高考化学一轮复习 培优计划 第六章 化学反应与能量 一 深化点——串联电池与膜电池常考题型面面观练习.doc

一、深化点串联电池与膜电池常考题型面面观串联电化学组合装置原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙处理数据的能力。1串联装置图比较图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池(即电源)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，可知左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，电路中通过的电子数相等。2“串联”类电池的解题流程3多池串联装置中电池类型的判断(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图中，a为原电池，b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为金属电极另一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。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。如图中，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，如下图。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。4串联装置中的数据处理原电池和电解池综合装置有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各支路电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。上图中，装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则zn极溶解6.5 g，cu极上析出h2 2.24 l(标准状况)，pt极上析出cl2 0.1 mol，c极上析出cu 6.4 g。甲池中h被还原，产生h2，负极zn被氧化生成znso4溶液，ph变大；乙池中是电解cucl2溶液，由于cu2浓度的减小使溶液ph微弱增大，电解后再加入适量cucl2固体可使溶液复原。示例1某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为al，其他均为cu，则()a电流方向：电极 电极b电极发生还原反应c电极逐渐溶解d电极的电极反应：cu22e=cu分析带盐桥的装置、构成原电池，为负极，为正极，装置为电解池。a项，电子移动方向：电极电极，电流方向与电子移动方向相反，正确；b项，原电池负极在工作中发生氧化反应，错误；c项，原电池正极上发生还原反应，cu2在电极上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；d项，电解池中阳极为活性电极时，电极本身被氧化，生成的离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为cu2e=cu2，错误。答案a“离子交换膜”在电化学中的应用离子交换膜是一种含离子基团的对溶液里的离子具有选择性透过能力的高分子膜，主要依据其离子选择性透过，根据透过的微粒不同分为阳离子交换膜(允许阳离子透过)、阴离子交换膜(允许阴离子透过)和质子交换膜(允许h透过)。离子交换膜在电化学中的应用如下。角度一平衡左、右两侧电荷，得到稳定电流示例2铜、锌原电池装置如下图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。分析甲池中的电极反应式：zn2e=zn2，导致甲池中c(zn2)增大，乙池中的电极反应：cu22e=cu，乙池中c(cu2)减小，而该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和分子通过，故要得到稳定的电流，甲池中的zn2通过离子交换膜进入乙池，保持溶液中的电荷平衡，而阴离子并不通过交换膜，所以c(so)保持不变。角度二阻隔某些离子或分子，防止某些副反应的发生示例3氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制cl2、h2、naoh和氯的含氧酸盐等系列化工产品，下图是离子交换膜电解食盐水的示意图，图中离子交换膜只允许阳离子通过，而h2、cl2分子、阴离子不能通过。分析阳极区的电极反应式：2cl2e=cl2，阴极区的电极反应式：2h2o2e=h22oh，导致阴极区c(oh)增大，如果没有阳离子交换膜，na向阴极移动而oh向阳极移动，使得oh与阳极生成的cl2发生反应：cl22oh=clcloh2o，从而降低cl2与naoh的产量并使烧碱不纯。另外阳极产生的cl2与阴极产生的h2混合还可能发生爆炸。为了解决这些问题，工业上常选用阳离子交换膜，把电解槽隔成了阳极室和阴极室，这种阳离子交换膜只允许溶液中的na和h通过，而两边的阴离子、h2和cl2分子不能通过，故可避免副反应的发生。角度三确定电极，制备某些特定产品示例4用naoh溶液吸收烟气中的so2，将所得的na2so3溶液进行电解，可循环再生naoh，同时得到h2so4，其原理如下图所示：分析图中离子移动的方向是na(阳离子)穿过阳离子交换膜向甲池移动，甲池为阴极室，a为阴极；so(阴离子)穿过阴离子交换膜向乙池移动，乙池为阳极室，b为阳极，甲池中阴极电极反应式：2h2o2e=h22oh，导致阴极区域c(oh)增大，放置阳离子交换膜可让na向阴极定向移动，从而产生高浓度的naoh溶液。乙池中阳极电极反应式：so2eh2o=so2h，阳极室中阴离子交换膜可使so移向阳极，而发生上述反应，故在阳极区产生高浓度的硫酸。