第43講多池多室的電化學(xué)裝置-高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)高頻考點精講(新教材新高考)

第43講多池多室的電化學(xué)裝置

2024高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)高頻考點精講1.了解串聯(lián)裝置的連接特點，了解離子交換膜的特點及作用。2.掌握多池、多室問題分析的一般方法。3.能熟練用電子守恒、關(guān)系式法等進行有關(guān)電化學(xué)計算。復(fù)習(xí)目標多池串聯(lián)的兩大模型及原理分析考點一1.常見多池串聯(lián)裝置圖模型一外接電源與電解池的串聯(lián)(如圖)A、B為兩個串聯(lián)電解池，相同時間內(nèi)，各電極得失電子數(shù)相等。必備知識模型二原電池與電解池的串聯(lián)(如圖)甲、乙兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。2.二次電池的充電(1)可充電電池原理示意圖充電時，原電池負極與外接電源負極相連，原電池正極與外接電源正極相連，記作“正接正，負接負”。(2)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。充電、放電不是可逆反應(yīng)。(3)放電時的負極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)相反，放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)相反。將負(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。＋2OH－===Fe(OH)2Fe－2e－Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－3.電化學(xué)計算的三種方法如以電路中通過4mole－為橋梁可構(gòu)建以下關(guān)系式：4e－～

～

(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總覽電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。1.如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列關(guān)于該裝置工作時的說法正確的是A.該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成B.甲池中負極反應(yīng)式為N2H4－4e－===N2＋4H＋C.甲池和乙池中溶液的pH均減小D.當甲池中消耗3.2gN2H4時，乙池中理

論上最多產(chǎn)生6.4g固體√專項突破該裝置圖中，甲池為燃料電池，其中左邊電極為負極，右邊電極為正極，乙池為電解池，石墨電極為陽極，Ag電極為陰極，陰極上Cu2＋得電子生成銅，無氣體生成，A錯誤；甲池溶液呈堿性，電極反應(yīng)式不出現(xiàn)H＋，B錯誤；3.2gN2H4的物質(zhì)的量為0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol，產(chǎn)生0.2molCu，質(zhì)量為12.8g，D錯誤。解析(1)放電時，正極的電極反應(yīng)式是__________________________________________。電解液中H2SO4的濃度將變_____；當外電路通過1mol電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加_____g。＋2e－===PbSO4＋2H2O小48解析(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按如圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成______，B電極上生成________，此時鉛酸蓄電池的正、負極的極性將________(填“不變”或“對換”)。PbPbO2對換解析3.在如圖所示的裝置中，若通直流電5min時，銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問題。(1)電源中X為直流電源的______極。負三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極，由此推知X是電源負極。解析(2)pH變化：A________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B________，C________。增大電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH減??；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋在陰極不斷析出，AgNO3溶液濃度基本不變，pH不變。減小不變解析(3)通電5min時，B中共收集224mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為_______________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。0.025mol·L－1通電5min時，C中析出0.02molAg，電路中通過0.02mol電子；B中共收集0.01mol氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04mol電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒，因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時生成O2的物質(zhì)的量為xmol，電解H2O時生成O2的物質(zhì)的量為ymol，則4x＋4y＝0.02(電子轉(zhuǎn)移守恒)，x＋3y＝0.01(氣體體積之和)，解得x＝y(tǒng)＝0.0025，解析(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH為______(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。13解析多室裝置的分析考點二為實現(xiàn)特定功能需求，在電化學(xué)裝置中增加離子交換膜，將原電池或電解池分隔成兩個或多個相對獨立的室。必備知識3.離子交換膜的分類和應(yīng)用2.分析某室質(zhì)量變化的關(guān)鍵分析某室質(zhì)量的變化，既要考慮該區(qū)(或該電極)的化學(xué)反應(yīng)，又要考慮通過“交換膜”的離子帶來的質(zhì)量變化。1.鈉離子電池具有資源豐富、成本低、安全性好、轉(zhuǎn)換效率高等特點，有望成為鋰離子電池之后的新型首選電池，如圖是一種鈉離子電池工作示意圖：下列說法不正確的是A.放電時，Na＋通過交換膜向N極移動B.充電時，光照可促進電子的轉(zhuǎn)移C.充電時，TiO2光電極上發(fā)生的電極反

