应用课
第四章 化学反应与电能
第8课时 多池装置
【学习目标】
认识原电池和电解池组合装置，知道多池装置的特点。
【学习活动】
学习任务
目标：认识原电池和电解池组合装置，知道多池装置的特点。 任务1：1.模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如图所示，装置闭合电键K时，电流表的指针将发生偏转。 ①哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？ 参考答案：甲、乙构成原电池，丙是电解池。 ②a、b、c、d电极名称分别是什么？ 参考答案：a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。 ③若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？ 参考答案：c电极用Pt或石墨，d电极用铁丝(导体均可)，X溶液为饱和食盐水。 ④若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式如何书写？ 参考答案：c电极用Ag，d电极用Fe，X溶液为AgNO3溶液；阳极：Ag－e－===Ag＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag。 ⑤若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？ 参考答案：c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。 2.在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g。 甲 乙 ①发现A极比C极重，说明A极和C极上分别析出什么物质？说明电源E为正极还是负极？ 参考答案：A极比C极重，说明A极上有Ag析出，说明电源E是负极，则C极为阴极，C极上有铜析出。 ②A极比C极重1.9 g，则A极上析出单质的质量为多少？C极上析出单质的质量为多少？ 参考答案：设A极析出的Ag为x mol，则对应析出的铜为 mol(电子守恒)，即得108x－64×＝1.9，x＝0.025，则析出Ag的质量为2.7 g，析出铜的质量为0.8 g。 ③写出B极的电极反应式；计算B极析出气体的体积是多少(标准状况) 参考答案：B极的电极反应式： 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；根据题意可知，该过程转移0.025 mol电子，则B极生成O2的体积V＝22.4 L/mol× mol＝0.14 L。 【方法导引】 多池串联装置中（无外接直流电源）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：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个金属电极和一个碳棒电极；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电极。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：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现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，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。 【针对训练1】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池为直流电源，进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( ) A．X电极质量减轻，Y电极质量增加 B．电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2O C．电解池的总反应为2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑ D．每消耗103.5gPb，理论上电解池阴极上有1molH2生成 答案：B 解析：据图可知电解池中，铝电极失电子作阳极，电极反应为：2Al-6e-=2Al3+，在铝表面有氧气产生，说明有部分氢氧根离子放电，铁电极上水得电子作阴极，电极反应为：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-，铅蓄电池中X与阴极铁相连，作负极，负极上发生的反应是Pb+SO42--2e-=PbSO4，Y与阳极铝相连，作正极，电极反应为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，串联电路中各电极转移电子相等，据此分析解答。A．蓄电池中两电极都生成硫酸铅，因此两个电极的质量都增加，A错误；B．铝电极失电子作阳极，电极反应为：2Al-6e-=2Al3+，在铝表面有氧气产生，说明有部分氢氧根离子放电，OH-是水电离产生，说明电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2O，B正确；C．阳极铝电极反应为：2Al-6e-=2Al3+，阴极铁电极电极反应为6H2O+6e-=3H2↑+6OH-，总反应为2Al+6H2O2Al(OH)3(胶体)+3H2↑，在铝的表面有氧气产生，说明还存在电解水的过程：2H2OO2↑+2H2↑，C错误；D．n(Pb)==0.5mol，Pb是+2价的金属，反应的Pb的物质的量是0.5mol，则反应转移电子的物质的量是0.5mol×2=1mol，根据串联电路中电子转移守恒，则电解池的阴极上反应产生H2的物质的量是0.5mol，D错误；故合理选项是B。 【针对训练2】H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)－空气燃料电池。下列推断正确的是( ) A．Y极充入二甲醚 B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小 D．Z极反应式为S2－－2e－===S 答案：D 解析：据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极作阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入氧气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极电极反应为S2－－2e－===S，D项正确。 【针对训练3】认真观察下列装置，下列说法错误的是( ) A．装置B中PbO2上发生的电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O B．装置A中总反应的离子方程式为：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ C．若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3，则消耗水的物质的量共为0.5 mol D．若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则极板M的材料为Ag 答案：D 解析：装置B和C之间通过盐桥连接，形成原电池，PbO2作正极，发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，A正确；装置A为电解池，Cu电极为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Pt电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故装置A中总反应为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑，B正确；装置D中石墨为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Fe电极为阳极，电极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2↓，随后被氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3时，消耗水的物质的量为0.4 mol＋0.1 mol＝0.5 mol，C正确；装置E中极板M为阴极，在Cu材料上镀银，应将Cu材料作阴极，Ag材料作阳极，AgNO3溶液作电解质溶液，故极板M的材料应为Cu，D错误。 