因此，通过放置这两个离子交换膜实现特定离子移向需要的一极，从而实现特定物质的制备。角度四除去污水中的离子，资源再利用示例5三室式电渗析法处理含na2so4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的na和so可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。分析(1)阴极区电极反应式：2h2o2e=h22oh，阴极区域c(oh)增大，要维持阴极区的电荷平衡，则两膜中间的na穿过ab膜进入阴极区与oh结合生成naoh，故ab膜为阳离子交换膜，同时得到副产品naoh。(2)阳极区电极反应式：2h2o4e=o24h，阳极区域c(h)增大，要维持阳极区的电荷平衡，则两膜中间的so穿过cd膜进入阳极区，与h结合生成h2so4，故cd膜为阴离子交换膜，同时得到副产品h2so4。(3)由于电解过程中两膜中间污水中的na和so分别穿过交换膜向阴极区和阳极区移动，使得污水中na、so的浓度减小，从而达到污水处理的目的。专项增分集训 1(2018郴州一模)乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 左右时供电，电池总反应为c2h5oh3o2=2co23h2o，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是()a电池工作时，质子向电池的负极迁移b电池工作时，电子由b极沿导线流向a极ca极上发生的电极反应是c2h5oh3h2o12e=2co212hdb极上发生的电极反应是4ho24e=2h2o解析：选d原电池中，阳离子向正极移动，所以质子向电池的正极迁移，故a错误；电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，在该电池中由a极沿导线流向b极，故b错误；a极上是乙醇失电子发生氧化反应，乙醇被氧化生成co2和h，电极反应式为c2h5oh3h2o12e=2co212h，故c错误；b极氧气得到电子被还原，电极反应式为4ho24e=2h2o，故d正确。2采用电化学法还原co2是一种使co2资源化的方法。如图是利用此法制备znc2o4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是()azn与电源的负极相连bznc2o4在交换膜右侧生成c电解的总反应为2co2znznc2o4d通入11.2 l co2时，转移0.5 mol电子解析：选c电解过程中zn被氧化，作阳极，所以zn与电源的正极相连，a错误；zn2透过阳离子交换膜到达左侧与生成的c2o形成znc2o4，b错误；电解的总反应为2co2znznc2o4，c正确；没有给出气体所处的温度和压强，d错误。3(2018武汉部分学校调研)如图所示，甲池的总反应式为2ch3oh3o24koh=2k2co36h2o。下列说法正确的是()a甲池通入ch3oh的电极反应式为ch3oh6e2h2o=co8hb反应一段时间后，向乙池中加入一定量cu(oh)2固体，能使cuso4溶液恢复到原浓度c甲池中消耗224 ml(标准状况)o2，此时丙池中理论上产生1.16 g固体d若将乙池电解质溶液换成agno3溶液，则可以实现在石墨棒上镀银解析：选c甲池通入ch3oh的电极发生氧化反应：ch3oh6e8oh=co6h2o，a项错误；乙池中石墨作阳极，ag作阴极，电解总反应为2cuso42h2o2cuo22h2so4，由于cuso4溶液过量，溶液中减少的是“2cuo2”，因此加入cuo或cuco3能使原溶液恢复到原浓度，b项错误；丙池中的总反应为mgcl22h2omg(oh)2h2cl2，根据各电极上转移电子数相同，可得关系式：o24e2mg(oh)2，丙池中产生mg(oh)2固体的质量为258 gmol11.16 g，c项正确；石墨棒作阳极，ag作阴极，只能在银极上镀银，d项错误。4一种三室微生物电池污水处理系统原理如下图所示，图中有机废水中有机物可用c6h10o5表示。下列有关说法正确的是()a该装置为原电池，b是原电池的负极b中间室：na移向右室，cl移向左室，a极区溶液的ph减小cb极反应式为2no10e12h=n26h2od当左室有4.48 l co2(标准状况下)生成时，右室产生n2的物质的量为0.8 mol解析：选b根据图示信息，装置左侧碳元素化合价升高，所以a为负极，b为正极，a错误；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，a极反应式为c6h10o524e7h2o=6co224h，ph减小，b正确；b极反应式为2no10e12h=n26h2o，c错误；当左室有4.48 l co2(标准状况下)生成时，转移0.8 mol e，根据得失电子守恒，右室产生n2的物质的量为 mol0.08 mol，d错误。5(2018大连重点中学考试)已知h2o2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以ho形式存在。现以alh2o2燃料电池电解尿素co(nh2)2的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是()a燃料电池的总反应为2al3ho=2alo2h2ob电解时，al消耗2.7 g，则产生氮气的体积为1.12 lc电极b是负极，且反应后该电极区ph增大d电解过程中，电子的流向：ad，cb解析：选dalh2o2燃料电池的总反应为2al3ho=2aloohh2o，a项错误；alalo、co(nh2)2n2，根据各电极上转移电子数相等知，每消耗0.1 mol al，转移0.3 mol电子，生成0.05 mol n2，在标准状况下氮气的体积为1.12 l，但b项未指明标准状况，b项错误；根据电解池中c极上发生氧化反应生成n2知，c极为阳极，故d极为阴极，a极为负极，b极为正极，正极的电极反应式为hoh2o2e=3oh，反应后b极区溶液的ph增大，c项错误；a极为负极，b极为正极，c极为阳极，d极为阴极，故电解过程中电子的流向为ad，cb，d项正确。