专题1 第二单元 化学能与电能的转化 微专题4　电化学中多池装置及电解的相关计算（共37张ppt）

(共37张PPT)
微专题4
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电化学中多池装置及电解的相关计算
专题1
一、多池装置
1.判断电池类型
(1)有外接电源，各电池均为电解池。
(2)无外接电源，若有燃料电池、铅蓄电池，其在电池中作电源，其他均为电解池。
(3)无外接电源，有活泼性不同的电极的为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的为燃料电池或电解池。
(4)根据电极反应现象判断。
2.常用解题步骤
↓
↓
二、电解的相关计算
1.计算的原则
(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。
(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2.计算的方法
(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)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比例式计算。
(3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。如电路中通过4 mol e－可构建如下关系式：
4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～4H＋ ～4OH－～2H2～2Cu～4Ag～ M
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)
3.计算的步骤
(1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。
(2)当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。
(3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。
以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极上生成的气体的物质的量为0.010 mol，则阴极上析出Cu的质量为
A.0.64 g B.1.28 g
C.2.56 g D.5.12 g
例1
√
以惰性电极电解CuSO4溶液，在阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；在阴极上铜离子得电子析出金属铜，电极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu。根据得失电子守恒得到：
　O2～　4e－　～ 2Cu
0.010 mol 0.020 mol
所以阴极析出铜的质量m(Cu)＝0.020 mol×64 g·mol－1＝1.28 g，B项正确。
用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为
A.0.4 mol B.0.5 mol
C.0.6 mol D.0.8 mol
√
变式1
将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol×4＝0.8 mol，故D正确。
把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作电极电解混合溶液，并收集两电极所生成的气体，通电一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同，则下列叙述正确的是
A.电路中共转移0.6NA个电子
B.阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol
C.阴极质量增加3.2 g
D.电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 mol·L－1
例2
√
用石墨作电极电解CuCl2和H2SO4，阴极反应有：Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应有：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。据题给信息，两极收集到的气体在相同条件下体积相同，则据放电顺序0.1 mol CuCl2完全电解，转移电子数为0.2NA。设阴极生成氢气x mol，则阴极共转移电子(0.2＋2x) mol，阳极生成氧气(x－0.1) mol，据两极得失电子守恒：0.2＋2x＝0.2＋4(x－0.1)，解得x＝0.2，故电路中共转移0.6 mol即0.6NA个电子，A正确；
阳极得到的气体中O2为0.1 mol ，B错误；
阴极质量增加0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，C错误；
由电解过程可知，电解后溶液体积小于100 mL，则H2SO4浓度一定大于
1 mol·L－1，故D错误。
250 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液中c( )＝0.5 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)。假定电解后溶液体积仍为250 mL，下列说法不正确的是
A.电解得到Cu的质量为3.2 g
B.上述电解过程中共转移电子0.2 mol
C.电解后的溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1
D.原混合溶液中c(K＋)＝0.6 mol·L－1
√
变式2
根据溶液中离子放电能力的强弱，该混合溶液中的电解反应分两个阶段：第一阶段，阴极析出铜，阳极生成O2；第二阶段，阴极生成H2，阳极生成O2。已知通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，即第二阶段中在阴极生成0.05 mol H2，转移电子0.1 mol，同时，在阳极生成0.025 mol O2；则可知第一阶段在阳极生成的O2也是0.025 mol，转移电子0.1 mol，同时，在阴极析出0.05 mol Cu，溶液中生成0.1 mol H＋，根据溶液中电荷守恒可求出K＋的浓度。根据上述分析，第一阶段，溶液中的Cu2＋在阴极全部放电，析出0.05 mol Cu，其质量为3.2 g，A正确；
两个阶段均转移电子0.1 mol，所以整个电解过程中共转移电子0.2 mol，B正确；
溶液中的H＋是在第一阶段生成的，当阳极生成0.025 mol O2时，溶液中生成0.1 mol H＋，所以c(H＋)＝0.4 mol·L－1，C错误；
原混合溶液中n(Cu2＋)＝0.05 mol，n( )＝0.5 mol·L－1×0.25 L＝0.125 mol，
由电荷守恒可得n(K＋)＝0.15 mol，c(K＋)＝0.6 mol·L－1，D正确。
如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·
L－1氯化铜溶液，B池中加入0.1 mol·L－1硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是
A.2∶2∶4∶1
B.1∶1∶2∶1
C.2∶1∶1∶1
D.2∶1∶2∶1
例3
√