【针对训练4】钛被誉为第三金属,广泛用于航天航空等领域。硼化钒(VB2)—空气电池的放电反应为4VB2+11O2==4B2O3+2V2O5,以该电池为电源制备钛的装置如图所示。下列说法正确的是( ) A．电解过程中,OH-由阴离子交换膜右侧向左侧迁移 B．Pt极反应式为2VB2+22OH--22e-===V2O5+2B2O3+11H2O C．电解过程中，铜极附近电解质溶液的pH减小 D．若石墨极只收集到4.48 L Cl2气体，则理论上制备4.8 g Ti 答案：B 解析：由装置图知,铜极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,铂为负极,负极反应式为2VB2-22e-+22OH-=V2O5+2B2O3+11H2O,负极反应消耗OH-,OH-由交换膜左侧向右侧迁移,A项错误,B项正确;铜极生成OH-,迁移需要一定时间,铜极附近电解质溶液pH增大,C项错误;没有指明氯气是否处于“标准状况”,不能根据摩尔体积22.4 L·mol-1计算,D项错误。 【针对训练5】某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。 甲 乙 丙 根据要求回答相关问题： (1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为 _______________________________________________________________。 (2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。 (3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为________________________。 参考答案：(1)负极 H2－2e－＋2OH－===2H2O (2)阳极 铁极 (3)减小 Cu2＋＋2e－===Cu 解析：(1)通入氢气的电极为负极，电解质溶液是碱性的，该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。(2)石墨电极与电源的正极连接，石墨电极为阳极，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁极的溶液先变红。(3)粗铜中比铜活动性强的金属失去电子被氧化，溶液中的铜离子得到电子被还原，因此硫酸铜溶液浓度将减小；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
2应用课
第四章 化学反应与电能
第8课时 多池装置
【学习目标】
认识原电池和电解池组合装置，知道多池装置的特点。
【学习活动】
学习任务
目标：认识原电池和电解池组合装置，知道多池装置的特点。 任务1：1.模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如图所示，装置闭合电键K时，电流表的指针将发生偏转。 ①哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？ ②a、b、c、d电极名称分别是什么？ ③若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？ ④若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式如何书写？ ⑤若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？ 2.在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g。 甲 乙 ①发现A极比C极重，说明A极和C极上分别析出什么物质？说明电源E为正极还是负极？ ②A极比C极重1.9 g，则A极上析出单质的质量为多少？C极上析出单质的质量为多少？ ③写出B极的电极反应式；计算B极析出气体的体积是多少(标准状况) 【方法导引】 多池串联装置中（无外接直流电源）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：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个金属电极和一个碳棒电极；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电极。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：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现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，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。 【针对训练1】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池为直流电源，进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( ) A．X电极质量减轻，Y电极质量增加 B．电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2O C．电解池的总反应为2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑ D．每消耗103.5gPb，理论上电解池阴极上有1molH2生成 【针对训练2】H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)－空气燃料电池。下列推断正确的是( ) A．Y极充入二甲醚 B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小 D．Z极反应式为S2－－2e－===S 【针对训练3】认真观察下列装置，下列说法错误的是( ) A．装置B中PbO2上发生的电极反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O B．装置A中总反应的离子方程式为：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ C．若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3，则消耗水的物质的量共为0.5 mol D．若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则极板M的材料为Ag 【针对训练4】钛被誉为第三金属,广泛用于航天航空等领域。硼化钒(VB2)—空气电池的放电反应为4VB2+11O2==4B2O3+2V2O5,以该电池为电源制备钛的装置如图所示。下列说法正确的是( ) A．电解过程中,OH-由阴离子交换膜右侧向左侧迁移 B．Pt极反应式为2VB2+22OH--22e-===V2O5+2B2O3+11H2O C．电解过程中，铜极附近电解质溶液的pH减小 D．若石墨极只收集到4.48 L Cl2气体，则理论上制备4.8 g Ti 【针对训练5】某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。 甲 乙 丙 根据要求回答相关问题： (1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为 _______________________________________________________________。 (2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。 (3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为________________________。
2
