第3课时 电化学中多池串联及电化学的相关计算(拓展课)
一、多池串联
(一)有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各电池均为电解池,若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同,则该电池为电镀池。如
则甲为电镀池,乙、丙均为电解池。
(二)无外接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,如图所示:A为原电池,B为电解池,甲池为原电池,其余为电解池。
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一个碳棒电极;而电解池则一般两个都是惰性电极,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。如图所示。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或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型。如图所示。
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极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
[例1] 某同学组装如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则下列说法正确的是 ( )
A.电极Ⅰ发生还原反应
B.电极Ⅱ逐渐溶解
C.电路中每转移0.2 mol电子,电极Ⅲ上析出64 g Cu
D.电流方向:电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
听课记录:
|思维建模|“串联”类装置的解题流程
[题点多维训练]
1.如图甲、乙为相互串联的两个电解池,下列说法正确的是 ( )
A.甲池若为精炼铜的装置,A极材料是粗铜
B.乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始一段时间后C极附近变浅红色
C.若甲池为电镀铜的装置,阴极增重12.8 g,乙池阳极放出气体为4.48 L
D.Fe极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
2.(2022·山东卷改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是 ( )
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时没有进行过溶液转移
3.如图所示的装置,X、Y都是惰性电极。将电路接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在Fe极附近显红色。试回答下列问题:
(1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图,则a处通入的是 (填“CH4”或“O2”),该电极上发生的反应类型是 反应(填“氧化”或“还原”)。
(2)在乙装置中,总反应的离子方程式是 。
(3)工作一段时间之后,丙装置中硫酸铜溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g,则甲装置中消耗的CH4的质量为 g。
(4)丁装置中在通电一段时间后,Y电极上发生的电极反应是 。
二、电解的相关计算
[例2] 如图,X是直流电源,电池中c、d、e、f为石墨棒,接通电路后,发现d附近显红色。回答下列问题:
(1)电源a为 (填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,d极上的电极反应式为 ,Z池中f为 极,e极上的电极反应式为 。
(2)当电路中通过0.02 mol电子时,d极产生的气体在标准状况下的体积为 L,Y池中溶液的pH为 ;Z池中析出铜的质量为 g,产生的气体在标准状况下的体积为 L。
听课记录:
|思维建模|三种常见计算方法
根据总 反应式 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
根据电 子守恒 ①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数目相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算
根据 关系式 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系,得出计算所需的关系式
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系:
4e-~~
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)
[题点多维训练]
1.(2025·乌鲁木齐高二检测)用惰性电极电解1 mol·L-1 CuSO4和0.1 mol·L-1 Cu(NO3)2的混合液100 mL,当阳极析出896 mL(标准状况)气体时,切断电源,使电极仍浸在溶液中,充分反应后,阴极比原来增重 ( )
A.7.04 g B.5.12 g
C.3.2 g D.1.28 g
2.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液,所得气体的体积随时间的变化如图所示,根据图中信息回答下列问题(气体体积已换算成标准状况下的体积,且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)。
(1)曲线 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的体积变化。
(2)氯化钠的物质的量浓度为 ,硫酸铜的物质的量浓度为 。
(3)t2时所得溶液的pH为 。
3.KIO3可作为食盐中的补碘剂,可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液,发生反应:3I2+6KOH5KI+KIO3+3H2O,将反应后的溶液加入阳极区,阴极区加入氢氧化钾溶液,开始电解。装置如下图所示:
回答下列问题:
(1)惰性电极M为 (填“阳极”或“阴极”),其电极反应式为 。
(2)若电解时用铅酸蓄电池做电源,当消耗2 mol单质铅时,电解生成气体的物质的量是 mol。
(3)若电解结束时,阳极反应生成10 mol KIO3,则理论上消耗的I2的物质的量为 mol。
(4)常温下若有0.9 mol K+通过阳离子交换膜,阴极区KOH溶液pH由13升到14,则阴极区KOH溶液体积为 L(忽略溶液体积变化)。
(5)若电解池工作前,阳极室和阴极室中电解液质量相等,当转移 mol电子时,两侧电解液的质量差为308 g。
第3课时 电化学中多池串联及电化学的相关计算
[例1] 选D 电极Ⅰ上电极反应式为Al-3e-Al3+,发生氧化反应,故A错误;电极Ⅱ是正极,正极上发生反应为Cu2++2e-Cu,所以电极Ⅱ质量逐渐增大,故B错误;电极Ⅲ为阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,电路中每转移0.2 mol电子,电极Ⅲ上溶解铜0.1 mol,质量为6.4 g,故C错误;电流方向从正极流向阳极,阴极流向负极,即电极Ⅳ→ →电极Ⅰ,故D正确。
[题点多维训练]
1.选D 电解精炼铜时,粗铜作阳极,接外接电源的正极,A极连接电源的负极,应是纯铜,A错误;Fe极是阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,故乙池中Fe电极附近变浅红色,B错误,D正确;电镀铜时,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,增重12.8 g时生成0.2 mol Cu,电路中转移0.4 mol电子,乙池中阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,据转移电子守恒推知,生成0.2 mol Cl2,在标准状况下的体积为4.48 L,其他状况则不一定,C错误。
2.选B 电池工作时,左侧为电解池,左侧石墨极为阳极,电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+,H+移向甲室,溶液pH减小,A错误;对于乙室,正极上LiCoO2得到电子,被还原为Co2+,同时得到Li+,其中的O与溶液中的H+结合生成H2O,因此电池工作一段时间后应该补充盐酸,B正确;电解质溶液为酸性,不可能大量存在OH-,乙室电极反应式为LiCoO2+e-+4H+Li++Co2++2H2O,C错误;若甲室Co2+减少200 mg,电子转移物质的量为n(e-)=×2≈0.006 8 mol ,乙室Co2+增加300 mg,转移电子的物质的量为n(e-)=×1≈0.005 1 mol,说明此时已进行过溶液转移,D错误。
