1、突破34 电化学原理综合应用1、 【突破必备】1电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：常见微粒间的计量关系式为4e4H4OH4Cl4Ag2Cu22H2O22Cl24Ag2Cu。2两种“串联”装置图比较图1 图2图1中无外接电源，其中必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活泼性差异大者为原电池装置，如图1中左边为原电池装置，右边为电解池装置。图2中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过两池的电子数目相等。2、 【真题示例】【
2、真题示例1】(2018新课标卷，节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后，_室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。【答案】2H2O4e=4HO2a【真题示例2】(2018新课标卷，节选)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。(1)写出电解时阴极的电极反应式_。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是_。(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_(写出一点)。
3、【答案】(1)2H2O2e=2OHH2(2)K由a到b(3)产生Cl2，易污染环境【解析】(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O2e=2OHH2。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，KClO3氧化法生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。【真题示例3】(2015新课标卷，节选)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程
4、产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。回答下列问题：(1)该电池的正极反应式为_，电池反应的离子方程式为_。(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌_g。(已知F96 500 Cmol1)【答案】(1)MnO2eH=MnOOHZn2MnO22H=Zn22MnOOH(2)0.05【真题示例4】(2014新课标卷，节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式_。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因_。(3)早
5、期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是_。【答案】(1)2H2O4e=O24H(2)阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)POH2PO或H3PO2被氧化【解析】(1)阳极发生氧化反应，在反应中OH失去电子，电极反应式为2H2O4e=4HO2。(2)H2O放电产生H，H进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：HH2POH3PO2。 (3)如果撤去阳膜，H
6、2PO或H3PO2可能被氧化。3、 【随堂小练】1 如图所示，装置()是一种可充电电池，装置()为两电极均为惰性电极的电解池。下列说法正确的是()A闭合开关K时，电极B为负极，且电极反应式为2Br2e=Br2B装置()放电时，总反应式为2Na2S2Br2=Na2S42NaBrC装置()充电时，Na从左到右通过阳离子交换膜D该装置电路中有0.1 mol e通过时，电极X上析出3.2 g Cu【答案】B2用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，下列说法中正确的是()A当a、b都是铜作电极时，电解的总反应方程式为2CuSO42H2O2H2SO42CuO2B燃料电池工作时，正极反应为O22
7、H2O4e=4OHC当燃料电池消耗2.24 L甲醛气体时，电路中理论上转移0.2 mol eD燃料电池工作时，负极反应为HCHOH2O2e=HCOOH2H【答案】D 【解析】A项，若a、b都是铜作电极，则阳极是Cu放电，而不是电解质溶液中的OH放电，错误；B项，酸性介质中不可能生成大量OH，错误，正确的为O24H4e=2H2O；C项，未说明气体是否在标准状况下而无法计算，错误；D项，负极是燃料(HCHO)在酸性条件下失去电子发生氧化反应，正确。3. 镍氢电池(NiMH)正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2M=NiOOHMH。(1)放电时
8、负极反应为 ；(2)充电时阳极反应为 。(3)利用镍氢电池电解50 mL 1.00 molL1食盐水，电解一段时间后，收集到标准状况下的X2气体1.12 L(设电解后溶液体积不变)。则电解后溶液的pH_，阳极产生气体的体积在标准状况下是_L。【答案】(1)H22e2OH=2H2O(2)Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O(3)14 0.844、 【课后强化专练】1. 铝电池性能优越，AlAg2O2电池用于电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制备氢气(隔膜仅阻止气体通过，a、b均为惰性电极)。下列说法正确的是()AAg电极是正极，反应后该电极区溶液pH减小B原电池的总反应为：2Al3Ag2O22
9、NaOH=2NaAlO23Ag2OH2OCa电极上的电极反应为：CO(NH2)28OH6e=CON26H2OD每消耗2.7 g铝，理论上a、 b两极共产生气体3.36 L(标准状况)【答案】C2. 图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。图乙为电解氯化铜溶液的实验装置的一部分。下列说法中正确的是()Aa极要与Y极连接BN电极发生还原反应，当N电极消耗5.6 L(标准状况下)气体时，则a电极增重64 gC不论b为何种电极材料，b极的电极反应式一定为2Cl2e=Cl2D若有机废水中主要含有乙醛，则图甲中M极发生的电极反应为：CH3CHO3H2O10e=2
