新高考一轮复习鲁科版第六章第4课时电化学原理的综合应用学案

第4课时电化学原理的综合应用

课标要求

1.能分析、解释原电池和电解池的工作原理。

2,能利用相关信息分析化学电源的工作原理。

3.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际

问题。

考点一,

►电化学串联装置的分析

H必备知识房不

模型一外接电源与电解池的串联（如图）

Zn^s∏⅛≤CuCu-

<

稀硫酸稀硫酸

AR

A、B为两个串联电解池,相同时间内，各电极得失电子数相等。

模型二原电池与电解池的串联（如图）

Z∏2±⅛≤CuCuC

里

稀硫酸稀硫酸

AB

显然两图中,A均为原电池,B均为电解池。

2.“串联”类装置的解题流程

［理解辨析］

做一做

如图为相互串联的甲、乙两个电解池,X、Y为导线的两端:

(1)如果将X、Y用导线直接连接，向A电极通H2,向B电极通则甲

池为,乙池为,A电极为,B

电极为,Pt电极为,石墨电极为,甲池中B

电极上的电极反应式为o

⑵如若将X、Y连接到电源上,发现石墨电极附近先变红。则甲池

为,乙池为，A电极为,B电极为,

Pt电极为,石墨电极为,乙池中Pt电极上的电极反

应式为O

答案：⑴原电池电解池负极正极阳极阴极02+4d+4H'

—2H20

⑵电解池电解池阳极阴极阳极阴极2CF-2e——Clt

、T关键能力环

逊・未连电源类多池串联[一池(原电池)带多池(电解池)]

1.某同学组装了如图所示的电化学装置，则下列说法正确的是

(D)