3.解析:(1)甲装置为燃料电池,a极为负极,应通入燃料甲烷发生氧化反应;(2)乙装置为电解饱和食盐水,总反应的离子方程式:2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-;(3)丙装置为电解精炼铜,初始阶段阳极由粗铜中比铜活泼的金属失电子,阴极消耗铜离子,所以溶液中硫酸铜浓度降低;如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g,说明生成Cu 0.1 mol,电路中转移电子物质的量为0.2 mol,则甲装置中消耗的CH4的物质的量为0.025 mol,对应质量为0.4 g;(4)丁装置Y为阴极,其电极上发生的电极反应式是Cu2++ 2e-Cu。
答案:(1)CH4 氧化 (2)2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- (3)减小 0.4 (4)Cu2++ 2e-Cu
二
[例2] 解析:(1)用直流电电解饱和NaCl溶液,阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,d附近显红色,因此d为阴极,a为电源的正极,f为阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,e为阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑;(2)由上述分析,Y池总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Z池总反应为2CuSO4+2H2O2H2SO4+O2↑+2Cu,当电路中通过0.02 mol电子时,d极产生0.01 mol的H2,在标准状况下的体积为0.224 L,同时生成0.02 mol OH-,c(OH-)=0.1 mol·L-1,Y池中溶液的pH为13;Z池中析出铜的物质的量为0.01 mol,质量为0.64 g,阳极产生0.005 mol O2,标准状况下的体积为0.112 L。
答案:(1)正 2H2O+2e-2OH-+H2↑ 阴 2H2O-4e-4H++O2↑ (2)0.224 13 0.64 0.112
[题点多维训练]
1.选B 由题意可知,硫酸铜和硝酸铜混合溶液中铜离子的物质的量为(1+0.1)mol·L-1×0.1 L=0.11 mol,用惰性电极电解混合溶液,当阳极析出标准状况896 mL氧气时,外电路转移电子的物质的量为×4 mol=0.16 mol<0.11 mol×2,则溶液中铜离子未完全放电,阴极析出铜的质量=0.16 mol××64 g·mol-1=5.12 g。
2.解析:(1)阴极上Cu2+首先放电,故开始时,阴极上无气体生成,故曲线Ⅱ表示阳极产生气体的体积变化。(2)0~t1内阳极发生的反应为2Cl--2e-Cl2↑,n(Cl2)==0.01 mol,n(NaCl)=n(Cl-)=2n(Cl2)=0.02 mol,c(NaCl)==0.1 mol·L-1;阴极上依次发生反应:Cu2++2e-Cu、2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极上依次发生反应:2Cl--2e-Cl2↑、2H2O-4e-O2↑+4H+,由图可知V(H2)=0.672 L,V(Cl2)=0.224 L,V(O2)=0.448 L,由得失电子守恒可知×2+c(Cu2+)×0.2 L×2=×2+×4,解得c(Cu2+)=0.1 mol·L-1。(3)由4OH-~O2~4H+可得:n(H+)=×4=0.02 mol,则溶液中的c(H+)==0.1 mol·L-1,pH=1。
答案:(1)Ⅱ (2)0.1 mol·L-1 0.1 mol·L-1 (3)1
3.解析:(1)惰性电极M为阳极,其电极反应式为I-+6OH--6e-I+3H2O。(2)若电解时用铅酸蓄电池做电源,由关系式Pb~2e-~H2,当消耗2 mol单质铅时,电解生成气体的物质的量是2 mol。(3)若电解结束时,由关系式3I2~5I-~5I,阳极反应生成10 mol KIO3,则理论上消耗的I2的物质的量为×3=6 mol。(4)常温下若有0.9 mol K+通过阳离子交换膜,阴极区KOH溶液pH由13升到14,氢氧根离子的浓度由0.1 mol·L-1提高到1 mol·L-1,1 mol·L-1×V-0.1 mol·L-1×V=0.9 mol,V=1 L,则阴极区KOH溶液体积为1 L(忽略溶液体积变化)。(5)若电解池工作前,阳极室和阴极室中电解液质量相等,每转移1 mol电子,阳极减少1 mol钾离子,减少39 g,阴极增加1 mol钾离子,同时减少1 mol氢原子,增加38 g,当转移=4 mol电子时,两侧电解液的质量差为308 g。
答案:(1)阳极 I-+6OH--6e-I+3H2O (2)2
(3)6 (4)1 (5)4
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第3课时 电化学中多池串联及电化学的相关计算(拓展课)
一、多池串联
二、电解的相关计算
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一、多池串联
(一)有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
(二)无外接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，如图所示:A为原电池，B为电解池，甲池为原电池，其余为电解池。
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一个碳棒电极；而电解池则一般两个都是惰性电极，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。如图所示。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或反应现象可判断电极，
并由此判断电池类型。如图所示。
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极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
[例1] 某同学组装如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是 ( )
A.电极Ⅰ发生还原反应
B.电极Ⅱ逐渐溶解
C.电路中每转移0.2 mol电子，电极Ⅲ上析出64 g Cu
D.电流方向:电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
√
[解析] 电极Ⅰ上电极反应式为Al-3e-==Al3+，发生氧化反应，故A错误；电极Ⅱ是正极，正极上发生反应为Cu2++2e-==Cu，所以电极Ⅱ质量逐渐增大，故B错误；电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu-2e-==Cu2+，电路中每转移0.2 mol电子，电极Ⅲ上溶解铜0.1 mol，质量为6.4 g，故C错误；电流方向从正极流向阳极，阴极流向负极，即电极Ⅳ→ →电极Ⅰ，故D正确。
|思维建模|“串联”类装置的解题流程
[题点多维训练]
√
1.如图甲、乙为相互串联的两个电解池，下列说法正确的是 ( )
A.甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜
B.乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后C极附近变浅红色
C.若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L
D.Fe极的电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-
解析:电解精炼铜时，粗铜作阳极，接外接电源的正极，A极连接电源的负极，应是纯铜，A错误；Fe极是阴极，电极反应式为2H2O+2e-==2OH-+H2↑，故乙池中Fe电极附近变浅红色，B错误，D正确；电镀铜时，阴极反应式为Cu2++2e-==Cu，增重12.8 g时生成0.2 mol Cu，电路中转移0.4 mol电子，乙池中阳极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑，据转移电子守恒推知，生成0.2 mol Cl2，在标准状况下的体积为4.48 L，其他状况则不一定，C错误。
√
2.(2022·山东卷改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是 ( )
