新高考化学一轮复习精品学案 第7章 第43讲　多池、多室的电化学装置（含解析）

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考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1．常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2．二次电池的充电
(1)可充电电池原理示意图
充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作“正接正，负接负”。
(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。
(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－
===Fe(OH)2，则充电时阴极的电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
3．电化学计算的三种方法
如以电路中通过4 ml e－为桥梁可构建以下关系式：
4e－～ SKIPIF 1 < 0 ～ SKIPIF 1 < 0
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置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．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
答案 C
解析 该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 ml，转移电子的物质的量为0.4 ml，产生0.2 ml Cu，质量为12.8 g，D错误。
2．铅酸蓄电池是典型的可充电电池，正、负极是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O，回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时，正极的电极反应式是__________________。电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1 ml电子时，理论上负极板的质量增加________ g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成________，此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将________(填“不变”或“对换”)。
答案 (1)PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O 小 48 (2)Pb PbO2 对换
解析 (1)根据总反应式可知放电时，正极PbO2得到电子，电极反应式是PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，负极电极反应式是Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；由反应式知放电时消耗H2SO4，则H2SO4浓度变小；当外电路通过1 ml电子时，理论上负极板的质量增加0.5 ml×96 g·ml－1＝48 g。(2)若按题图连接，B为阳极，失去电子发生氧化反应，A为阴极，得到电子发生还原反应，B电极上发生的反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)，A电极发生的反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)，所以A电极上生成Pb，B电极上生成PbO2，此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将对换。
3．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X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)常温下，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)。
答案 (1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 ml·L－1 (4)13
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生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知X是电源负极。
(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＋在阴极不断析出，AgNO3溶液浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 ml Ag，电路中通过0.02 ml电子；B中共收集0.01 ml气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 ml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 ml，电解H2O时生成O2的物质的量为y ml，则4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 ml＝0.005 ml，c(CuSO4)＝eq \f(0.005 ml,0.2 L)＝0.025 ml·L－1。
(4)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 ml H2，溶液中生成0.02 ml KOH，c(OH－)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，pH＝13。
考点二 多室装置的分析
为实现特定功能需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池分隔成两个或多个相对独立的室。
1．离子交换膜的分类和应用
2．分析某室质量变化的关键
分析某室质量的变化，既要考虑该区(或该电极)的化学反应，又要考虑通过“交换膜”的离子带来的质量变化。
1．钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B．充电时，光照可促进电子的转移
C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)
D．放电时，若负极室有2 ml阴离子发生反应，则电路中转移2 ml电子
答案 D
解析 由图中信息知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，Na＋由M极移向N极，A正确；根据题图：TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，光可以促进I－在TiO2光电极上转移电子，B正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，根据图示，阳极电极反应式为3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)，C正确；充电时Na2S4被还原为Na2S，电极反应式为Seq \\al(2－,4)＋6e－===4S2－，则放电时负极反应式为4S2－－6e－===Seq \\al(2－,4)，由此可知若负极室有2 ml阴离子发生反应，则电路中转移3 ml电子，D错误。
2．我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极电势：Zn/ZnO电极