應(yīng)為3I－－2e－===D.放電時，若負極室有2mol陰離子發(fā)生反應(yīng)，則電路中轉(zhuǎn)移2mol電子√專項突破由圖中信息知，放電時，電極N為正極，電極M為負極，Na＋由M極移向N極，A正確；根據(jù)題圖：TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，光可以促進I－在TiO2光電極上轉(zhuǎn)移電子，B正確；解析2.我國科學(xué)家開發(fā)出了一種Zn-NO電池系統(tǒng)，該電池具有同時合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是A.電極電勢：Zn/ZnO電極<MoS2電極電極的反應(yīng)式為Zn－2e－＋2OH－

===ZnO＋H2OC.電池工作一段時間后，正極區(qū)溶液的pH

減小D.電子流向：Zn/ZnO電極→負載→MoS2電極√Zn/ZnO電極為負極，MoS2電極為正極，正極電勢高于負極電勢，A正確；正極區(qū)消耗的H＋源于雙極膜解離出的H＋，且產(chǎn)生的NH3會部分溶解，所以正極區(qū)溶液的pH不會減小，C錯誤；電子流向：負極→負載→正極，D正確。解析√由甲池放出O2知，乙池電極為電解池的陰極，和電源負極連接，溶液中氫離子放電生成氫氣，A項錯誤；電解池中陽離子移向陰極，B項錯誤；陰極附近氫離子放電破壞了水的電離平衡，電極附近氫氧根離子濃度增大，NaOH溶液Y的濃度比NaOH溶液Z的大，C項正確；解析4.(2022·四川南充模擬)污水資源化利用既可以緩解水的供需矛盾，又可以減少水污染?；瘜W(xué)工作者提出采用電解法除去工業(yè)污水中的NaCN，其原理如圖所示，通電前先向污水中加入適量食鹽并調(diào)整其pH維持堿性(CN－不參與電極反應(yīng))。下列說法正確的是為電源的負極B.隔膜Ⅰ為陰離子交換膜為H2，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋

2OH－D.當生成2.24LN2時，電路中通過1mol電子√右側(cè)氯離子放電得到次氯酸根離子，次氯酸根離子再氧化CN－為氮氣，所以右側(cè)電極為陽極，b為電源的正極，故A錯誤；a為電源的負極，左側(cè)電極為陰極，發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰離子增加，污水中的鈉離子會通過隔膜Ⅰ進入左側(cè)，形成濃氫氧化鈉溶液，所以隔膜Ⅰ為陽離子交換膜，故B錯誤、C正確；生成的2.24LN2未標明條件，無法求得電路中通過電子的量，D錯誤。解析真題演練1.(2022·山東，13改編)設(shè)計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為Co2＋，工作時保持厭氧環(huán)境，并定時將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法錯誤的是A.裝置工作時，甲室溶液pH逐漸減小B.裝置工作一段時間后，乙室應(yīng)補充鹽酸C.乙室電極反應(yīng)式為LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－D.若甲室Co2＋減少200mg，乙室Co2＋增加300mg，

則此時已進行過溶液轉(zhuǎn)移√解析電池工作時，左邊裝置中細菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，Co2＋在另一個電極上得到電子，被還原產(chǎn)生Co單質(zhì)，CH3COO－失去電子后，H＋、金屬陽離子通過陽膜移向甲室，甲室溶液pH減小，A正確；對于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2＋，同時得到Li＋，電極反應(yīng)式為LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，C錯誤；依據(jù)電子守恒，乙室消耗的H＋比負極CH3COO－反應(yīng)產(chǎn)生的H＋多，因而需補充鹽酸，B正確；2.(2021·湖北，15)Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H＋濃度的增大會轉(zhuǎn)化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖所示。下列說法錯誤的是A.電解時只允許H＋通過離子交換膜B.生成O2和H2的質(zhì)量比為8∶1C.電解一段時間后陰極區(qū)溶液OH－的濃度增大√解析根據(jù)得失電子守恒，產(chǎn)生O2、H2的質(zhì)量之比為32∶4＝8∶1，B項正確；由陰極反應(yīng)式知，陰極產(chǎn)生OH－，如果OH－通過交換膜向左側(cè)遷移，OH－必然會中和H＋，與題意相矛盾，所以，鈉離子應(yīng)該由左側(cè)向右側(cè)遷移，陰極區(qū)氫氧化鈉溶液濃度增大，C項正確。3.(2021·河北，9)K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯誤的是A.隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B.放電時，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時，

b電極為陽極C.產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量

比值約為D.用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水√解析金屬性強的鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許K＋通過，不允許O2通過，故A正確；放電時，a為負極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時，b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，作電解池的陽極，故B正確；生成1mol超氧化鉀時，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比為(1mol×71g·mol－1)∶(1mol×32g·mol－1)≈∶1，故C正確；√解析5.(2021·廣東，16)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的