高二化学人教版选择性必修一课件第四章第二节第3课时电化学中多池串联及电化学的相关计算（拓展课）

第3课时　电化学中多池串联及电化学的相关计算(拓展课)目录(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 CuD.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 LD.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 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 　 。 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 　[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。 0.224130.640.112 [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 [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。 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。Ⅱ2.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　　 　　。  0.1 mol·L-10.1 mol·L-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　　　　。 13.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: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。  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。  63.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)。13.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。  41234567891011√12 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-1C.3 mol·L-1 D.4 mol·L-1 √1245678910111232.(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∶2C.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124567891011123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。√1245678910111233.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∶2D.从开始到Q点，装置中产生的气体中有0.1 mol氧气124567891011123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。√124567891011123 124567891011123 √1245678910111235.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124567891011123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。√1245678910111236.(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:124567891011123 124567891011123 124567891011123 √124567891012113 124567891012113 √1245678910111238.(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H2124567891011123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。√1245678910111239.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0.1NAB.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124567891011123 124567891011123√ 124567891011123 12456789101112311.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)2C.理论上，固体电解质中每迁移0.3 mol O2-，可以制得16.6 g Na2FeO4D.为提高Na2FeO4的产率，应使用阳离子交换膜√124567891011123 121245678910113二、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　 Ag-e-==Ag+121245678910113 121245678910113二、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+121245678910113二、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　1121245678910113