10、CO210H【答案】D【解析】由图甲分析得出M(或X)为负极，N(或Y)为正极，由图乙分析得出a为阴极，b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接，A项错误；N极的电极反应式为O24H4e=2H2O，a极的电极反应式为Cu22e=Cu，当N电极消耗5.6 L(标准状况下) 即0.25 mol O2时，a电极生成0.5 mol Cu，即32 g，B项错误；C.当b电极为惰性电极时，b极的电极反应式为2Cl2e=Cl2，但当b电极为活性电极时，则电极材料本身失电子，C项错误；图甲装置实质可以理解为酸性条件下的燃料电池，乙醛在M极失电子生成CO2，故配平电极反应式为CH3CHO3H2O10e=2CO210
11、H，D项正确。3. 用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl、Br、Na、Mg2)的装置如图所示(a、b为石墨电极)，下列说法正确的是()A电池工作时，正极反应式为O22H2O4e=4OHB电解时，电子流动路径是负极外电路阴极溶液阳极正极C试管中NaOH溶液用来吸收电解时产生的Cl2D当电池中消耗2.24 L(标准状况下)H2时，b极周围会产生0.02 mol气体【答案】C4. 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Cr2O的过程(将“Cr2O”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Fe2e=Fe2B装置中电子的流动路线是：C电极惰性电极金属
12、铁电极D电极C装置工作过程中消耗7.2 g Mg，理论上可消除0.1 mol Cr2OD将Cr2O处理后的废水比原工业废水的pH大【答案】B【解析】阳极上Fe失去电子，阳极的电极反应式为Fe2e=Fe2，A项正确；装置中电子从负极阴极，阳极正极，即电子从C电极惰性电极，金属铁电极D电极，B项错误；装置工作过程中消耗7.2 g Mg时转移0.6 mol电子，根据各电极上转移电子数目相等，结合阴极的电极反应式Cr2O6e14H=2Cr37H2O可知，理论上能消除0.1 mol Cr2O，C项正确；处理Cr2O时消耗废水中的H，即被处理后的废水中H浓度减小，pH增大，D项正确。5. 已知铅蓄电池放电
13、时的反应为 PbO22H2SO4Pb=2PbSO42H2O。某兴趣小组用铅蓄电池电解饱和食盐水的装置如下图所示，下列说法正确的是()A铅蓄电池A极应与U形管中a极连接Ba、b两极均可用金属铁作电极Ca电极用铁作电极，b电极用石墨作电极D实验结束后可将U形管、试管中的溶液倒入下水道【答案】A 6. 用电解法处理含硝酸根离子(NO)废水的原理如图所示。下列说法错误的是()A铅蓄电池的A极为正极，电极材料为PbO2B铅蓄电池放电时负极质量增加C该电解池的阴极反应为2NO12H10e=N26H2OD若电路中通过2 mol电子，则阳极室溶液质量减少32 g(忽略气体的溶解)【答案】D【解析】根据图示，电
14、解池的右侧区域硝酸根离子被还原为氮气，所以应为电解池的阴极，进而确定A、B电极分别是铅蓄电池的正、负极。A项正确，铅蓄电池的反应原理是PbPbO24H2SO2PbSO42H2O，A为正极，反应为PbO22e4HSO=PbSO42H2O；B项正确，负极反应为Pb2eSO=PbSO4，放电过程中固体电极质量增加；C项正确，阴极发生还原反应，硝酸根离子被还原为氮气；D项错误，阳极区溶液中，水电离的氢氧根离子放电2H2O4e=O24H，电路中每通过2 mol电子，则溶液质量损失16 g。7用惰性电极电解2 L 0.5 mol/L的硝酸银溶液，当在电路中通过0.1 mol电子后，调换正、负极，电路中又通
15、过了0.2 mol电子，此时溶液pH为(假设溶液体积不变)()A1B. 2C3D. 无法确定【答案】A8电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3胶体有吸附性，可吸附水中的污染物而沉积下来，具有净化水的作用，其原理如图所示。下列说法正确的是()A石墨电极上发生氧化反应B根据图示，物质A为CO2C甲烷燃料电池中CO向空气一极移动D为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇【答案】B【解析】甲烷发生氧化反应，所在电极为电源的负极，故石墨为阴极，发生还原反应，A项错误；甲烷在负极的反应为CH48e4CO=5CO22H2O
16、，A为CO2，B项正确；CO在工作过程中向负极移动，通入空气的一极为电源的正极，C项错误；乙醇为非电解质，不能增强水溶液的导电能力，D项错误。9(1)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图所示。Q、R均为催化剂，据图判断，负极反应的催化剂为_(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为_。(2)(2018福建高三模拟)过二硫酸钾(K2S2O8)可通过“电解转化提纯”方法制得，电解装置示意图如图所示。电解时，铁电极连接电源的_极。常温下，电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图所示。在阳极放电的离子主要是HSO，阳极区电解质溶液的pH范围为_，阳极的电极反应式为_。往电解产品中加入硫
17、酸钾，使其转化为过二硫酸钾粗产品，提纯粗产品的方法是_。【答案】(1)QN26H6e=2NH3(2)负022HSO2e=S2O2H重结晶10氮的重要化合物如氨(NH3)、氮氧化物(NxOx)、肼(N2H4)、三氟化氮(NF3)等，在生产、生活中具有重要作用。(1)利用反应NO2NH3N2H2O(未配平)消除NO2的简易装置如下图所示。电极b的电极反应式为_，消耗标准状况下4.48 L NH3时，被消除的NO2的物质的量为_mol。(2)在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如下图所示。a电极为电解池的_(填“阴”或“阳”)极，写出