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-==Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时没有进行过溶液转移
解析:电池工作时，左侧为电解池，左侧石墨极为阳极，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O==2CO2↑+7H+，H+移向甲室，溶液pH减小，A错误；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合生成H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为LiCoO2+e-+4H+==Li++Co2++2H2O，C错误；若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)=×2≈0.006 8 mol ，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=×1≈0.005 1 mol，说明此时已进行过溶液转移，D错误。
3.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题:
(1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是 (填“CH4”或“O2”)，该电极上发生的反应类型是 反应(填“氧化”或“还原”)。
解析:甲装置为燃料电池，a极为负极，应通入燃料甲烷发生氧化反应；
CH4
氧化
(2)在乙装置中，总反应的离子方程式是 。
解析:乙装置为电解饱和食盐水，总反应的离子方程式:2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-；
2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-
3.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题:
(3)工作一段时间之后，丙装置中硫酸铜溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)，如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，则甲装置中消耗的CH4的质量为 g。
解析:丙装置为电解精炼铜，初始阶段阳极由粗铜中比铜活泼的金属失电子，阴极消耗铜离子，所以溶液中硫酸铜浓度降低；如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，说明生成Cu 0.1 mol，电路中转移电子物质的量为0.2 mol，则甲装置中消耗的CH4的物质的量为0.025 mol，对应质量为0.4 g；
减小
0.4
3.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题:
(4)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应是 。
解析:丁装置Y为阴极，其电极上发生的电极反应式是Cu2++ 2e-==Cu。
Cu2++ 2e-==Cu
二、电解的相关计算
[例2] 如图，X是直流电源，电池中c、d、e、f为石墨棒，接通电路后，发现d附近显红色。回答下列问题:
(1)电源a为 (填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，d极上的电极反应式为 ，Z池中f为 极，e极上的电极反应式为
。
[解析] 用直流电电解饱和NaCl溶液，阳极电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑，阴极电极反应式为2H2O+2e-==2OH-+H2↑，d附近显红色，因此d为阴极，a为电源的正极，f为阴极，电极反应式为Cu2++2e-==Cu，e为阳极，电极反应式为2H2O-4e-==4H++O2↑；
正
2H2O+2e-==2OH-+H2↑
阴
2H2O-4e-==4H++O2↑
[例2] 如图，X是直流电源，电池中c、d、e、f为石墨棒，接通电路后，发现d附近显红色。回答下列问题:
(2)当电路中通过0.02 mol电子时，d极产生的气体在标准状况下的体积为
L，Y池中溶液的pH为 ；Z池中析出铜的质量为 g，产生的气体在标准状况下的体积为 L。
0.224
13
0.64
0.112
[解析] 由上述分析，Y池总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑，
Z池总反应为2CuSO4+2H2O 2H2SO4+O2↑+2Cu，当电路中通过0.02 mol电子时，d极产生0.01 mol的H2，在标准状况下的体积为0.224 L，同时生成0.02 mol OH-，c(OH-)=0.1 mol·L-1，Y池中溶液的pH为13；Z池中析出铜的物质的量为0.01 mol，质量为0.64 g，阳极产生0.005 mol O2，标准状况下的体积为0.112 L。
|思维建模|三种常见计算方法
根据总反应式 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
根据电子守恒 ①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数目相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算
根据关系式 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的关系式
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系:
4e-~~
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)
[题点多维训练]
√
1.(2025·乌鲁木齐高二检测)用惰性电极电解1 mol·L-1 CuSO4和0.1 mol·L-1 Cu(NO3)2的混合液100 mL，当阳极析出896 mL(标准状况)气体时，切断电源，使电极仍浸在溶液中，充分反应后，阴极比原来增重 ( )
A.7.04 g B.5.12 g C.3.2 g D.1.28 g
解析:由题意可知，硫酸铜和硝酸铜混合溶液中铜离子的物质的量为(1+0.1)mol·L-1×0.1 L=0.11 mol，用惰性电极电解混合溶液，当阳极析出标准状况896 mL氧气时，外电路转移电子的物质的量为×4 mol=0.16 mol<0.11 mol×2，则溶液中铜离子未完全放电，阴极析出铜的质量=0.16 mol××64 g·mol-1=5.12 g。
2.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间的变化如图所示，根据图中信息回答下列问题(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)。
(1)曲线 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极
产生气体的体积变化。
解析:阴极上Cu2+首先放电，故开始时，阴极上无气体生成，故曲线Ⅱ表示阳极产生气体的体积变化。
Ⅱ
2.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间的变化如图所示，根据图中信息回答下列问题(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)。
(2)氯化钠的物质的量浓度为 ，
硫酸铜的物质的量浓度为 。
解析:0~t1内阳极发生的反应为2Cl--2e-==Cl2↑，n(Cl2)==0.01 mol，n(NaCl)=n(Cl-)=2n(Cl2)=0.02 mol，c(NaCl)==0.1 mol·L-1；阴极上依次发生反应:Cu2++2e-==Cu、2H2O+2e-==H2↑+2OH-，阳极上依次发生反应:2Cl--2e-==Cl2↑、2H2O-4e-==O2↑+4H+，由图可知V(H2)=0.672 L，V(Cl2)=0.224 L，V(O2)=0.448 L，由得失电子守恒可知×2+c(Cu2+)×0.2 L×2=×2+×4，解得c(Cu2+)=0.1 mol·L-1。
0.1 mol·L-1
0.1 mol·L-1
解析:由4OH-~O2~4H+可得:n(H+)=
×4=0.02 mol，则溶液中的c(H+)==0.1 mol·L-1，pH=1。
2.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间的变化如图所示，根据图中信息回答下列问题(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)。
(3)t2时所得溶液的pH为 。
1