6(2018福州质检)某科研小组研究采用bmed膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。bmed膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成h和oh。下列说法错误的是()a电极a连接电源的正极bb为阳离子交换膜c电解质溶液采用na2so4溶液可避免有害气体的产生d口排出的是淡水解析：选b根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，a正确；水在双极膜内解离后，产生的氢离子吸引浓海水中的阴离子透过b膜到左侧形成酸，b为阴离子交换膜，b错误；电解质溶液采用na2so4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，c正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从口排出，d正确。7(2018山西四校联考)用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，下列说法中正确的是()a当a、b都是铜作电极时，电解的总反应方程式为2cuso42h2o2h2so42cuo2b燃料电池工作时，正极反应为o22h2o4e=4ohc当燃料电池消耗22.4 l甲醛气体时，电路中理论上转移2 mol ed燃料电池工作时，负极反应为hchoh2o2e=hcooh2h解析：选d由题图可知，左边是原电池装置，右边是电解池装置。通入hcho的一极是负极，通入o2的一极是正极，a是阴极，b是阳极。当a、b都是铜作电极时，a极反应为cu22e=cu，b极反应为cu2e=cu2，a项错误；燃料电池工作时，正极是氧气得到电子发生还原反应，电解质为酸性电解质，所以电极反应为o24h4e=2h2o，b项错误；没有给出气体所处的温度和压强，甲醛气体的体积为22.4 l时其物质的量不一定为1 mol，c项错误；燃料电池工作时，甲醛失去电子，发生氧化反应：hchoh2o2e=hcooh2h，d项正确。8.(2018日照联合检测)纳米级cu2o由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中oh的浓度制备纳米级cu2o的装置如图所示，发生的反应为2cuh2ocu2oh2下列说法正确的是()a钛电极发生氧化反应b阳极附近溶液的ph逐渐增大c离子交换膜应采用阳离子交换膜d阳极反应为2cu2oh2e=cu2oh2o解析：选d钛电极为阴极，发生还原反应，a项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为2cu2oh2e=cu2oh2o，oh由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，c项错误、d项正确；由阴极区迁移过来的oh在阳极区全部参与反应，阳极附近溶液的ph不变，b项错误。9用酸性氢氧燃料电池(乙池)为电源进行电解的实验装置(甲池，一定条件下可实现有机物的电化学储氢)如下图所示。甲池中a为含苯的物质的量分数为10%的10 mol混合气体，b为10 mol混合气体，其中苯的物质的量分数为24%，c为标准状况下2.8 mol气体(忽略水蒸气)，下列说法不正确的是()a乙池中溶液的ph变大be处通入h2，c处有o2放出c甲池中阴极区只有苯被还原d导线中共传导11.2 mol电子解析：选c乙池是氢氧燃料电池，有水生成，则溶剂增加，氢离子浓度降低，因此ph增大，a项正确；苯转化为环己烷属于加氢的还原反应，则该电极是阴极，所以与之相连的电极是负极，所以e处通入h2，电解池中阳极失去电子，即溶液中氢氧根放电，生成氧气，则c处有o2放出，b项正确；根据题干信息可知参加反应的苯的物质的量为10 mol24%10 mol10%1.4 mol，甲池中阴极区苯放电的电极反应式为c6h66h6e=c6h12，说明1.4 mol苯反应转移电子的物质的量为1.4 mol68.4 mol，阳极产生的氧气是2.8 mol，转移电子的物质的量是2.8 mol411.2 mol，所以根据电子得失守恒可知甲池中阴极区不只有苯被还原，即进入甲池中的氢离子也放电，c项错误；根据c项分析可知导线中共传导11.2 mol电子，d项正确。10(1)如图所示的实验装置中，丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸，m、n为夹在滤纸两端的铂夹；丁为直流电源，x、y为电源的两极；g为电流计；a、b、c、d四个电极均为石墨电极。在两试管中充满h2so4溶液后倒立于h2so4溶液的水槽中，闭合k2，断开k1。电解丙时反应的离子方程式为_。继续电解一段时间后，甲池中a、b极均部分被气体包围，此时断开k2，闭合k1，电流计g指针发生偏转，则b极的电极反应式为_，c极的电极反应为_。(2)fecl3具有净水作用，但腐蚀设备，所以工业上常选用电浮选凝聚法处理污水，其原理是保持污水的ph在5.06.0之间，通过电解生成fe(oh)3沉淀。某课外小组用电浮选凝聚法处理污水，设计如图所示装置。电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是：_，_。该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，ch4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极，负极电极反应式为_。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，电池工作时必须有部分a物质参加循环(如图)，a物质的化学式是_。