1、培优点二十二 电解池的串联问题典例 1如下图所示，其中甲池的总反应式为 2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是（ ）A甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置B甲池通入 CH3OH 的电极反应式为 CH3OH6e +2H2O=CO +8H+23C反应一段时间后，向乙池中加入一定量 Cu(OH)2固体能使 CuSO4溶液恢复原浓度D甲池中消耗 280 mL(标准状况)O 2，此时丙池中理论上最多产生 1.45 g 固体【解析】甲池为原电池，作为电源，电解乙池丙池两个电解池，A 错误；通入 CH3OH 的一极为负极，负极反应：CH 3OH6e
2、 +8OH =CO +6H2O，B 错误；应加入 CuO 或 CuCO3，C 错误；丙池中发生反应：23MgCl2+2H2O Mg(OH)2+Cl 2+H 2，消耗 0.0125mol O2，转移 0.05mol 电子，生成= = = = =电 解 0.025mol Mg(OH)2，其质量为 1.45g，D 正确。【答案】D典例 2下图装置闭合电键 K 时，电流计 A 的指针将发生偏转。试回答：（1）丙池是_(填“原电池”或“电解池”)，甲中 a 电极的名称是_(填“正极”或“负极”)，丙中 c 电极的名称是_(填“阳极”或“阴极”)。（2）乙中 Cu 极的电极反应是_，若电路中有 0.02
3、mol 电子通过，则甲中 a 电极溶解的质量为_g。（3）闭合电键 K 一段时间后，丙池中生成两种气体和一种碱，则丙池中发生的总化学方程式是一电解池的串联问题_（4）如果要给丙中铁片上镀上一层 Cu，则丙池应作何改进：_。【解析】 （1）甲、乙构成原电池，则丙为电解池，由电子流向可知，锌作负极，即 a 为负极，c 连接b，b 为正极，故 c 为阳极。 （2）Cu 作正极，电极反应式为 Cu2+2e =Cu，a 极上发生反应Zn2e =Zn2+，转移 0.02mol 电子，消耗锌的质量为 0.01mol65gmol10.65g。 （3）闭合 K，丙池电解饱和食盐水：2NaCl+2H 2O 2Na
4、OH+H2+Cl 2。 （4）电镀：待镀金属作阴极，电解质溶液= = = = =通 电 含镀层离子，镀层金属作阳极，故应将“C”换成“Cu” 、 “NaCl 溶液”换成“CuSO 4溶液” 。【答案】 （1）电解池 阳极 负极（2）Cu 2+2e =Cu 0.65（3）2NaCl+2H 2O 2NaOH+H2+Cl 2= = = = =通 电 （4）将“C”换成“Cu” 、 “NaCl 溶液”换成“CuSO 4溶液”1某同学按下图所示的装置进行实验。A、B 为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当 K 闭合时，SO 从右向左通过交换膜移向 A 极。下列分析正确的是（ ）24A溶液中 c(A2+
5、)减小BB 极的电极反应：B2e =B2+CY 电极上有 H2产生，发生还原反应D反应初期，X 电极周围出现白色胶状沉淀【解析】根据 SO 从右向左通过交换膜移向 A 极，则 A 极为负极，故 A 极的电极反应为24A2e =A2+，溶液中 c(A2+)增大；B 极为正极，发生还原反应；Y 电极为阳极，有 Cl2产生；右边 U 形管中最初为电解 AlCl3溶液，X 电极为 H+放电， c(H+)减小， c(OH )增大，且 Al3+移向 X 极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D 正确。【答案】D二对点增分集训2如下图所示，甲池的总反应式为 N2H4+O2=N2+2H2O，下列关于该电池
6、工作时的说法正确的是（ ）A该装置工作时，Ag 电极上有气体生成B甲池和乙池中的溶液的 pH 均减小C甲池中负极反应为 N2H44e =N2+4H+D当甲池中消耗 0.1mol N2H4时，乙池中理沦上最多产生 6.4g 固体【解析】甲池作原电池，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为 N2H44e +4OH=N2+4H2O，正极反应为 O2+4e +2H2O=4OH 。乙池为电解池，银极为阴极，石墨为阳极，阴极反应为Cu2+2e =Cu，阳极反应为 4OH 4e =2H2O+O2。由以上分析可知，A、C 错误；甲池生成水，导致溶液中 KOH 浓度降低，则溶液 pH 减小，乙池中
7、氢氧根离子放电，导致溶液 pH 减小，B 正确；甲池消耗0.1mol N2H4时，转移 0.4mol 电子，乙池生成 0.2mol 铜，即 12.8g 固体，D 错误。【答案】B3图 1 为甲烷和 O2构成的燃料电池示意图，电解质为 KOH 溶液，图 2 为电解 AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到 x 电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是（ ）A图 1 中电解质溶液的 pH 增大B图 2 中电解 AlCl3溶液的总反应为 2Cl +2H2O Cl2+H 2+2OH = = = = =通 电 CA 处通入的气体为 CH4，电极反应式为 CH4+10OH