3.KIO3可作为食盐中的补碘剂，可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应:3I2+6KOH==5KI+KIO3+3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，阴极区加入氢氧化钾溶液，开始电解。
装置如图所示:
回答下列问题:
(1)惰性电极M为 (填“阳极”或“阴极”)，其电极反应式为 。
解析:惰性电极M为阳极，其电极反应式为I-+6OH--6e-==I+3H2O。
解析:若电解时用铅酸蓄电池做电源，由关系式Pb~2e-~H2，当消耗2 mol单质铅时，电解生成气体的物质的量是2 mol。
(2)若电解时用铅酸蓄电池做电源，当消耗2 mol单质铅时，电解生成气体的物质的量是 mol。
I-+6OH--6e-==I+3H2O
2
阳极
3.KIO3可作为食盐中的补碘剂，可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应:3I2+6KOH==5KI+KIO3+3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，阴极区加入氢氧化钾溶液，开始电解。
装置如图所示:
(3)若电解结束时，阳极反应生成10 mol KIO3，则理论上消耗的I2的物质的量为 mol。
解析:若电解结束时，由关系式3I2~5I-~5I，阳极反应生成10 mol KIO3，则理论上消耗的I2的物质的量为×3=6 mol。
6
3.KIO3可作为食盐中的补碘剂，可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应:3I2+6KOH==5KI+KIO3+3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，阴极区加入氢氧化钾溶液，开始电解。
装置如图所示:
(4)常温下若有0.9 mol K+通过阳离子交换膜，阴极区KOH溶液pH由13升到14，则阴极区KOH溶液体积为 L(忽略溶液体积变化)。
解析:常温下若有0.9 mol K+通过阳离子交换膜，阴极区KOH溶液pH由13升到14，氢氧根离子的浓度由0.1 mol·L-1提高到1 mol·L-1，1 mol·L-1×V-0.1 mol·L-1
×V=0.9 mol，V=1 L，则阴极区KOH溶液体积为1 L(忽略溶液体积变化)。
1
3.KIO3可作为食盐中的补碘剂，可采用“电解法”制备。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应:3I2+6KOH==5KI+KIO3+3H2O，将反应后的溶液加入阳极区，阴极区加入氢氧化钾溶液，开始电解。
装置如图所示:
(5)若电解池工作前，阳极室和阴极室中电解液质量相等，当转移________ mol电子时，两侧电解液的质量差为308 g。
解析:若电解池工作前，阳极室和阴极室中电解液质量相等，每转移1 mol电子，阳极减少1 mol钾离子，减少39 g，阴极增加1 mol钾离子，同时减少1 mol氢原子，增加38 g，当转移=4 mol电子时，两侧电解液的质量差为308 g。
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课时跟踪检测
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一、选择题
1.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中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
解析:分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH-失去0.4 mol电子而得到，H2是由H+得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2+得到的，故Cu2+的物质的量是0.1 mol，则Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1。
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2.(2025·郑州高二期中)如图所示的装置中，X、Y、Q、W都是石墨电极，将电源接通后，W极附近颜色逐渐加深。下列说法不正确的是 ( )
A.电源的M极为正极
B.电极X和Y产生单质物质的量之比为1∶2
C.若甲装置中盛有足量CuSO4溶液，通电一段时间，
加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复原状
D.欲用乙装置给铜镀银，U极应该是Ag，电镀液选择AgNO3溶液
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解析:电源接通后，W极附近颜色逐渐加深，W是阴极，则N是原电池负极、M是正极，故A正确。X是阳极、Y是阴极，X极发生反应4OH--4e-==2H2O+O2↑；Y极发生反应Cu2++2e-==Cu，根据得失电子守恒，电极X和Y产生单质物质的量之比为1∶2，故B正确。若甲装置中盛有足量硫酸铜溶液，X极放出O2、Y极生成Cu，通电一段时间，加入适量氧化铜可以使溶液恢复原状，故C错误。乙装置U是阳极、R是阴极，欲用乙装置给铜镀银，银作阳极、铜作阴极，U极应该是Ag，电镀液选择硝酸银溶液，故D正确。
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3.电解一定量的硫酸铜溶液的实验装置如图①所示，电解的实验数据如图②所示，横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是 ( )
A.开始时b电极上有红色物质析出，而后有气泡产生
B.a电极上的电子经溶液流向b电极再流入直流电源
C.在PQ段，产生的H2和O2的体积之比为1∶2
D.从开始到Q点，装置中产生的气体中有0.1 mol氧气
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解析:根据电子的流向可知，a电极为电解池的阴极、b电极为电解池的阳极。b电极上无红色物质析出，但一直有氧气产生，A项错误；电子仅在外电路中移动，溶液中为阴、阳离子的定向移动，B项错误；由图像和反应过程可知，刚开始为电解CuSO4溶液的过程，仅有氧气生成，PQ段为电解H2O的过程，则a电极上生成氢气，b电极上生成氧气，且二者的体积之比为2∶1，C项错误；在电解过程中，每转移4 mol电子，有1 mol O2生成，由图像可知，从开始到Q点转移的电子为0.4 mol，故有0.1 mol O2生成，D项正确。
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4.NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.离子交换膜应为阳离子交换膜，Na+由左极室向右极室迁移
B.该燃料电池的负极反应式为B+8OH--8e-==B+6H2O
C.电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液
D.每消耗2.24 L O2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g
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解析:通入O2发生反应O2+4e-+2H2O==4OH-，通入O2的一极为正极。Na+通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na+通过，是阳离子交换膜，A正确；根据图示，负极B转化为 B，反应式为B+8OH--8e-==B+6H2O，B正确；该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液可以选择CuSO4溶液，C正确；A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24 L O2(标准状况)时，转移电子 0.4 mol，但阳极上(A极)为粗铜，不只有Cu参与放电，还有比Cu 活泼的金属放电，故减少质量不一定为12.8 g，D不正确。
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5.如图所示，某同学设计了一个燃料电池并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。下列有关说法正确的是 ( )
A.通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2-4e-+2H2O==4OH-
B.乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe-2e-==Fe2+