(3)电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示(“ha”表示乳酸分子，a表示乳酸根离子)。阳极电极反应式为_。简述浓缩室中得到浓乳酸的原理_。电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的ph约为68，此时进入浓缩室的oh可忽略不计。400 ml 10 gl1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 gl1(溶液体积变化忽略不计)，则阴极上产生的h2在标准状况下的体积约为_ l(乳酸摩尔质量为90 gmol1)。解析：(1)闭合k2、断开k1，则构成电解池。a、b两极产生的气体体积之比为21，a极产生h2，b极产生o2，a是阴极，b是阳极，可知m是阳极，n是阴极，y是电源的负极，x是电源的正极，d是阳极，c是阴极。电解ki溶液，反应的离子方程式为2i2h2oi2h22oh。甲池中a、b极均部分被气体包围，当闭合k1，断开k2时，甲池形成原电池，a极为原电池的负极，b极为正极，b极发生还原反应，在酸性环境中电极反应式为o24e4h=2h2o。乙池是电解池，c为阳极，oh在阳极放电生成o2，电极反应式为4oh4e=o22h2o。(2)电解时铁作阳极，因此主要发生fe2e=fe2，同时也发生副反应，即溶液中的oh失电子被氧化生成o2。该电池中通入甲烷的电极为负极，电极反应式为ch48e4co=5co22h2o；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有co2。(3)阳极上是阴离子oh发生氧化反应，电极反应式为4oh4e=2h2oo2。在电解池的阳极上是oh放电，所以c(h)增大，并且h从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室；电解池中的阴离子移向阳极，即a通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室，c(h)和c(a)均增大，发生ha=ha，乳酸浓度增大。在阳极上发生反应：4oh4e=2h2oo2，阴极上发生反应：2h2e=h2，根据电极反应式，则有：hahh2，由差值法知，乳酸浓度的变化量是1.5 moll1，即生成乳酸的物质的量是1.5 moll10.4 l0.6 mol，产生h2 0.3 mol，体积为0.3 mol22.4 lmol16.72 l。答案：(1)2i2h2oi2h22oho24e4h=2h2o4oh4e=o22h2o(2)fe2e=fe22h2o4e=4ho2ch48e4co=5co22h2oco2(3)4oh4e=2h2oo2阳极oh放电，c(h)增大，h从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室，a通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室，ha=ha，乳酸浓度增大6.7211如图所示，某同学设计一个甲醚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。根据要求回答下列问题：(1)写出负极的电极反应式：_。(2)铁电极为_(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(c)的电极反应式为_。(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)若在标准状况下，有2.24 l o2参加反应，则丙装置中阴极析出铜的质量为_ g。假设乙装置中nacl溶液足够多，若在标准状况下，有224 ml o2参加反应，则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将_(填“增大”“减小”或“不变”)，且变化了_ g。(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，其他装置不变，此时乙装置中发生的总反应式为_。解析：(1)甲醚燃料电池中通入氧化剂o2的电极是正极，正极上发生还原反应，负极上燃料甲醚失电子和oh反应生成co和h2o，电极反应式为ch3och312e16oh=2co11h2o。(2)铁电极连接电源负极而作电解池阴极，碳作阳极，电解nacl饱和溶液时，阳极上cl放电，电极反应式为2cl2e=cl2。(3)丙装置中，阳极上金属zn、cu发生氧化反应，阴极上cu2得电子生成铜，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，溶液中硫酸铜浓度减小。(4)若标准状况下有2.24 l o2参加反应，转移电子40.4 mol，则丙装置中阴极上cu2得电子生成铜单质，析出铜的质量64 gmol112.8 g，根据串联电池中转移电子数相等得o2、h2的关系式为o22h2，生成n(h2)20.2 mol，消耗n(h)0.022 mol0.04 mol，则乙装置中从阳离子交换膜右侧进入左侧的na也为0.04 mol，乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大0.04 mol23 gmol10.04 mol1 gmol10.88 g。(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，其他装置不变，则阳极上铁失电子发生氧化反应，阴极上h放电生成h2，生成的fe2与阴极产生的oh相遇生成fe(oh)2，所以电解反应式为fe2h2ofe(oh)2h2。答案：(1)ch3och312e16oh=2co11h2o(2)阴极2cl2e=cl2(3)减小(4)12.8增大0.88(5)fe2h2ofe(oh)2h212(1)某混合物浆液含al(