盐桥

(装有琼脂-KNOJ

Cu(rɪ­IΛIAgPtPi

<j-<---------<----------

-="=—~————

y~产~∙*JT='-—J

CU(NO3)2溶液AgNO，溶液某盐溶液

甲池乙池

A.图中甲池为原电池装置,CU电极发生还原反应

B.实验过程中，甲池左侧烧杯中N(>3的浓度不变

C.若甲池中Ag电极质量增加5.4g时，乙池某电极析出1.6g金属，

则乙池中的某盐溶液可能是足量AgNO3溶液

D.若用铜制U形物代替“盐桥”，工作一段时间后取出U形物称量，

质量不变

解析：由装置图可知甲池为原电池装置,发生的总反应为Cu+2Ag=

2Ag+Cu2+,Cu电极失电子发生氧化反应,故A错误;实验过程中，甲池左

侧烧杯中产生Cu",盐桥中NO3移向甲池中左侧烧杯,则实验过程中，

甲池左侧烧杯中NO3的浓度增大,故B错误;若甲池中Ag电极质量增

加5.4g时，即生成银5.4g,物质的量为一：4g=o.05mol,所以整

个电路转移0.05mol的电子,如果硝酸银足量应生成5.4g的银,现

乙池某电极析出1.6g金属,如果是硝酸银说明硝酸银量不足,故C错

误;若用铜制U形物代替“盐桥”，则甲池右侧烧杯即为原电池装置，

发生Cu+2Ag-2Ag+Cu2+,U形棒发生反应Cu-2e-Cu2+,而甲池左侧

烧杯U形棒发生反应Ci?++2e--Cu,工作一段时间后取出U形物称量,

质量不变,故D正确。

2.某种酒精检测仪的传感器采用Pt作为电极,其燃烧室内充满特种

催化剂。某同学用该乙醇燃料电池作为电源设计如图所示电解实验

装置。

Iπm

下列说法不正确的是（C）

A.a电极为负极,d电极为阴极

+

2+4H+4e-2H20

C.当装置II中生成IL2L（标准状况）Cb时,有0∙5molY通过装置I

中的质子交换膜

D.当装置I中生成6.0gCH3COOH时,装置In中CUSol溶液的质量减少

16g

解析：乙醇燃料电池中，Oz通入b电极区，乙醇蒸气通入a电极区，则a

电极是负极,b电极是正极,从而推知,d电极是阴极,A正确;b电极是

正极,Ch得电子发生还原反应，电解液呈酸性,则正极反应式为02+4H⅛

4e—2⅛0,B正确;装置∏中电解饱和氯化钠溶液,生成标准状况下

11.2LCl2(BP0.5mol),电路中通过1mol电子,根据得失电子守恒

和溶液呈电中性可知,装置I中有1molH透过质子交换膜向右迁

t

移,C不正确；装置I中负极反应式为CH3CH20H+H20-4e-CH3C00H+4H,

生成6.0gCH3COOH(BP0.1mol)生电路中通过0.4mol电子,装置

2t

In中阳极反应式为2H2θ-4e-4H+02t,阴极反应式为Cu+2e-Cu,

根据得失电子守恒可知,放出0.1mol。2、析出0.2molCu,故装置

In中溶液减少的质量为0.1mol×32g∙moll+0.2mol×64g∙mol1=

16g,D正确。

谴⅛⅛外接电源类多池串联

3.如图装置中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(B)

r—l∣l>-

a[ɪ]bc∣l∣d

'>-->

攀(⅛

X盐溶液Y盐溶液

选项XY

AMgSO1CuSOi

BAgNO3Pb(NO3)2

CFeSO4Al2(SO4)3

DCuSO1AgNO3

解析:A项,当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不增加,错误;C

项,X为FeSO4,Y为Al2(SO1)3,b、d极上均产生气体,错误;D项,b极上

析出Cu,d极上析出Ag,其中d极增加的质量大于b极增加的质量,

错误。

4.现有一套电化学装置,如图所示,E为蘸有NazSO,溶液的滤纸,并加

入几滴酚配。A、B分别为Pt片，压在滤纸两端,R、S为电源的电极。

MN是用多微孔的Ni制成的电极材料,它在碱性溶液中可以视为惰

性电极。G为电流计,K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。

若在滤纸中央点上一滴紫色的KMn0”溶液,断开K,接通外电源一段时

间后,C、D中有气体产生。

⑴S为(填“正”或“负”)极。

(2)A极附近溶液的现象是,B极附近发

生的电极反应式为o

⑶滤纸上的紫色点向(填“A”或"B”)方移动。

(4)当C、D里的气体产生至一定量时∙,切断外电源并接通开关K,经过

一段时间,C、D中气体逐渐减少,D中的电极为(填“正”或

“负”)极，电极反应式为o

解析：(1)电解KOH溶液就是电解水,两极分别产生乩和因为相同条

件下产生H2的体积是体积的两倍,所以C管中收集到的是取D管中

收集到的是O2o乩是在阴极产生的，所以M是阴极,与之相连的R是电

源的负极。

(2)B是电解池的阳极,A是电解池的阴极。电解NazSOi溶液也是电解

水，电解时H'移动到A极,得电子被还原为H2,破坏了A极附近水的电

离平衡,导致A极附近的溶液显碱性,使酚醐溶液变红,B极上OH被氧

化生成O2,电极反应式为40H-4e—2H20+02t。

(3)KMnol溶液中，紫红色的MnO4向阳极移动,滤纸上的紫色点向B方

向移动。

(4)当C、D中的气体产生至一定量时,切断外电源并接通开关K,此时

装置变为燃料电池。经过一段时间,C、D中的气体逐渐减少,乩和

反应生成水,在碱性条件下,D中发生还原反应,为电池正极，电极反

应式为02+4e+2H20-40Ho

答案：(1)正

(2)溶液由无色逐渐变红色40H-4e—2H20+02↑

⑶B

(4)正02+4e-+2H20-40H

►考点二离子交换膜在电化学中的应用

Wr必备知识房式

隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：

(1)阳离子交换膜,简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H'和其他阳

离子通过,不允许阴离子通过。

⑵阴离子交换膜,简称阴膜，只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜，只允许H'通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。

⑴能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

⑵能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

离子交换膜选择的依据是离子的定向移动。

—海水淡化一阴、阳离子交换膜(电渗析法)

一燃料电池

应用一

-物质制备一隔膜、质子交换膜

-氯碱工业一离子交换膜、电解槽

［理解辨析］

做一做

双极膜(BP)是阴、阳复合膜,在直流电的作用下，阴、阳复合膜层间的

H2O解离成Y和OH,作为Y和OH离子源。利用双极膜电渗析法电解食

盐水可获得淡水、NaOH和HCL其工作原理如图所示,MN为离子交

换膜。

BPBP

?0H-HEE*OH-:

