資源簡介

題型整合練　突破電化學“多池”串聯(lián)裝置
題型一　外接電源的“多池”串聯(lián)裝置分析
1.利用太陽光分解水制氫是解決能源危機的理想方法之一。某學習小組設計了如圖所示循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)了光解水制氫。下列說法錯誤的是 (　　)
A.整個系統(tǒng)運行的能量最終都來自太陽能
B.若電解池A中生成4.48 L H2,則電解池B中生成0.4 mol Fe2+
C.電解池A中陽極反應式為2I--2e- I2
D.反應體系中I-和Fe3+可實現(xiàn)循環(huán)使用,僅需補充水
2.NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值。下圖電路中,電極6增重0.64 g時,下列敘述不正確的是 (　　)
A.電極2上析出的氣體在標準狀況下的體積為224 mL
B.電極3上產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物中含有的共用電子對數(shù)目為0.02NA
C.忽略離子的擴散,鹽橋中進入AgNO3溶液中N的數(shù)目為0.02NA
D.為使裝Na2SO4溶液的電解池恢復到電解前狀態(tài),需加入H2O的質量為0.18 g
3.利用如圖裝置可持續(xù)生產(chǎn)兩種消毒劑,其中甲池生產(chǎn)H2O2。a、d均為包裹催化劑的惰性電極,b、c為共用的Ni(OH)2、NiOOH電極,通過電極反應在甲、乙池間轉運某些離子。調節(jié)電源的電流,使b、c電極的凈組成不變。下列說法錯誤的是 (　　)
A.乙池生產(chǎn)的消毒劑是NaClO
B.生產(chǎn)過程中OH-從甲池轉運至乙池
C.b電極反應式:Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O
D.理論上甲、乙池生成的消毒劑的物質的量之比為2∶1
題型二　原電池與電解池串聯(lián)裝置分析
4.濃差電池指利用兩極電解質溶液中濃度不同引起的電勢差放電。實驗室利用濃差電池實現(xiàn)電解丙烯腈(CH2CHCN)合成己二腈[NC(CH2)4CN],裝置如圖所示(實驗前,隔膜兩側溶液均為200 mL,銅電極質量均為100 g)。
下列說法正確的是 (　　)
A.Cu(1)為負極,其電極反應為Cu-2e- Cu2+
B.隔膜為陰離子交換膜,C(2)為陰極
C.上述裝置理論上可制備0.6 mol己二腈
D.當電解停止時,Cu(1)與Cu(2)質量相差51.2 g
5.一種將燃料電池與電解池組合制備KMnO4的裝置如圖所示(電極甲、乙、丙、丁均為惰性電極)。該裝置工作時,下列說法不正確的是 (　　)
A.甲為正極,丙為陰極
B.丁極的電極反應為Mn
C.KOH溶液的溶質質量分數(shù):c%>a%>b%
D.標準狀況下,甲電極上每消耗22.4 L氣體時,理論上有4 mol K+移入陰極區(qū)
6.如圖所示,A、B、C、D均為石墨電極,E、F分別為短周期相鄰兩種活潑金屬元素對應的單質,且E能與NaOH溶液反應。按圖示接通電路,反應一段時間。
回答下列問題:
(1)甲池是　　(填“原電池”或“電解池”)裝置,電極A的名稱是　　　。
(2)C極為　　　　(填“陰極”或“陽極”),電極反應式為　　　　　　。
(3)燒杯中溶液會變藍的是　　(填“a”或“b”)。
(4)F極的名稱是　　　　　　,電極反應式為　　　　　　　　　。
(5)甲池中總反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　。
7.某研究性學習小組用下圖所示的裝置進行實驗,探究原電池、電解池和電解精煉鈷的工作原理。一段時間后裝置甲的兩極均有氣體產(chǎn)生,且X極處溶液逐漸變成紫紅色;停止實驗觀察到鐵電極明顯變細,電解液仍然澄清。查閱資料:高鐵酸根(Fe)在溶液中呈紫紅色。
回答下列問題:
(1)上述裝置中,發(fā)生氧化反應的電極有　　　　(填字母)。
A.X(Fe)　　B.Y(C)　　C.Co　　D.Cu
(2)丙池中的S　　　　(填“從左向右”“從右向左”或“不”)移動。
(3)反應過程中,X極處發(fā)生的電極反應為4OH--4e- O2↑+2H2O和　　　　　　　　　　　　　。
(4)一段時間后,若X極質量減小1.12 g,Y電極收集到2.24 L氣體,則在X極收集到的氣體為　　　　 mL(均已折算為標準狀況時氣體體積)。
