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2019届高考化学专题二十二《电解池的串联问题》精准培优专练(含答案)

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