浓NaCl

≈∈HO⅛⅛OΞ

2溶液

阴极室盐室阳极室

(I)M为交换膜,N为交换膜。

(2)阴极室发生的反应为o

(3)若去掉双极膜(BP),阳极室通过电极反应可产生o

解析：(1)阴极生成氢氧化钠,钠离子通过M进入阴极室,所以M为阳离

子交换膜,N为阴离子交换膜。

+

⑵阴极室氢离子得电子生成氢气,发生的反应为2H+2e-H2↑0

(3)若去掉双极膜(BP),氯离子进入阳极室放电生成氯气。

答案：(1)阳离子阴离子

+

(2)2H+2e-H2↑

(3)Cl2

、牙关键能力育厂

避—通过交换膜完成污水处理及气体净化

1.化石燃料开采、加工过程中会产生剧毒气体硫化氢OLS),可通过间

接电化学法除去,其原理如图所示。下列说法错误的是(C)

交换膜

-------------——-X

电极a冒|曳极b

Ħ∖一a

∖∖a

Ħ∖∖

Ħ∖∖

∖∖a

Ħ∖∖

V∖∖v

溶液

HJSHJ电解池↑

NaOH溶液

S

3+2+

2S+2Fe-2Fe+SI+2H^

B.电极a为阳极，电极b为阴极

C.若交换膜为质子(H1)交换膜,则NaOH溶液的浓度逐渐变大

D.若交换膜为阳离子交换膜，电极b区会产生红褐色沉淀

解析：由图示可知反应池中，Fe"与硫化氢发生氧化还原反应，反应的

32+3+

离子方程式为H2S+2Fe-2Fe+SI+2H',故A正确；电极a产生Fe,

发生氧化反应,所以为阳极，电极b为阴极,故B正确;若交换膜为质子

交换膜,则H'进入电极b,则NaOH溶液的浓度逐渐变小,故C错误;若

交换膜为阳离子交换膜，Fe”会向阴极移动，与氢氧根离子生成

Fe(OH)3红褐色沉淀，故D正确。

2.一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,其中离子交

换膜I、∏分别是氯离子交换膜和钠离子交换膜中的一种，图中有机

废水中的有机物可用CGHHA表示。下列有关说法正确的是(C)