(5)乙池是電解制備金屬鈷的裝置圖,電解一段時間后理論上Ⅰ室中n(H+)　　　(填“變大”“變小”或“不變”),該電解池總反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　。
(6)若撤掉裝置乙中的陽離子交換膜,石墨電極上產(chǎn)生的氣體除O2外,還可能有　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.B 2.B 3.D 4.D 5.C
1.B　整個系統(tǒng)運行的過程中,太陽能轉化為電能,電能轉化為化學能,能量最終來自太陽能,A正確;未給出氣體所處的狀況,無法計算,B錯誤;由題圖可知,電解池A中左側電極連接電源的負極,作陰極,電極反應式為2H++2e- H2↑,另一極為陽極,陽極反應式為2I--2e- I2,C正確;電解池B中,陰極反應式為Fe3++e- Fe2+,電解時I-和Fe3+分別反應生成I2和Fe2+,二者在光催化反應池中又轉化為I-和Fe3+,反應體系中I-和Fe3+能循環(huán)使用,整個過程實質為電解水生成H2和O2,僅需補充水,D正確。
2.B　圖解導引:
電極6增重,則表明電極6為陰極,b為負極,a為正極,從而得出電極1、3、5為陽極,電極2、4、6為陰極。電極6增重0.64 g,電極反應為Cu2++2e- Cu,轉移電子的物質的量為×2=0.02 mol。電極2為陰極,發(fā)生的電極反應為2H2O+2e- 2OH-+H2↑,轉移電子0.02 mol,則析出H2的物質的量為0.01 mol,在標準狀況下的體積為224 mL,A正確;電極3為陽極,電極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物為O2,物質的量為0.005 mol,含有的共用電子對數(shù)目為0.01NA,B錯誤;電極5為陽極,電極反應為Ag-e- Ag+,線路中通過電子0.02 mol時,生成Ag+0.02 mol,忽略離子的擴散,鹽橋中進入AgNO3溶液中的N數(shù)目為0.02NA,C正確;電解Na2SO4溶液的實質是電解水,由關系式H2O~2e-可知,轉移電子0.02 mol時,電解水的物質的量為0.01 mol,為使裝Na2SO4溶液的電解池恢復到電解前狀態(tài),需加入H2O的質量為0.18 g,D正確。
3.D　乙池中d電極連接電源的正極,d電極為陽極,d電極上Cl-放電生成Cl2,生成的Cl2再和c電極上產(chǎn)生的OH-反應生成ClO-,得到NaClO,A正確。a電極為陰極,b電極為陽極,OH-先遷移到b電極,參與電極反應:Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O;c電極為陰極,電極反應為NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,生成的OH-再遷移到乙池中,B、C正確。甲池中生成消毒劑的反應為O2+2e-+2H2O H2O2+2OH-,乙池中生成消毒劑的反應為2Cl--2e- Cl2↑、Cl2+2OH- Cl-+ClO-,故轉移2 mol電子時,理論上生成1 mol H2O2和1 mol NaClO,其物質的量之比為1∶1,D錯誤。
4.D　濃差電池中,Cu(2)為負極,電極反應式為Cu-2e- Cu2+,Cu(1)為正極,電極反應式為Cu2++2e- Cu,A錯誤;左側裝置為濃差電池,主要因為c(Cu2+)不同形成電勢差,隔膜是陰離子交換膜,C(2)與Cu(1)(正極)相連,C(2)為陽極,B錯誤;濃差電池中當CuSO4溶液濃度一致時,電池放電完全,此時隔膜兩側c(CuSO4)=3 mol·L-1,電路中轉移電子的物質的量是2 mol·L-1×0.2 L×2=0.8 mol,由電極反應2CH2CHCN+2H++2e- NC(CH2)4CN可知,可制備0.4 mol己二腈,C錯誤;電解停止時Cu(1)電極上析出0.4 mol Cu,Cu(2)電極上溶解0.4 mol Cu,故Cu(1)與Cu(2)質量相差0.8 mol×64 g·mol-1=51.2 g,D正確。
5.C　圖解導引:
分析裝置的特點,可知左側裝置是燃料電池,右側裝置是電解池;通入O2的電極甲是原電池的正極,與甲相連的丁電極是電解池的陽極,再結合題干知丁電極上的電極反應為Mn-e- Mn;丙是電解池的陰極,溶液中水電離出的H+在陰極被還原為H2,所以氣體X是H2,A、B正確;丙電極的電極反應為2H2O+2e- 2OH-+H2↑,甲電極的電極反應為O2+2H2O+4e- 4OH-,乙電極的電極反應為H2-2e-+2OH- 2H2O,根據(jù)溶液中離子的移動方向可知,c%>b%>a%,C錯誤;標準狀況下,甲電極上每消耗22.4 L(即1 mol)O2時,轉移4 mol電子,所以理論上有4 mol K+移入陰極區(qū),D正確。