C.反应一段时间后，乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠
D.反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
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解析:甲装置为燃料电池，通氧气一极为正极，电解质为KOH，正极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH-，故A错误；通甲醚的一极为负极，即Fe电极为阴极，阴极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-，故B错误；乙装置中铁为阴极，阴极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-，X为阳离子交换膜，允许Na+通过，反应一段时间后，乙装置中铁电极区生成NaOH，故C正确；丙装置为电解池，精铜作阴极，电极反应式为Cu2++2e-==Cu，粗铜作阳极，电极反应式为Cu-2e-==Cu2+，但粗铜中含有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等，这些金属先失电子，使CuSO4溶液的浓度减小，故D错误。
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6.(2025·安庆高二检测)常温下用石墨作电极，电解100 mL 0.1 mol·L-1的Cu(NO3)2和0.1 mol·L-1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是 ( )
A.阴极增重1.4 g B.所得溶液c(H+)<0.1 mol·L-1
C.阴极增重0.64 g D.所得溶液c(H+)>0.1 mol·L-1
解析:100 mL 0.1 mol·L-1的硝酸铜和0.1 mol·L-1的硝酸银组成的混合溶液，含有银离子、铜离子各0.01 mol，用石墨作电极电解混合液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时:
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假设1:当阴极上生成的气体体积为1.12 L，即=0.05 mol，说明银离子、铜离子放电完全，溶液中的氢离子放电生成氢气0.05 mol，
阴极:Ag++e-==Ag；Cu2++2e-==Cu；2H++2e-==H2↑，
转移电子数:Ag+ + e-==Ag
0.01 0.01 0.01
Cu2+ + 2e-==Cu
0.01 0.02 0.01
2H+ + 2e-==H2↑
0.1 0.1 0.05
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共转移电子数为0.01+0.02+0.1=0.13 mol，阴极增重0.01×108+0.01×64=1.72 g
阳极为氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式:
4OH--4e-==2H2O+O2↑
0.13 0.13
则反应后溶液中的氢离子浓度为=0.3 mol·L-1，故D正确。
假设2:当阳极上生成的气体体积为1.12 L，即=0.05 mol，阳极电极反应式:4OH--4e-==2H2O+O2↑，则共转移电子0.05 mol×4=0.2 mol；
阴极:Ag++e-==Ag；Cu2++2e-==Cu；2H++2e-==H2↑；
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转移电子数:Ag+ + e-==Ag
0.01 0.01 0.01
Cu2+ + 2e-==Cu
0.01 0.02 0.01
2H+ + 2e- == H2↑
0.17 (0.2-0.03)=0.17 0.085
所以阴极增重0.01×108+0.01×64=1.72 g，反应后溶液中的氢离子浓度为=0.3 mol·L-1，故D正确。
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7.用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应:Cr2+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法正确的是( )
A.电解过程中废水的pH会减小
B.阳极反应式为Fe-3e-==Fe3+
C.电解后除Cr(OH)3沉淀外，还有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移0.6 mol e-，最多有0.2 mol Cr2被氧化
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解析:由反应式Cr2+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O可知，处理过程中消耗氢离子，溶液的酸性减弱，pH增大，故A错误；电解时，铁板作阳极，阳极反应式为Fe-2e-==Fe2+，故B错误；阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子减少，同时生成氢氧根离子，Cr2+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O，有Fe3+生成，所以有Fe(OH)3沉淀生成，故C正确；Fe-2e-==Fe2+，则转移电子数0.6 mol需要
0.3 mol Fe，再根据反应的离子方程式得关系式:6Fe~12e-~6Fe2+~Cr2，故被还原的Cr2的物质的量为0.05 mol，故D错误。
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8.(2025·湛江高二检测)利用镁 次氯酸盐电池为电源，模拟电浮选凝聚法处理污水示意图如图所示，通过铁和石墨电极在污水中电解，利用污水中溶解的氧将生成的Fe2+转化为Fe(OH)3沉淀吸附污染物，气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，从而达到净水的目的。下列说法错误的是 ( )
A.镁 次氯酸盐电池总反应的离子方程式为
Mg+ClO-+H2O==Mg(OH)2+Cl-
B.M应是石墨电极，N应是铁电极
C.生成Fe(OH)3沉淀反应的离子方程式为4Fe2++10H2O+O2==4Fe(OH)3↓+8H+
D.将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层的气泡成分主要是H2
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解析:由原电池结构可知，Mg失去电子作负极，电极反应式为Mg+2OH--2e-==Mg(OH)2，石墨是正极，电极反应式为ClO-+H2O+2e-==Cl-+2OH-，总反应的离子方程式为Mg+ClO-+H2O==Mg(OH)2+Cl-，A项正确；污水处理中，要得到Fe(OH)3沉淀，应引入Fe2+，铁电极应是阳极(M电极)，石墨应是阴极(N电极)，B项错误；铁电极只能生成Fe2+，电极反应式为Fe-2e-==Fe2+，Fe2+被污水中溶解的O2氧化生成Fe(OH)3沉淀，离子方程式为4Fe2++10H2O+O2==4Fe(OH)3↓+8H+，C项正确；N电极的电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-，产生的H2将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，D项正确。
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9.用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量减少了13.4 g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值) ( )
A.电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA
B.两极共产生标准状况下3.92 L气体
C.电解后溶液中H+浓度为0.01 mol·L-1(假设溶液体积不变)
D.加入13.8 g Ag2CO3可将溶液复原