由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出铜，b极上析出氯气，c极上析出银，d极上析出氧气。由得失电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～ O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。
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：
变式3
(1)a为电源的____(填“正”或“负”)极，C池是______池。A池阳极的电极反应式为___________________，C池阴极的电极反应式为______________。
负
电镀
2Cl－－2e－===Cl2↑
Ag＋＋e－===Ag　
根据已知信息：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，电极反应式为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)如果B池中共收集到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_______________。
0.025 mol·L－1
B池中电解总反应为2CuSO4＋2H2O 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已消耗完，已开始电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol、H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02， ＝0.01，解得x＝y＝0.005，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。
(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程中溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液中的c(OH－)为_____________。
0.1 mol·L－1
由于A池中电解液足量，A池中只发生反应：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式：NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝ ＝0.1 mol·L－1。
1
2
3
1.用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中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
根据题给信息可知，阴极上首先发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，然后发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；阳极上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。因为在阴极上收集到H2，则说明溶液中Cu2＋已完全放电，根据得失电子守恒计算，阴极上放出0.1 mol H2需要0.2 mol电子，阳极失去0.4 mol电子放出0.1 mol O2，所以阴极上有0.1 mol Cu2＋得到0.2 mol电子，则原混合溶液中c(Cu2＋)＝ ＝1 mol·L－1。
2.用镁－次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除工业酸性废水中的　　　的
过程(将　　　还原为Cr3＋)，装置如图所示。下列说法错误的是
A.金属铁电极的电极反应式为Fe－2e－
　===Fe2＋
B.装置中电子的流动路线是c电极―→
　惰性电极―→金属铁电极―→d电极
C.装置工作过程中消耗14.4 g Mg，理论上可消除0.1 mol
D.将 处理后的废水比原工业废水的pH大
1
2
3
√
1
2
3
根据工业酸性废水中的 还原为Cr3＋
可知，金属铁为阳极，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A正确；
电子不能进入溶液，故B错误；
由负极：Mg－2e－===Mg2＋，阳极：Fe－2e－===Fe2＋，根据各电极上电子转移相等和 ＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O得关系式：6Fe2＋～ ～6Mg，则消耗14.4 g即0.6 mol Mg时，理论上可消除0.1 mol ，故C正确；
由处理 的反应可知，H＋被消耗，浓度降低，pH增大，故D正确。
3.某兴趣小组的同学用下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)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题：
1
2
3
(1)回答图中甲、丙两池的名称，甲池是________装置，乙池是________装置。
原电池
电解池
(2)通入CH3OH的A电极名称是______。
1
2
3
负极
由图可知甲池为甲醇燃料电池，通甲醇的A电极为负极。
(3)A电极的电极反应式为___________________________________，C电极的电极反应式为__________________。
1
2
3
Ag－e－===Ag＋
1
2
3
通甲醇的A电极为负极、B电极为正极，电解质溶液为KOH溶液，则A电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－=== ＋6H2O；乙池为电解池，C电极为阳极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋。
(4)丙池中总反应的化学方程式为__________________________________
________。
1
2
3
＋O2↑
丙池中E电极为阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，F电极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故总反应的化学方程式为2CuSO4＋2H2O 2H2SO4＋2Cu＋O2↑。
(5)当乙池中C电极质量减轻10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为______mL(标准状况)。
1
2
3
560
1
2
3
乙池为电解池，C电极为阳极，电极反应为Ag－e－===Ag＋，乙池中C电极质量减轻10.8 g，则消耗n(Ag)＝ ＝0.1 mol，转移电子0.1 mol，故
甲池消耗O2的物质的量为0.1 mol× ＝
0.025 mol，标况下体积为0.025 mol×
22.4 L·mol－1＝0.56 L＝560 mL。
(6)一段时间后，断开电键K，下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是_____(填字母)。
A.Cu
B.CuO
C.Cu(OH)2
D.CuCO3
1
2
3
BD
1
2
3
一段时间后，断开电键K，根据(4)少什么加什么，要使丙池恢复到反应前浓度，需加入CuO或CuCO3，CuO与硫酸反应生成硫酸铜和水，CuCO3与硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳和水。
专题1
本课结束