8、8e =CO +7H2O23D电解池中 Cl 向 x 极移动【解析】甲烷和 O2构成的燃料电池为原电池，甲烷在负极发生氧化反应，由于观察到 x 电极附近出现白色沉淀说明产生氢氧化铝沉淀，x 电极为电解池的阴极，a 为原电池的负极，甲烷失电子，被氧化，C 正确；电解 AlCl3溶液应生成氢氧化铝沉淀，B 错误；图 1 中甲烷的燃料电池不断消耗碱，溶液的 pH 减小，A 错误；电解池中 Cl 向阳极移动，x 极为阴极，D 错误。【答案】C4下图所示的 A、B 两个电解池中的电极均为铂，在 A 池中加入 0.05molL1的 CuCl2溶液，B 池中加入 0.1molL1的 AgNO3溶液，进行电解
9、。a、b、c、d 四个电极上析出的物质的物质的量之比是（ ）A2241 B1121C2111 D2121【解析】由电解规律可知：a、c 为阴极，b、d 为阳极。a 极上析出 Cu，b 极上析出 Cl2，c 极上析出Ag，d 极上析出 O2。由电子守恒可得出：2e CuCl 22Ag O2，所以 a、b、c、d 四个电极上析出物质12的物质的量之比为 112 2241。12【答案】A5以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如下图所示。下列说法正确的是（ ）A燃料电池工作时，正极反应为 O2+2H2O+4e =4OHBa 极是铜，b 极是铁时，溶液中 CuSO4浓度减小Ca、b 两极若是石墨，在同
10、温同压下 a 极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为72Da 极是纯铜，b 极是粗铜时，a 极上有铜析出，b 极逐渐溶解，两极质量变化相同【解析】根据图示知乙烷燃料电池中左侧电极为电源的正极，右侧电极为电源的负极，a 为电解池的阴极，b 为电解池的阳极。该燃料电池工作时，负极产物为 CO2，说明电解质溶液呈酸性，正极反应为O2+4H+4e =2H2O，A 错误； a 极是铜，b 极是铁时，电解总反应为 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，溶液中硫酸铜浓度减小，B 正确；a、b 两极若是石墨，a 极反应式为 Cu2+2e =Cu，当硫酸铜溶液足量时没有气体产生，C 错误；a 极是纯铜，b 极是
11、粗铜时，为铜的电解精炼，a 极上有铜析出，b 极逐渐溶解，但溶解的不只是铜，两极质量变化不相同，D 错误。【答案】A6如图所示的装置，X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在 Fe 极附近显红色。试回答下列问题：（1）在电源中，B 电极为_极(填电极名称，下同)；丙装置中 Y 电极为_极。（2）在甲装置中，石墨(C)电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应；甲装置中总的化学方程式是_。（3）丙装置在通电一段时间后，X 电极上发生的电极反应式是_。（4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了 0.64 g，请问甲装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为_L。【解析】 （1）由于电源接
12、通后，向甲中滴入酚酞溶液，在 Fe 极附近显红色，说明在 Fe 电极附近的水溶液显碱性。则在该电极上是 H+放电，所以 Fe 为阴极，与直流电源的负极相连。因此在电源中，B 电极为负极，A 电极为正极。在丙装置中 Y 电极为阴极。 （2）在甲装置中，石墨(C)电极为电解池的阳极，在阳极上发生氧化反应。由于在 NaCl 溶液中放电能力 Cl OH ，所以在 C 电极上发生氧化反应：2Cl 2e =Cl2。甲装置中总的化学方程式是 2NaCl+2H2O Cl2+H 2+2NaOH。 （3）丙= = = = =电 解 装置在通电一段时间后，阳极 X 电极上发生的电极反应式是 2Cl 2e =Cl2。
13、 （4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了 0.64 g， n(Cu)0.01mol。则 n(e )0.02mol。由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为 0.01mol，在标准状况下为 0.224L。【答案】 （1）负 阴（2）氧化 2NaCl+2H 2O 2NaOH+H2+Cl 2= = = = =电 解 （3）2Cl 2e =Cl2 （4）0.2247如下图所示，通电 5min 后，电极 5 的质量增加 2.16g，请回答下列问题：（1）电源：a 是_极，C 槽是_池。A 槽的阴、阳极电极反应：_。C 槽的阴、阳极电极反应：_。（2）如果 B 槽中共收集到 224
14、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_。（3）室温下如果 A 槽溶液是 200 mL 足量的食盐水(电解过程中溶液体积不变)，则通电后溶液的 pH为_。【解析】 （2）电极 5 发生的电极反应，Ag +e =Ag， n(Ag) 0.02mol，可知电路上2.16 g108 gmol 1通过 0.02mol 电子。B 槽电极 4 产生 O2， n(O2) 0.005mol，则 B 槽电极 3 产生的 H2为0.02 mol40.005mol0.005mol，由于 2H+2e =H2，所以 Cu2+得到电子物质的量为