A.a电极为该电池的负极,离子交换膜I是钠离子交换膜

B.a电极附近溶液的氯离子浓度增大,b电极附近溶液的pH减小

6H1oO5-24e~+7H2O-6C02↑+24H1

'移向左室,Cl移向右室

解析：a电极为该电池的负极,负极反应生成氢离子,为维持溶液呈电

中性,咸水中阴离子(Cl)移向负极室(左室)，则离子交换膜I是氯离

子交换膜,A项错误;电解质溶液中阴离子（Cl）移向负极室（左室），a

电极附近溶液的氯离子浓度增大,b电极消耗氢离子,溶液的pH增

大,B项错误;a电极是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应,有机

物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应式为C6H1005-24e+7H20-

6C02t+24H,,C项正确;放电时,电解质溶液中阳离子（Na.）移向正极

（右室），阴离子（CI）移向负极（左室），D项错误。

逊。通过交换膜完成物质制备

3.（双选）用电解法制备高纯金属铭和硫酸的原理如图所示。下列说法

正确的是（AD）

B.A膜是阳离子交换膜,B膜是阴离子交换膜

+-

+2e=H2↑

D.若有1mol离子通过A膜,理论上阳极生成0.5mol气体

解析:该装置制备高纯金属Cr和硫酸,左边池中Cr电极上C/得电子

发生还原反应,则Cr棒为阴极，电极a为电源的负极,则b为电源的正

极,A正确;左边池中Cr电极上C/得电子发生还原反应，阴极反应式

为Cr3++3e=Cr,为维持溶液电中性,SOf要通过A膜进入中间区域，

石墨电极上OH不断失去电子变为逸出，电极反应式为2H20-4e-

O2t+4H；使附近H'浓度增大,为维持溶液电中性,H'不断通过B膜进入

中间区域,所以A膜是阴离子交换膜,B膜是阳离子交换膜,B错误；阴

极上Cr”得到电子变为单质Cr,电极反应式为Cr3++3e-Cr,C错误；

根据选项B分析可知SOH要通过A膜进入中间区域,若有1mol离子

通过A膜，由于Sof带有2个单位负电荷,则电路中会转移2mol电

子，则根据电荷守恒可知理论上阳极石墨上会产生0.5mol02,D正确。

4.（双选）处理烟气中的SO2,可以采用碱吸一电解法,其流程如图,模

拟过程∏如图，下列推断正确的是（AB）

A.膜1为阳离子交换膜,膜2为阴离子交换膜

2是含有极性键的极性分子

t

20-4e=4H+02↑

D.若收集22.4L的P（标准状况下），则有2molN离子移向右室

解析：b电极区稀硫酸转化为浓硫酸,过程中SOf的量增大,则是由

+

SO1转化得至」发生电极反应式为S0f-2e+H2O-S0j^+2H,则膜2

应为阴离子交换膜,a电极区稀NaOH溶液转化为浓NaOH溶液,过程中

OH浓度增大,发生电极反应为2H20+2e=20H+H21,则膜1应为阳离

子交换膜,A正确,C错误;SOz分子中的S=O键是极性共价键，由于分

子中正、负电荷中心不重合，因此S02属于极性分子,B正确;a电极发

生的电极反应式为2⅛0+2e—20H+H2↑,若收集22.4L的P（标准状

况下)，即收集标准状况下的物质的量为昂Wlmol,根据电极

反应式可知转移2mol电子,b电极发生反应SO充-2}+氏0_50f+2£

根据得失电子守恒可知有1molN(Sor)通过膜2进入右室,D错误。

考点三,

►有关电化学的微型计算

H必备知识房各

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,均可抓住得失电子守恒计算。

⑴电极名称要区分清楚。

⑵电极产物要判断准确。

(3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。

根据总;先写出电极反应式,再写出总反应式,盘后;

反应式根据总反应式比例式计算

ɪ①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两

根据得

极产物、相同电量等类型的计算,其依据是

失电子

电路上转移的电子数目相等

守恒

②用于混合溶液中电解的分阶段计算

根据关根据得失电子守恒建立已知量与未知量之

系式间的关系,得出“算所需的关系式

如以通过4mole为桥梁可构建如下关系式：

4e-〜2Cb(Br2、I2)〜()2~2H2~2Cu~4Ag〜3M

JJTL

阳极产物'阴极产物

(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用和价值,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。

［理解辨析］

做一做

以石墨电极电解200mLCUSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量

n(e)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示：

n(e^)∕mol

⑴电解前CUSOl溶液的物质的量浓度为o

(2)电解后所得溶液中c(H')=(忽略溶液体积变化)。

+

解析：(1)电解CUSO4溶液时,阳极反应式为2H20-4e—O2↑+4H,阴极

反应式为Cu2++2e-Cu,若阴极上没有氢离子放电,则图中气体体积

与转移电子物质的量的关系曲线是直线,而题图中的是折线,说明阴

极上还发生反应2H'+2e-⅛t,当转移0.4mol电子时,Cd恰好完全

析出，n(Cu^)=0.2mol,根据铜原子守恒得,c(CuSOi)=Imol∙L'o

(2)当转移0.4mol电子时,生成n(H2SOJ=O.2mol,随后相当于电解

1

水，因为忽略溶液体积变化,所以电解后所得溶液中c(H')=2mol-U0

答案：⑴1mol∙L*

(2)2mol-L'

、『关键能力有厂

1.电解100mL含C(H)=O.30mol∙L'的下列溶液，当电路中通过0.04

mol电子时,理论上析出金属质量最大的是(C)

