高二化学（人教版）导学案选择性必修一第四章第二节第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)一、多池串联(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0.2mol电子,电极Ⅲ上析出64gCuD.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ听课记录:|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12.8g,乙池阳极放出气体为4.48LD.Fe极的电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OH2.(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+eLi++Co2++4OHD.若甲室Co2+减少200mg,乙室Co2+增加300mg,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”)。

(2)在乙装置中,总反应的离子方程式是。

(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6.4g,则甲装置中消耗的CH4的质量为g。

(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。

二、电解的相关计算[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。

(2)当电路中通过0.02mol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。

听课记录:|思维建模|三种常见计算方法根据总反应式先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算根据电子守恒①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数目相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算根据关系式根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系,得出计算所需的关系式如以通过4mole为桥梁可构建如下关系:4e~2Cl2阳极产物阴极产物(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)[题点多维训练]1.(2025·乌鲁木齐高二检测)用惰性电极电解1mol·L1CuSO4和0.1mol·L1Cu(NO3)2的混合液100mL,当阳极析出896mL(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.7.04g B.5.12gC.3.2g D.1.28g2.常温下用惰性电极电解200mL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。

(2)氯化钠的物质的量浓度为,硫酸铜的物质的量浓度为。

(3)t2时所得溶液的pH为。

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+6KOH5KI+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。装置如下图所示: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。

(2)若电解时用铅酸蓄电池做电源,当消耗2mol单质铅时,电解生成气体的物质的量是mol。

(3)若电解结束时,阳极反应生成10molKIO3,则理论上消耗的I2的物质的量为mol。

(4)常温下若有0.9molK+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)。

(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308g。

课下请完成课时跟踪检测(三十三)第3课时电化学中多池串联及电化学的相关计算[例1]选D电极Ⅰ上电极反应式为Al3eAl3+,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++2eCu,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Cu2eCu2+,电路中每转移0.2mol电子,电极Ⅲ上溶解铜0.1mol,质量为6.4g,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。[题点多维训练]1.选D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+2e2OH+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++2eCu,增重12.8g时生成0.2molCu,电路中转移0.4mol电子,乙池中阳极反应式为2Cl2eCl2↑,据转移电子守恒推知,生成0.2molCl2,在标准状况下的体积为4.48L,其他状况则不一定,C错误。2.选B电池工作时,左侧为电解池,左侧石墨极为阳极,电极反应式为CH3COO8e+2H2O2CO2↑+7H+,H+移向甲室,溶液pH减小,A错误;对于乙室,正极上LiCoO2得到电子,被还原为Co2+,同时得到Li+,其中的O与溶液中的H+结合生成H2O,因此电池工作一段时间后应该补充盐酸,B正确;电解质溶液为酸性,不可能大量存在OH,乙室电极反应式为LiCoO2+e+4H+Li++Co2++2H2O,C错误;若甲室Co2+减少200mg,电子转移物质的量为n(e)=0.2g59g·mol−1×2≈0.0068mol,乙室Co2+增加300mg,转移电子的物质的量为n(e)=0.3g59g·mol−1×3.解析:(1)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;(2)乙装置为电解饱和食盐水,总反应的离子方程式:2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH;(3)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6.4g,说明生成Cu0.1mol,电路中转移电子物质的量为0.2mol,则甲装置中消耗的CH4的物质的量为0.025mol,对应质量为0.4g;(4)丁装置Y为阴极,其电极上发生的电极反应式是Cu2++2eCu。答案:(1)CH4氧化(2)2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH(3)减小0.4(4)Cu2++2eCu二[例2]解析:(1)用直流电电解饱和NaCl溶液,阳极电极反应式为2Cl2eCl2↑,阴极电极反应式为2H2O+2e2OH+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++2eCu,e为阳极,电极反应式为2H2O4e4H++O2↑;(2)由上述分析,Y池总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Z池总反应为2CuSO4+2H2O2H2SO4+O2↑+2Cu,当电路中通过0.02mol电子时,d极产生0.01mol的H2,在标准状况下的体积为0.224L,同时生成0.02molOH,c(OH)=0.1mol·L1,Y池中溶液的pH为13;Z池中析出铜的物质的量为0.01mol,质量为0.64g,阳极产生0.005molO2,标准状况下的体积为0.112L。答案:(1)正2H2O+2e2OH+H2↑阴2H2O4e4H++O2↑(2)0..640.112[题点多维训练]1.选B由题意可知,硫酸铜和硝酸铜混合溶液中铜离子的物质的量为(1+0.1)mol·L1×0.1L=0.11mol,用惰性电极电解混合溶液,当阳极析出标准状况896mL氧气时,外电路转移电子的物质的量为0.89622.4×4mol=0.16mol<0.11mol×2,则溶液中铜离子未完全放电,阴极析出铜的质量=0.16mol×12×64g·mol1=5.122.解析:(1)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。(2)0~t1内阳极发生的反应为2Cl2eCl2↑,n(Cl2)=0.224L22.4L·mol−1=0.01mol,n(NaCl)=n(Cl)=2n(Cl2)=0.02mol,c(NaCl)=0.02mol0.2L=0.1mol·L1;阴极上依次发生反应:Cu2++2eCu、2H2O+2eH2↑+2OH,阳极上依次发生反应:2Cl2eCl2↑、2H2O4eO2↑+4H+,由图可知V(H2)=0.672L,V(Cl2)=0.224L,V(O2)=0.448L,由得失电子守恒可知0.672L22.4L·mol−1×2+c(Cu2+)×0.2L×2=0.224L22.4L·mol−1×2+0.448L22.4L·mol−1×4,解得c(Cu2+)=0.1mol·L1。(3)由4OH~O2~4H+可得:n(H+)=(0.336−0.224)L22.4L·答案:(1)Ⅱ(2)0.1mol·L10.1mol·L1(3)13.解析:(1)惰性电极M为阳极,其电极反应式为I+6OH6eIO3−+3H2O。(2)若电解时用铅酸蓄电池做电源,由关系式Pb~2e~H2,当消耗2mol单质铅时,电解生成气体的物质的量是2mol。(3)若电解结束时,由关系式3I2~5I~5IO3−,阳极反应生成10molKIO3,则理论上消耗的I2的物质的量为10mol5mol×3=6mol。(4)常温下若有0.9molK+通过阳离子交换膜,阴极区