15、 0.01mol，0.224 L22.4 Lmol 1所以 n(Cu2+)0.005mol， c(Cu2+) 0.025molL 1。 （3）A 中 c(OH )0.005 mol0.200 L 0.100molL 1，故 pH13。0.02 mol0.200 L【答案】 （1）负 电镀 阴极：2H +2e =H2；阳极：2Cl 2e =Cl2 阴极：Ag +e =Ag；阳极：Age =Ag+（2）0.025molL 1 （3）138某研究性学习小组将下列装置如图连接，D、F、X、Y 都是铂电极，C、E 是铁电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在 F 极附近显红色。试回答下列问题：（1）电
16、源 B 端的名称是_(填“正极”或“负极”)。（2）甲装置中电解反应的总化学方程式是_。（3）设电解质溶液过量，则同一时间内 C、D 电极上参加反应的单质与生成的单质的物质的量之比是_。（4）欲用丙装置将粗铜(含少量铁、锌等杂质)精炼，G 极材料应该是_(填“粗铜”或“精铜”)，电解液中原电解质的物质的量浓度将_(填“变大” 、 “变小”或“不变”)。（5）丁装置的现象是_。（6）设装置甲中溶液的体积在电解前后都是 500mL，当装置乙中 F 极所产生气体的体积为 4.48L(标准状况)时，甲池中所生成物质的物质的量浓度为_ molL 1。【解析】 （1）电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在 F
17、 极附近显红色，说明是氢离子放电，溶液呈碱性，F 极为阴极，也就是说 B 为负极。 （2）铁为阳极，失去电子，溶液中的铜离子得到电子，则总反应式：CuSO4+Fe Cu+FeSO4。 （3）由（2）可知铁、铜的物质的量相同。 （4）粗铜的精炼，电解质= = = = =电 解 溶液为 CuSO4溶液，阳极 G 应该为粗铜，由于其中一些杂质金属放电，导致溶液中的铜离子的浓度减小。（6）由关系式 H2FeSO 4可知装置甲中所生成的 FeSO4的物质的量浓度为 0.4molL1。【答案】 （1）负极 （2）CuSO 4+Fe Cu+FeSO4= = = = =电 解 （3）11 （4）粗铜 变小 （
18、5）Y 极附近红褐色变深 （6）0.49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沉淀。Fe(OH) 3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如下图所示：请回答下列问题：（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此 时，应向污水中加入适量的_。aH 2SO4 bBaSO 4 cNa 2SO4 dNaOH（2）电解池阳极的电极反应分别
19、是_；4OH 4e =2H2O+O2。（3）电极反应和的生成物反应得到 Fe(OH)3沉淀的离子方程式是_。（4）该熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以 CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。已知负极的电极反应是 CH4+4CO 8e =5CO2+2H2O。正极的电极反应是_。23为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分 A物质参加循环。则 A 物质的化学式是_。（5）实验过程中，若在阴极产生了 44.8 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗 CH4(标准状况)_L。【解析】 （1）保持污水的 pH 在 5.06.0 之间，通过电解
20、生成 Fe(OH)3沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水、显中性的盐，答案选 c。 （2）活泼金属电极作电解池的阳极时，电极本身放电，所以阳极的电极反应为 Fe2e =Fe2+。 （3）Fe 2+具有还原性，能被氧气氧化为 Fe3+，则反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是 4Fe2+10H2O+O2=4Fe(OH)3+8H +。 （4）燃料电池中，正极反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质是熔融碳酸盐，所以正极的电极反应为 O2+2CO2+4e =2CO 或232O2+4CO2+8e =4CO ；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳，所以 A 物23质的化学式为 CO2。 （5）阴极的电极反应为 2H+2e =H2，阴极产生了 44.8L(标准状况)即 2mol 的氢气，所以转移电子的物质的量为 4mol，根据电池的负极电极反应是 CH4+4CO 8e =5CO2+2H2O，当转移234mol 电子时，消耗 CH4(标准状况)的体积 V nVm0.5 mol22.4Lmol 111.2L。【答案】 （1）c （2）Fe2e =Fe2+（3）4Fe 2+10H2O+O2=4Fe(OH)3+8H +（4）O 2+2CO2+4e =2CO (或 2O2+4CO2+8e =4CO ) CO 2 23 23（5）11.2