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解析:用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液，阴极上先发生的电极反应为Ag++e-==Ag，假设0.1 mol银离子全部放电，转移电子的物质的量为0.1 mol，则析出金属银的质量为0.1 mol×108 g·mol-1=10.8 g，此时阳极上的电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+，转移0.1 mol电子时生成的氧气的质量为0.025 mol×32 g·mol-1=0.8 g，所以此时溶液质量减少10.8 g+0.8 g=11.6 g<13.4 g，则接下来阴极上放电的是氢离子，阳极上仍是OH-放电，此阶段相当于电解水，则电解水的质量为13.4 g-11.6 g=1.8 g，电解1.8 g水转移电子的物质的量为0.2 mol，所以整个过程中转移电子的总物质的量为0.3 mol，数目为0.3NA，A项错误；由分析可知，该电解过程中阳极的电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+，转移0.3 mol电子，产生的氧气的物质的量为0.075 mol，即标准状况下的体积为1.68 L，阴极的电极反应为Ag++e-==Ag、2H2O+2e-==H2↑+2OH-，阴极上产生氢气，当转移0.2 mol电子时，产生的氢气的物质的量为0.1 mol，即标准状况下的体积为2.24 L，所以两极共产生标准状况下3.92 L气体，B项正确；电解过程中溶液中的氢离子最终增加了0.1 mol，所以最后溶液中c(H+)==0.1 mol·L-1，C项错误；电解过程相当于减少了氧化银和水，只加入Ag2CO3不能将溶液复原，D项错误。
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10.(2023·北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HC的水解程度大于HC的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为S+CO2+H2O HCOOH+S
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解析:SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HC的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为S+CO2+H2O HCOOH+S，故D正确。
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11.利用氢氧燃料电池，以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4，其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下能传导O2-。下列说法正确的是 ( )
A.电极b的电极反应为H2-2e-==2H+
B.电极d材料是铁电极，电极反应为Fe-2e-+2OH-==Fe(OH)2
C.理论上，固体电解质中每迁移0.3 mol O2-，可以制得16.6 g Na2FeO4
D.为提高Na2FeO4的产率，应使用阳离子交换膜
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解析:装置图中，左侧装置为氢氧燃料电池，右侧装置为电解池。氢氧燃料电池中，负极反应式为2H2+2O2--4e-==2H2O，正极反应式为O2+4e-==2O2-；电解池中，Fe电极(阳极)反应式为Fe+8OH--6e-==Fe+4H2O，Ni电极(阴极)反应式为6H2O+6e-==3H2↑+6OH-。从图中箭头可知，电极c产生的H2流入电极b中，所以电极c为阴极(Ni电极)，电极b为负极；电极a为正极，电极d为阳极(Fe电极)。理论上，固体电解质中每迁移0.3 mol O2-，电路中转移电子的物质的量为0.6 mol，可以制得0.1 mol Na2FeO4，质量为0.1 mol ×166 g·mol-1=16.6 g，C正确；阳极需要消耗OH-，阴极不断生成OH-，为提高Na2FeO4的产率，应使用阴离子交换膜，D不正确。
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二、非选择题
12.(12分)某兴趣小组的同学用如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，体积均为1 L)，当闭合该装置的开关K时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题:
(1)甲、乙、丙三池中为原电池的是 (填“甲池”“乙池”或“丙池”)，A电极的电极反应式为 ，C电极的电极反应式为 。
甲池
CH3OCH3-12e-+16OH-==2C+11H2O
Ag-e-==Ag+
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解析:从图中可以看出，甲池为燃料电池，乙池和丙池为电解池。则甲、乙、丙三池中为原电池的是甲池，A电极的电极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-==2C+11H2O；乙池中，C电极与燃料电池的正极相连，则C电极为阳极，Ag失电子生成Ag+，电极反应式为Ag-e-==Ag+。
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二、非选择题
12.(12分)某兴趣小组的同学用如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，体积均为1 L)，当闭合该装置的开关K时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题:
(2)丙池总反应的离子方程式为
。
解析:丙池中，阴极Cu2+得电子生成Cu，阳极H2O失电子生成O2和H+，总反应的离子方程式为2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。
2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+
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二、非选择题
12.(12分)某兴趣小组的同学用如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，体积均为1 L)，当闭合该装置的开关K时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题:
(3)当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时，理论上通过乙池的电量为 (法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1)，丙池溶液的pH为 ____ (忽略溶液体积的变化)。
9.65×103 C
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解析:当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时，线路中通过电子的物质的量n(e-)=×4=0.1 mol，理论上通过乙池的电量为0.1 mol
×9.65×104 C·mol-1=9.65×103 C；丙池中，可建立关系式:H+~e-，则溶液中生成H+的物质的量为0.1 mol，溶液的pH为1。课时跟踪检测(三十三)电化学中多池串联及电化学的相关计算
一、选择题
1.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况),则原混合液中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
2.(2025·郑州高二期中)如图所示的装置中,X、Y、Q、W都是石墨电极,将电源接通后,W极附近颜色逐渐加深。下列说法不正确的是 ( )
A.电源的M极为正极
B.电极X和Y产生单质物质的量之比为1∶2
C.若甲装置中盛有足量CuSO4溶液,通电一段时间,加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复原状
D.欲用乙装置给铜镀银,U极应该是Ag,电镀液选择AgNO3溶液
3.电解一定量的硫酸铜溶液的实验装置如图①所示,电解的实验数据如图②所示,横轴表示电解过程中转移电子的物质的量,纵轴表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是 ( )
A.开始时b电极上有红色物质析出,而后有气泡产生
B.a电极上的电子经溶液流向b电极再流入直流电源
C.在PQ段,产生的H2和O2的体积之比为1∶2
D.从开始到Q点,装置中产生的气体中有0.1 mol氧气
