高考热点21　多池、多室的电化学装置

高考热点21多池、多室的电化学装置一、多池串联的两大模型及原理分析1.常见多池串联装置图(1)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。(2)原电池与电解池的串联(如图甲、图乙)甲、乙两图中,A均为原电池,B均为电解池。2.多池串联中,装置类型的判断(1)装置类型的判断原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极;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。如图所示:B为原电池,A为电解池。(2)常用规律①多池串联的装置中,先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池,其余装置一般为电解池。②与原电池正极相连的电极为电解池阳极,与原电池负极相连的电极为电解池阴极,据此判断各池中发生的反应。热点训练1.(2024·三明一中月考)某实验小组设计如图所示装置,下列说法错误的是()A.乙池中电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag电极B.甲池通入CH4的电极反应式为CH4+8e-+10OH-===CO32-+7HC.反应一段时间后,向乙池中加入一定量CuCO3固体能使CuSO4溶液恢复到原来的状态D.甲池中消耗0.56L(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生2.90g固体答案B解析甲池为燃料电池,通入甲烷的是负极,通入氧气的是正极,电流由正极流出经过乙、丙池最终流向负极。乙、丙池是电解池,乙池中石墨连接甲池的正极,为电解池的阳极,电解硫酸铜溶液,Ag电极为阴极,丙池中,阳极是与乙池相连的电极,发生的是氯离子失去电子的氧化反应,阴极是与甲池相连的电极,水放电产生氢气。A.乙池中石墨连接甲池的正极,为电解池的阳极,电解硫酸铜溶液,Ag电极为阴极,电流由石墨电极经过硫酸铜溶液流向Ag电极,故A正确;B.甲池通入CH4的电极为负极,失去电子,电极反应式为CH4-8e-+10OH-===CO32-+7H2O,故B错误;C.乙池发生的是电解池反应,两极析出的分别是Cu和O2,因此加入CuCO3或CuO后溶液能够复原,故C正确;D.甲池中正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,0.56L(标准状况下)O2物质的量为0.025mol,转移电子0.1mol,根据丙池中,阴极是与甲池相连的电极,水放电产生氢气,转移0.1mol电子,减少0.1mol氢离子,生成0.1mol氢氧根离子,镁离子和氢氧根离子结合为氢氧化镁,理论上最多产生0.05mol氢氧化镁,质量为0.05mol×58g·mol-1=2.90g,故2.(双选)(2022·山东卷)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+e-===Li++Co2++4OH-D.若甲室Co2+减少200mg,乙室Co2+增加300mg,则此时已进行过溶液转移答案BD解析A.电池工作时,甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体,Co2+在另一个电极上得到电子,被还原产生Co单质,CH3COO-失去电子后,H+、金属阳离子通过阳膜进入甲室,溶液pH减小,A错误;B.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H2O,因此电池工作一段时间后应该补充盐酸,B正确;C.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;D.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-1二、多室电化学装置的分析1.离子交换膜的分类和应用2.示例用下图装置电解饱和食盐水,其中阳离子交换膜的作用:(1)平衡电荷,形成闭合回路;(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸;(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO,影响NaOH的产量;(4)避免Cl-进入阴极区导致制得的NaOH不纯。热点训练1.三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱的装置示意图如图,下列说法正确的是()A.酸碱的浓度:进等于出B.右侧电极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑C.装置工作一段时间后,n(a)∶n(b)=2∶1D.右侧离子交换膜为阴离子交换膜答案B解析三室膜电渗析分离硫酸锂并回收酸碱,由图可知,中间室离子向两侧迁移,右侧得到氢氧化锂、左侧得到硫酸,则右侧电极为阴极,水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子;左侧电极为阳极,水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子。A.由分析可知,左室有生成氢离子和迁移过来的硫酸根离子,硫酸浓度变大;右室有生成的氢氧根离子和迁移过来的锂离子,氢氧化锂浓度变大,A错误;B.右侧电极水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正确;C.由分析可知,a为生成的氧气、b为生成的氢气,根据得失电子守恒可知,生成气体n(a)∶n(b)=1∶2,C错误;D.右侧离子交换膜可以让锂离子通过,为阳离子交换膜,D错误。2.(2024·日照开学考试)Li-SO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应方程式为2Li+SO2Cl2===2LiCl+SO2↑。回答下列问题:(1)Li电极是(填“正极”或“负极”),C电极上的电极反应为

。

(2)Li电极与(填“镍”或“不锈钢”)相连,膜c为交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。

(3)电解一段时间后,Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将(填“增大”“减小”或“不变”)。

(4)理论上产品室每获得283.5g的Ni(H2PO2)2,Li电极的质量减少g。

答案(1)负极SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑(2)不锈钢阳离子(3)增大(4)21解析图中上面电池为原电池,下面电池为电解池。在原电池中,Li电极为负极,C电极为正极;电解池中,因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2,所以镍电极为阳极,不锈钢电极为阴极。Ni2+透过膜a进入产品室,则膜a为阳离子交换膜;Ⅲ室中的H2PO2-透过膜b进入产品室,则膜b为阴离子交换膜;Ⅲ室中的Na+透过膜c进入Ⅳ室,则膜c为阳离子交换膜。(1)由分析可知,Li电极是负极,C电极(正极)上,SO2Cl2获得电子生成SO2和Cl-,电极反应为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑。(2)因为镍电极为阳极,不锈钢电极为阴极,则Li电极与不锈钢相连,膜c为阳离子交换