2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第六章化学反应与能量微专题强化突破12　电化学串联装置的两大模型

电化学串联装置的两大模型

1．两类串联装置的特点

2.“串联”类电池的解题流程

1．根据下图装置，下列说法不正确的是(　　)

A．此装置用于电镀铜时，电解一段时间，硫酸铜溶液的浓度不变

B．若a为纯铜，b为粗铜，该装置可用于粗铜的电解精炼

C．燃料电池中正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．电子经导线流入b电极

解析：选B。氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，则b是阴极、a是阳极。A项，此装置用于电镀铜时，阳极溶解的金属铜等于阴极析出的金属铜，所以电解质溶液的浓度不变，正确；B项，电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，即a为粗铜，b为纯铜，错误；C项，该燃料电池中，正极上氧气得电子被还原生成氢氧根离子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正确；D项，电子从负极沿导线流向b电极、从a电极沿导线流向正极，正确。

2．下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是(　　)

解析：选B。A项，当X为MgSO4时，b极上生成H2，电极质量不增加，错误；C项，X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，b、d极上均产生气体，错误；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，其中d极质量大于b极质量，错误。

3．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　)

A．X极是电源负极，Y极是电源正极

B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑

C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大

D．Pt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体

解析：选B。a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，判断b极是阴极，Y为电源负极，X为电源正极，故A错误；a极是氯离子失电子发生的氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH逐渐减小，故C、D错误。

4．某同学组装了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．电流方向：电极Ⅳ→○A →电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu

解析：选A。当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A．电子移动方向：电极Ⅰ→○A →电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，A正确。B．原电池负极在工作中失去电子，被氧化，发生氧化反应，B错误。C．原电池正极得电子，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误。D．电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。

5．如图所示，X、Y、Q、W都是惰性电极，将电源接通后，W 极附近颜色逐渐加深。下列说法中不正确的是(　　)

A．电源的M极为正极

B．甲装置中溶液的pH减小

C．甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为1∶1

D．欲用乙装置给铜镀银，U极应该是Ag，电镀液选择AgNO3溶液

解析：选C。W极附近颜色逐渐加深，说明通电时氢氧化铁胶粒移向该电极，该极为阴极，即W连接电源的负极，则M为正极，N为负极，A正确；通电时，甲装置中X为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Y为阴极，电极反应为2Cu2＋＋4e－===2Cu，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，甲装置中溶液的pH减小，B正确；n(O2)∶n(Cu)＝1∶2，C错误；电镀时镀层金属作阳极，即U极应该是Ag，电镀液为AgNO3溶液，D正确。

6．如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu 时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL 且电解前后溶液体积变化忽略不计)(　　)

A．13、7、1　　 B．12、7、2

C．1、7、13 D．7、13、1

解析：选A。n(Cu)＝0.32 g÷64 g/mol＝0.005 mol，由电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu可知转移电子为0.01 mol，电解时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中电池反应方程式分别为2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑、2H2O2H2↑＋O2↑； 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 。Ⅰ中生成0.01 mol OH－ ，c(OH－)＝0.01 mol÷0.1 L＝0.1 mol/L，pH＝13；Ⅱ中电解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH＝7；Ⅲ中生成0.01 mol H＋ ，c(H＋ )＝0.01 mol÷0.1 L＝0.1 mol/L，pH＝1，故选项A正确。

一、选择题

1．如图用氢氧燃料电池电解硫酸钠溶液(均为惰性电极)，下列说法正确的是(　　)

解析：选C。甲池中a电极为负极，b电极为正极，乙池中c电极是阳极，d电极是阴极，而放电过程中会产生水，氢氧化钾的浓度降低，故A错误。甲池中氢氧根离子移向a电极，乙池中氢氧根离子移向c电极，故B错误。a电极消耗2.24 L的氢气转移0.2 mol电子，则c电极生成0.05 mol 氧气，即1.12 L(标准状况)，故C正确。a电极是氢气失电子但是为碱性环境，故书写错误，d电极应该进行的是还原反应，故D错误。

2．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，Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是(　　)

A．溶液中c(A2＋)减小

B．B极的电极反应：B－2e－===B2＋

C．Y电极上有Cl2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：选D。根据Y极有黄绿色气体生成，Y极电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应，即Y为电解池的阳极，B为原电池的正极，A为原电池的负极，故A极的电极反应为A－2e－===A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A、C错误；B极为正极，发生还原反应，B错误；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。

3．铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断正确的是(　　)

A．K闭合时，d电极的电极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO

B．当电路中通过0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2 mol

C．K闭合时，Ⅱ中SO向c电极迁移

D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为负极

解析：选B。根据图示，K闭合时，Ⅰ为原电池，a为正极，b为负极；Ⅱ为电解池，c为阴极，d为阳极。d发生氧化反应：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO，A项错误；根据铅蓄电池的总反应知，电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗0.2 mol H2SO4，B项正确；K闭合时，Ⅱ中SO向阳极(d极)迁移，C项错误；K闭合一段时间后，c电极析出Pb，d电极析出PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，此时可以形成铅蓄电池，d电极作正极，D项错误。

4．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，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．为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇

C．根据图示，物质A为CO2

D．甲烷燃料电池中CO向空气一极移动

解析：选C。A项，甲烷燃料电池中，通入甲烷的电极是负极，与负极相连的石墨电极是阴极，阴极得电子发生还原反应，错误；B项，乙醇是非电解质，不能增强污水的导电能力，错误；C项，根据图示，甲烷燃料电池中用熔融碳酸盐作电解质，所以正极反应为2CO2＋O2＋4e－===2CO，物质A为CO2，正确；D项，在燃料电池中，阴离子移向负极，所以CO向甲烷一极移动，错误。

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．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区

B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

C．通入氧气的一极为负极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变

解析：选A。甲装置为甲醚燃料电池，通入氧气的一极发生还原反应，为电池的正极，通入甲醚的一极为电池的负极；乙装置为电解饱和氯化钠的装置，Fe电极为阴极，C电极为阳极，丙装置为电解精炼铜的装置，粗铜为阳极，纯铜为阴极。A项，乙装置中铁电极反应2H＋＋2e－===H2↑，所以反应一段时间后，装置中生成的氢氧化钠在铁极区，正确；B项，乙装置中铁电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，错误；C项，通入氧气的一极发生还原反应，为原电池的正极，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，丙装置中，粗铜极除了铜发生氧化反应外，活动性在铜前面的金属也要反应，但是在纯铜极，除铜离子被还原外，没有其他离子能被还原，根据得失电子相等，可知硫酸铜溶液浓度减小，错误。

6．假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是(　　)

A．当K闭合时，A装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源

B．当K断开时，B装置锌片溶解，有氢气产生

C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为①→⑧；⑦→⑥；⑤→④；③→②

D．当K闭合后，A、B装置中pH变大，C、D装置中pH不变

解析：选A。当K闭合时，B装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为①→⑧；⑦→⑥；⑤→④；③→②；B装置中消耗H＋，pH变大，A装置中相当于电解饱和食盐水，pH变大；C装置中相当于在银上镀铜，pH不变；D装置中相当于铜的电解精炼，pH不变。

二、非选择题

7．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。

(1)电源中X电极为直流电源的________极。

(2)pH变化：A：________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。

(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。

(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。

解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4、K2SO4溶液，生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。

答案：(1)负　(2)增大　减小　不变　(3)0.025 mol·L－1　(4)13