4.NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.离子交换膜应为阳离子交换膜,Na+由左极室向右极室迁移
B.该燃料电池的负极反应式为B+8OH--8e-B+6H2O
C.电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液
D.每消耗2.24 L O2(标准状况)时,A电极的质量减轻12.8 g
5.如图所示,某同学设计了一个燃料电池并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。下列有关说法正确的是 ( )
A.通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为O2-4e-+2H2O4OH-
B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+
C.反应一段时间后,乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠
D.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
6.(2025·安庆高二检测)常温下用石墨作电极,电解100 mL 0.1 mol·L-1的Cu(NO3)2和0.1 mol·L-1的AgNO3组成的混合溶液,当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时,假设溶液体积不变,下列说法正确的是 ( )
A.阴极增重1.4 g
B.所得溶液c(H+)<0.1 mol·L-1
C.阴极增重0.64 g
D.所得溶液c(H+)>0.1 mol·L-1
7.用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中发生反应:Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法正确的是 ( )
A.电解过程中废水的pH会减小
B.阳极反应式为Fe-3e-Fe3+
C.电解后除Cr(OH)3沉淀外,还有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移0.6 mol e-,最多有0.2 mol Cr2被氧化
8.(2025·湛江高二检测)利用镁 次氯酸盐电池为电源,模拟电浮选凝聚法处理污水示意图如图所示,通过铁和石墨电极在污水中电解,利用污水中溶解的氧将生成的Fe2+转化为Fe(OH)3沉淀吸附污染物,气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,从而达到净水的目的。下列说法错误的是 ( )
A.镁 次氯酸盐电池总反应的离子方程式为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-
B.M应是石墨电极,N应是铁电极
C.生成Fe(OH)3沉淀反应的离子方程式为4Fe2++10H2O+O24Fe(OH)3↓+8H+
D.将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层的气泡成分主要是H2
9.用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,通电一段时间后关闭电源,测得溶液的质量减少了13.4 g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值) ( )
A.电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA
B.两极共产生标准状况下3.92 L气体
C.电解后溶液中H+浓度为0.01 mol·L-1(假设溶液体积不变)
D.加入13.8 g Ag2CO3可将溶液复原
10.(2023·北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2,实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是 ( )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HC的水解程度大于HC的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为S+CO2+H2OHCOOH+S
11.利用氢氧燃料电池,以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4,其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,在高温下能传导O2-。下列说法正确的是 ( )
A.电极b的电极反应为H2-2e-2H+
B.电极d材料是铁电极,电极反应为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2
C.理论上,固体电解质中每迁移0.3 mol O2-,可以制得16.6 g Na2FeO4
D.为提高Na2FeO4的产率,应使用阳离子交换膜
二、非选择题
12.(12分)某兴趣小组的同学用如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,体积均为1 L),当闭合该装置的开关K时,观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题:
(1)甲、乙、丙三池中为原电池的是 (填“甲池”“乙池”或“丙池”),A电极的电极反应式为 ,C电极的电极反应式为 。
(2)丙池总反应的离子方程式为 。
(3)当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时,理论上通过乙池的电量为 (法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1),丙池溶液的pH为 (忽略溶液体积的变化)。
课时跟踪检测(三十三)
1.选A 分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol,O2是由OH-失去0.4 mol电子而得到,H2是由H+得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知,还有0.2 mol电子是Cu2+得到的,故Cu2+的物质的量是0.1 mol,则Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1。
2.选C 电源接通后,W极附近颜色逐渐加深,W是阴极,则N是原电池负极、M是正极,故A正确。X是阳极、Y是阴极,X极发生反应4OH--4e-2H2O+O2↑;Y极发生反应Cu2++2e-Cu,根据得失电子守恒,电极X和Y产生单质物质的量之比为1∶2,故B正确。若甲装置中盛有足量硫酸铜溶液,X极放出O2、Y极生成Cu,通电一段时间,加入适量氧化铜可以使溶液恢复原状,故C错误。乙装置U是阳极、R是阴极,欲用乙装置给铜镀银,银作阳极、铜作阴极,U极应该是Ag,电镀液选择硝酸银溶液,故D正确。
3.选D 根据电子的流向可知,a电极为电解池的阴极、b电极为电解池的阳极。b电极上无红色物质析出,但一直有氧气产生,A项错误;电子仅在外电路中移动,溶液中为阴、阳离子的定向移动,B项错误;由图像和反应过程可知,刚开始为电解CuSO4溶液的过程,仅有氧气生成,PQ段为电解H2O的过程,则a电极上生成氢气,b电极上生成氧气,且二者的体积之比为2∶1,C项错误;在电解过程中,每转移4 mol电子,有1 mol O2生成,由图像可知,从开始到Q点转移的电子为0.4 mol,故有0.1 mol O2生成,D项正确。
4.选D 通入O2发生反应O2+4e-+2H2O4OH-,通入O2的一极为正极。Na+通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液,故离子交换膜允许Na+通过,是阳离子交换膜,A正确;根据图示,负极B转化为 B,反应式为B+8OH--8e-B+6H2O,B正确;该电解池用于电解精炼铜,电解质溶液可以选择CuSO4溶液,C正确;A极连接原电池的正极,作阳极,每消耗2.24 L O2(标准状况)时,转移电子 0.4 mol,但阳极上(A极)为粗铜,不只有Cu参与放电,还有比Cu 活泼的金属放电,故减少质量不一定为12.8 g,D不正确。