18、该电极的电极反应式：_；电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是_。【答案】(1)2NO28e4H2O=8OHN20.15(2)阳NH3F6e=NF34HF211. 高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的水处理剂，高铁电池的研制正在进行中。如图甲是高铁电池的模拟实验装置：甲乙(1)该电池放电时正极的电极反应式为_；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn_ g。(已知F96 500 C/mol)(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_(填“左”或“右
19、”)移动。(3)图乙为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电过程曲线，由此可得出高铁电池的优点有_。【答案】(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2(2)右左(3)使用时间长、工作电压稳定12. 甲醇是一种重要的燃料，在电化学领域有着重要的用途。请回答下列问题：(1)一种新型的甲醇燃料手机电池，其持续供电时间长达320小时，电池总反应式为2CH3OH4NaOH3O2=2Na2CO36H2O。该电池的负极反应式为_。(2)甲醇空气燃料电池的工作原理如图甲所示(箭头表示物质的进入或排出)：甲电极为该燃料电池的_(选填“正极”或“负极”)。a、b、c、d四个进出口的物质分别为_、_、_、_(
20、填写化学式或结构简式)。用该电池作供电电源，用惰性电极电解足量的CuSO4溶液，若阴极增重19.2 g，则理论上消耗甲醇_g。电解后，溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。 图甲 图乙(3)尿素树脂生产过程中所排放的废水中往往含有甲醇，这种含甲醇的废水会对环境造成污染。向该废水中加入一定量的酸性CoSO4溶液，然后采用图乙所示装置进行电解即可除去甲醇，除甲醇的原理：电解产物Co3将废水中的甲醇氧化为CO2。阳极为_(选填“石墨”或“石墨”)。阳极反应式为_。请用离子方程式表示该法除甲醇的原理为_。排放该电解后的废水的铁质管道易被腐蚀，除与Co2发生置换反应外，还发生电化学腐蚀，发生还原
21、反应的电极反应式为_。【答案】(1)CH3OH8OH6e=CO6H2O(2)负极CO2CH3OHO2H2O3.2减小(3)石墨Co2e=Co36Co3CH3OHH2O=6Co2CO26H2H2e=H213. A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na、Ag、NO、SO、Cl，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：(1)M为电源的_极(填“正”或“负”)，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为_、_(填写
22、化学式)。(2)计算电极f上生成气体的物质的量为_mol。(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：_ 。【答案】(1)负 NaCl AgNO3(2)0.025(3)4AgNO32H2O4AgO24HNO314. 电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的Cr(VI)是主要污染物，可采用多种方法处理将其除去。查阅资料可知：在酸性环境下，Cr(VI)通常以Cr2O的形式存在，Cr2OH2O2CrO2HCr2O的氧化能力强于CrO常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：阳离子Fe3Fe2Cr3开始沉淀的pH1.97.04.3沉淀完全的pH3.29.05.6.腐蚀电池法(1)向酸性
23、含铬废水中投放废铁屑和焦炭，利用原电池原理还原Cr(VI)。下列关于焦炭的说法正确的是_(填字母序号)。a作原电池的正极b在反应中作还原剂c表面可能有气泡产生.电解还原法向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为电极电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如下图所示。(2)A极连接电源的_极，A极上的电极反应式是 _。(3)电解开始时，B极上主要发生的电极反应为2H2eH2，此外还有少量Cr2O在B极上直接放电，该反应的电极反应式为 _。(4)电解过程中，溶液的pH不同时，通电时间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如下图所示。由
24、图知，电解还原法应采取的最佳pH范围为_。a24 b46 c610解释曲线I和曲线IV去除率低的原因：_。【答案】(1)ac(2)正 Fe2e=Fe2(3)Cr2O6e14H=2Cr37H2O(4)b曲线的pH较小，此时Cr()被还原生成的Cr3难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3存在于溶液中，导致去除率较低；曲线的pH较大，铬元素主要以CrO存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr()难以被还原继而生成沉淀，导致去除率较低 (4)据图可知，当溶液的pH处于4 6时，Cr元素去除率较高，故答案为：b；根据题中所给阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，曲线的pH较小，此时Cr()被还原生成的Cr3难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3存在于溶液中，导致去除率较低，曲线IV的pH较大，铬元素主要以CrO存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr()难以被还原而生成沉淀，导致去除率较低，故答案为：曲线的pH较小，此时Cr()被还原生成的Cr3难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3存在于溶液中，导致去除率较低；曲线的pH较大，铬元素主要以CrO存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr()难以被还原继而生成沉淀，导致去除率较低。16