃料电池负极电极反响式是：__________________________________________。(2)石墨电极(C)的电极反响式为______________。(3)假设在标准状况下，有2.24L氧气参加反响，那么乙装置中铁电极上生成的气体体积为____L。(4)铜丝a处在开始一段时间的现象为______________；原因是_________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)碱性条件下，甲烷燃料电池总反响为CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O，正极反响式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以负极反响式为CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)石墨电极(C)为电解池阳极，电极反响式为2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)乙装置中铁电极为阴极，电极反响为2H＋＋2e－=H2↑。假设在标准状况下，有2.24L氧气参加反响，