5.选C 甲装置为燃料电池,通氧气一极为正极,电解质为KOH,正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,故A错误;通甲醚的一极为负极,即Fe电极为阴极,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故B错误;乙装置中铁为阴极,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,X为阳离子交换膜,允许Na+通过,反应一段时间后,乙装置中铁电极区生成NaOH,故C正确;丙装置为电解池,精铜作阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,粗铜作阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,但粗铜中含有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等,这些金属先失电子,使CuSO4溶液的浓度减小,故D错误。
6.选D 100 mL 0.1 mol·L-1的硝酸铜和0.1 mol·L-1的硝酸银组成的混合溶液,含有银离子、铜离子各0.01 mol,用石墨作电极电解混合液,当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时:
假设1:当阴极上生成的气体体积为1.12 L,即=0.05 mol,说明银离子、铜离子放电完全,溶液中的氢离子放电生成氢气0.05 mol,
阴极:Ag++e-Ag;Cu2++2e-Cu;2H++2e-H2↑,
转移电子数:Ag+ + e-Ag
0.01 0.01 0.01
Cu2+ + 2e-Cu
0.01 0.02 0.01
2H+ + 2e-H2↑
0.1 0.1 0.05
共转移电子数为0.01+0.02+0.1=0.13 mol,阴极增重0.01×108+0.01×64=1.72 g
阳极为氢氧根离子放电生成氧气,电极反应式:
4OH--4e-2H2O+O2↑
0.13 0.13
则反应后溶液中的氢离子浓度为=0.3 mol·L-1,故D正确。
假设2:当阳极上生成的气体体积为1.12 L,即=0.05 mol,阳极电极反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑,则共转移电子0.05 mol×4=0.2 mol;
阴极:Ag++e-Ag;Cu2++2e-Cu;2H++2e-H2↑;
转移电子数:Ag+ + e-Ag
0.01 0.01 0.01
Cu2+ + 2e-Cu
0.01 0.02 0.01
2H+ + 2e- H2↑
0.17 (0.2-0.03)=0.17 0.085
所以阴极增重0.01×108+0.01×64=1.72 g,反应后溶液中的氢离子浓度为=0.3 mol·L-1,故D正确。
7.选C 由反应式Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O可知,处理过程中消耗氢离子,溶液的酸性减弱,pH增大,故A错误;电解时,铁板作阳极,阳极反应式为Fe-2e-Fe2+,故B错误;阴极发生还原反应,溶液中的氢离子得到电子减少,同时生成氢氧根离子,Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,有Fe3+生成,所以有Fe(OH)3沉淀生成,故C正确;Fe-2e-Fe2+,则转移电子数0.6 mol需要0.3 mol Fe,再根据反应的离子方程式得关系式:6Fe~12e-~6Fe2+~Cr2,故被还原的Cr2的物质的量为0.05 mol,故D错误。
8.选B 由原电池结构可知,Mg失去电子作负极,电极反应式为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2,石墨是正极,电极反应式为ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-,总反应的离子方程式为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-,A项正确;污水处理中,要得到Fe(OH)3沉淀,应引入Fe2+,铁电极应是阳极(M电极),石墨应是阴极(N电极),B项错误;铁电极只能生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Fe2+被污水中溶解的O2氧化生成Fe(OH)3沉淀,离子方程式为4Fe2++10H2O+O24Fe(OH)3↓+8H+,C项正确;N电极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,产生的H2将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,D项正确。
9.选B 用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,阴极上先发生的电极反应为Ag++e-Ag,假设0.1 mol银离子全部放电,转移电子的物质的量为0.1 mol,则析出金属银的质量为0.1 mol×108 g·mol-1=10.8 g,此时阳极上的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移0.1 mol电子时生成的氧气的质量为0.025 mol×32 g·mol-1=0.8 g,所以此时溶液质量减少10.8 g+0.8 g=11.6 g<13.4 g,则接下来阴极上放电的是氢离子,阳极上仍是OH-放电,此阶段相当于电解水,则电解水的质量为13.4 g-11.6 g=1.8 g,电解1.8 g水转移电子的物质的量为0.2 mol,所以整个过程中转移电子的总物质的量为0.3 mol,数目为0.3NA,A项错误;由分析可知,该电解过程中阳极的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移0.3 mol电子,产生的氧气的物质的量为0.075 mol,即标准状况下的体积为1.68 L,阴极的电极反应为Ag++e-Ag、2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极上产生氢气,当转移0.2 mol电子时,产生的氢气的物质的量为0.1 mol,即标准状况下的体积为2.24 L,所以两极共产生标准状况下3.92 L气体,B项正确;电解过程中溶液中的氢离子最终增加了0.1 mol,所以最后溶液中c(H+)==0.1 mol·L-1,C项错误;电解过程相当于减少了氧化银和水,只加入Ag2CO3不能将溶液复原,D项错误。
10.选C SO2是酸性氧化物,废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨,故A正确;装置a中溶液的溶质为NaHCO3,溶液显碱性,说明HC的水解程度大于其电离程度,故B正确;装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体,CO2与NaHCO3溶液不反应,不能吸收CO2,故C错误;由电解池阴极和阳极反应式可知,装置b中总反应为S+CO2+H2OHCOOH+S,故D正确。
11.选C 装置图中,左侧装置为氢氧燃料电池,右侧装置为电解池。氢氧燃料电池中,负极反应式为2H2+2O2--4e-2H2O,正极反应式为O2+4e-2O2-;电解池中,Fe电极(阳极)反应式为Fe+8OH--6e-Fe+4H2O,Ni电极(阴极)反应式为6H2O+6e-3H2↑+6OH-。从图中箭头可知,电极c产生的H2流入电极b中,所以电极c为阴极(Ni电极),电极b为负极;电极a为正极,电极d为阳极(Fe电极)。理论上,固体电解质中每迁移0.3 mol O2-,电路中转移电子的物质的量为0.6 mol,可以制得0.1 mol Na2FeO4,质量为0.1 mol ×166 g·mol-1=16.6 g,C正确;阳极需要消耗OH-,阴极不断生成OH-,为提高Na2FeO4的产率,应使用阴离子交换膜,D不正确。
12.解析:(1)从图中可以看出,甲池为燃料电池,乙池和丙池为电解池。则甲、乙、丙三池中为原电池的是甲池,A电极的电极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-2C+11H2O;乙池中,C电极与燃料电池的正极相连,则C电极为阳极,Ag失电子生成Ag+,电极反应式为Ag-e-Ag+。(2)丙池中,阴极Cu2+得电子生成Cu,阳极H2O失电子生成O2和H+,总反应的离子方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。(3)当甲池中B电极上消耗O2的体积为560 mL(标准状况)时,线路中通过电子的物质的量n(e-)=×4=0.1 mol,理论上通过乙池的电量为0.1 mol×9.65×104 C·mol-1=9.65×103 C;丙池中,可建立关系式:H+~e-,则溶液中生成H+的物质的量为0.1 mol,溶液的pH为1。
答案:(1)甲池 CH3OCH3-12e-+16OH-2C+11H2O Ag-e-Ag+ (2)2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ (3)9.65×103 C 1
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