A.0.10mol∙L∣Ag'B.0.20mol∙L1Zn2+

C.0.20mol∙L'Cu2+D.0.20mol∙L,Pb2+

解析:在电解液中除金属离子外都含有K(酸电离)，电解时阴极是先

析出金属还是先放出H2,这与金属的活动性顺序有关。题中Cu和Ag

的活动性顺序在H的后面,它们的离子与H’共存时,首先被还原的是

Cd和Ag+,而Pb和Zn的活动性顺序在H的前面,它们的离子与H'共存

时首先被还原的是H∖所以电解含有Zn2∖Pb?’的溶液时,H'先得电子

生成乩，n(e)=n(H')=0∙30mol∙L'×0.1L=O.03mol,故Zr?*、Pb?.得

到的电子为O04mol-0.03mol=0.01mol,生成的金属Zn、Pb的物

质的量均为0∙005mol,其质量分别为0.325g、1.035g;电解含有

Ag'的溶液,可得Ag的质量为0.1mol∙L'×0,1L×108g・moΓ1=l.08

g；电解含有Cu"的溶液,可得铜的质量为0.2mol∙L'×0.1L×64

g∙mol1=1.28g,C项符合题意。

1

2.500mLNaNO3和CU(No3)2的混合溶液中c(NO3)=O.3mol∙L,用石

墨做电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体1.12

L(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是

(B)

A.原混合溶液中c(Na+)=0.2mol・LT

B.电解后溶液中c(H+)=0.2mol∙L1

C.上述电解过程中共转移0.4mol电子

D.电解后得到的Cu的物质的量为0.1mol

解析：阳极是阴离子放电,放电能力0H>NO3,根据题给信息，阳极一定

是OH放电，生成0.05mol氧气,转移0.2mol电子；阴极离子放电能

力为Cu2+>H+>Na+,所以Cd先放电,然后是H，放电,阴极生成0.05mol

氢气时,转移0.1mol电子,根据得失电子守恒知,CU2*转移0.1mol电

子,n(Cu")=O05mol,所以原溶液中n[Cu(No3)2]=0.05mol,又

-

n(NO3)=O.3mol・L*×0.5L=O.15mol,贝!jn(NaNO3)=O.05mol。原

混合溶液中c(Na')=0.1mol∙L',A项错误;结合以上分析及电解总化

2+

学方程式CU+2H20**CU+H2↑+02t+2H'可知，生成0.05molCu、0.05

molO2、0.05molH?和0.1molH；电解后溶液中c(H')=芋整=0.2

mol∙L1,B项正确,D项错误;上述电解过程中共转移0.2mol电子,C

项错误。

走进新高考

1.(2021・浙江6月选考,22)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图

所示，电极A为非晶硅薄膜,充电时lʃ得电子成为Li嵌入该薄膜材料

中；电极B为LiCOO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是

(B)

电极AZ封锁层

电极B、

ES集流体A

集流体B∖z

基体I

A.充电时一,集流体A与外接电源的负极相连

B.放电时，外电路通过amol电子时,LiPON薄膜电解质损失amolLi,

C.放电时-，电极B为正极,反应可表示为

LiI-XCO02+XLi'+xe'=LiCoO2

放电

XSi+Liι-xCo02⅛⅛Si+LiCoO2

解析：由图可知,集流体A与电极A相连,充电时电极A作阴极,故充电

时集流体A与外接电源的负极相连,A正确;放电时一,外电路通过amol

电子时一，内电路中有amolLi'通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正

极,但是LiPON薄膜电解质没有损失Li',B不正确;放电时，电极B为

正极,发生还原反应,反应可表示为Liι-xCo02+xLi'+xe=LiCo02,C正

确；电池放电时一，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li：正极上

LiLCoo2得至IJ电子和Li'变为LiCO（V故电池总反应可表示为

放电

LixSi+Lil-xCo02τ⅛Si+LiCo02,D正确。

2.（2020・海南卷，11）某燃料电池主要构成要素如图所示,下列说法

正确的是（A）

C.电池工作时,a电极附近PH降低

2+4e-4H=2H20

解析:该电池将乙烯和水转化为乙醛,可用于乙醛的制备,故A正确；

由图知,a电极为正极,b电极为负极,故B错误；电池工作时,氢离子移

向正极,a电极的反应式为0z+4e+41_2上0,a电极附近PH升高,故C、

D错误。

3.（2021•全国甲卷，13）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如

图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的乩0解离为K和

OH,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是

（D）

ΓΓ⅞]

0O