方法點津
無外接電源電池類型的判斷方法
(1)直接判斷
非常直觀明顯的裝置,如燃料電池、鉛蓄電池和能自發(fā)進行氧化還原反應的裝置在電路中為原電池,則其他裝置為電解池。
(2)根據(jù)電極反應或反應現(xiàn)象判斷:在某些裝置中根據(jù)電極反應或反應現(xiàn)象可判斷電極類型,并由此判斷電池類型。如圖所示:
若C極溶解,D極上析出Cu,B極附近溶液變紅,A極上放出黃綠色氣體,則可知右池是原電池,D是正極,C是負極;左池是電解池,A是陽極,B是陰極,B、D極發(fā)生還原反應,A、C極發(fā)生氧化反應。
6.答案　(1)電解池　陽極
(2)陽極　2Cl--2e- Cl2↑
(3)a
(4)正極　2H2O+2e- H2↑+2OH-
(5)2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+
解析　E、F分別為短周期相鄰兩種活潑金屬元素對應的單質,且E能與NaOH溶液反應,則E為Al,F為Mg。
(1)Al、Mg為電極,NaOH溶液作電解液組成的原電池中,Al失去電子被氧化生成[Al(OH)4]-,則E(Al)電極為負極,F(Mg)電極為正極;根據(jù)電極的連接方式可知,電極A為陽極。
(2)D極連接Al電極(負極),作陰極,故電極C為陽極,Cl-在陽極上發(fā)生氧化反應生成Cl2,電極反應式為2Cl--2e- Cl2↑。
(3)電極C上Cl-發(fā)生氧化反應生成Cl2,Cl2通過導管進入淀粉-KI溶液,發(fā)生反應:2KI+Cl2 2KCl+I2,反應生成的I2遇淀粉溶液變藍,故a燒杯中溶液會變藍。
(4)F電極為原電池的正極,發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-。
(5)甲池中A、B電極材料均為石墨,是惰性電極,電解CuSO4溶液時,陰極上Cu2+放電生成Cu,陽極上水電離出的OH-放電生成O2,故電池總反應為2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。
7.答案　(1)A　(2)從右向左　(3)Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O　(4)448　(5)不變　2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl　(6)Cl2
解析　快速瀏覽裝置圖,判斷出裝置是原電池還是電解池。
丙裝置是原電池,Zn作負極,Cu作正極,甲裝置是電解池,乙裝置是電解精煉鈷的裝置,則甲池中X極作陽極,Y極作陰極,乙池中石墨作陽極,Co作陰極。
(1)原電池中負極、電解池中陽極發(fā)生氧化反應,則題述裝置中,發(fā)生氧化反應的電極有丙池中的Zn電極、甲池中的X電極、乙池中的石墨電極,符合題意的為A。
(2)丙池中的S(陰離子)向Zn電極(負極)方向移動,即從右向左移動。
(4)Y極產(chǎn)生的氣體為H2,n(H2)==0.1 mol,X極質量減小1.12 g,則消耗的n(Fe)==0.02 mol。根據(jù)得失電子守恒,X極上Fe放電轉移的電子數(shù)+OH-放電轉移的電子數(shù)=Y極上水電離出的H+放電轉移的電子數(shù),即4n(O2)+6n(Fe)=2n(H2),4n(O2)+6×0.02 mol=2×0.1 mol,n(O2)=0.02 mol,即標準狀況下V(O2)=0.02 mol×22.4 L/mol=0.448 L=448 mL。
(5)乙池中石墨作陽極,電極反應式為2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通過陽離子交換膜由Ⅰ室進入Ⅱ室,電解一段時間后理論上Ⅰ室中n(H+)不變;該電解池的陽極反應式為2H2O-4e- 4H++O2↑,陰極反應式為Co2++2e- Co,則總反應的離子方程式為2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+,化學方程式為2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl。
(6)若撤掉裝置乙中的陽離子交換膜,石墨電極上還會發(fā)生電極反應2Cl--2e- Cl2↑,所以石墨電極上產(chǎn)生的氣體除O2外,還可能有Cl2。
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