2024屆高考一輪復習 第六章 化學反應與能量 第5講 串聯電池 電化學的相關計算 課件（共49張）VIP

第5講

串聯電池

電化學的相關計算(綜合應用課)電化學的相關計算是每年高考的必考內容，考查的形式主要是在選擇題的某一個或二個選項中出現，考查的內容主要涉及電極的質量變化、產生或消耗氣體的體積、電路中轉移的電子數。串聯電池的題型在近幾年的高考中雖出現不多，但通過這種題型的訓練可以加深對原電池和電解池原理理解，有助于學生全面融會貫通知識，發(fā)展創(chuàng)新思維能力。1.2022·山東等級考改編)設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)轉化為Co2＋，工作時保持厭氧環(huán)境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是

()A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大B．裝置工作一段時間后，乙室不需要補充鹽酸C．乙室電極反應式為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移解析：電池工作時，左側為電解池，左側石墨極為陽極，電極反應式為CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，H＋移向甲室，溶液pH減小，A錯誤；對于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2＋，同時得到Li＋，其中的O與溶液中的H＋結合生成H2O，因此電池工作一段時間后應該補充鹽酸，B錯誤；電解質溶液為酸性，不可能大量存在OH－，乙室電極反應式為LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，C錯誤；答案：D2．(2021·天津等級考)如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是

()A．a是電源的負極B．通電一段時間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色C．隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大D．當0.01molFe2O3完全溶解時，至少產生氣體336mL(折合成標準狀況下)解析：通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ為陽極，則電源b為正極，a為負極，石墨電極Ⅰ為陰極，故A正確；石墨電極Ⅱ為陽極，通電一段時間后，產生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色，故B正確；隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯誤；當0.01molFe2O3完全溶解時，消耗氫離子為0.06mol，根據陽極電極反應式2H2O－4e－===O2＋4H＋，產生氧氣為0.015mol，體積為336mL(折合成標準狀況下)，故D正確。答案：C3．(2021·山東等級考)以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池，下列說法正確的是

()A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質的量均減小C．消耗等質量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2L解析：堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4-O2清潔燃料電池總反應為N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合價均為－2價，H元素化合價為＋1價，所以根據氧化還原反應原理可推知其燃料電池的總反應為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；根據分析可知，N2H4-O2清潔燃料電池的產物為氮氣和水，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質的量不變，其他兩種燃料電池根據總反應可知，KOH的物質的量減小，B錯誤；根據轉移電子數守恒和總反應式可知，消耗1molO2生成的氮氣的物質的量為1mol，在標準狀況下為22.4L，D錯誤。答案：C題型(一)串聯電池串聯電池中原電池、電解池的判斷1．有外接電源的判斷方法則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池2．無外接電源的判斷方法(1)直接判斷非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛酸蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示，A為原電池，B為電解池。(2)根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發(fā)反應。如圖所示，B為原電池，A為電解池。(3)根據電極反應現象判斷在某些裝置中根據電極反應或反應現象可判斷電極，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，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，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。[典例]

如圖所示，甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列說法正確的是

()石墨棒作陽極，Ag作陰極，只能在銀極上鍍銀，D項錯誤。[答案]C[思維建模]

串聯類電池的思維流程[綜合應用訓練]1．某實驗室用新型二次電池模擬工業(yè)上制備Mn和MnO2的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是

()A．a電極的電極反應為MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2OB．裝置工作時，c、d兩個電極的質量都增加C．c電極反應為Mn2＋＋2e－===MnD．d電極附近溶液的pH增大解析：根據示意圖可知b為負極，a為正極，c為陰極，d為陽極。c、d的電極反應分別為Mn2＋＋2e－===Mn，Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。d電極附近溶液c(H＋)增大，pH變小，D錯誤。答案：D2．相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是

()A．a電極的電極反應式為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－B．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜C．電池放電過程中，Cu(1)電極上的電極反應式為Cu2＋＋2e－===CuD．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得320gNaOH解析：濃差電池放電過程中，Cu(1)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度降低的還原反應，作正極，Cu(2)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度升高的氧化反應，作負極，則a電極為電解池的陰極，H2O中的H＋得到電子發(fā)生還原反應生成H2，A項正確；電解過程中，硫酸鈉溶液中的Na＋通過陽離子交換膜c進入陰極區(qū)，SO通過陰離子交換膜d進入陽極區(qū)，B項正確；電池放電過程中，Cu(1)電極作正極，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，C項正確；電池從開始工作到停止放電，正極區(qū)硫酸銅溶液的濃度由2.5mol·L－1降低到1.5mol·L－1，負極區(qū)硫酸銅溶液的濃度同時由0.5mol·L－1升到1.5mol·L－1，正極反應還原Cu2＋的物質的量為2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，電路中轉移4mol電子，電解池的陰極生成4molOH－，即陰極區(qū)可得4mol氫氧化鈉，其質量為160g，D項錯誤。答案：D3．羥基自由基(·OH)具有強氧化性。我國科學家設計了一種能將苯酚氧化為CO2、H2O的原電池—電解池組合裝置(如圖所示)，該裝置能實現發(fā)電、環(huán)保二位一體。下列說法正確的是

()答案：D4．如圖X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現d附近顯紅色。(1)①電源上b為______極(填“正”“負”“陰”或“陽”，下同)。②Z槽中e為_____極。③連接Y、Z槽線路中，電子流動的方向是d_____e(填“―→”或“”)。(2)①寫出c極上反應的電極反應式：_______________________________。②寫出Y槽中總反應的化學方程式：_______________________________。③寫出Z槽中e極上反應的電極反應式：____________________________。題型(二)電化學相關的計算電化學計算的三種方法如以通過4mole－為橋梁可構建如下關系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)該關系式具有總覽電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。[典例]

如圖所示，通電5min后，電極5的質量增加2.16g，請回答下列問題。

(1)a為電源的______(填“正”或“負”)極，C池是______池。A池陽極的電極反應為____________，C池陰極的電極反應為_________________。(2)如果B池中共收集到224mL氣體(標準狀況)且溶液體積為200mL(設電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2＋的物質的量濃度為______。(3)如果A池溶液是200mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不變)，則通電5min后，溶液的pH為______。[解析](1)根據已知條件通電5min后，電極5的質量增加2.16g，說明電極5作陰極，Ag＋放電，電極反應為Ag＋＋e－===Ag，轉移電子的物質的量為0.02mol，同時可知電極6作陽極，與電源的正極相連。則a是負極，b是正極，電極1、3、5作陰極，電極2、4、6作陽極。[答案](1)負

電解2Cl－－2e－===Cl2↑Ag＋＋e－===Ag(2)0.025mol·L－1

(3)13[思維建模]

電子守恒法的解題流程第一步找出氧化劑(正極或陰極反應物質)、還原劑(負極或陽極反應物質)及相應的還原產物和氧化產物第二步根據相關信息，找準一個電極上原子或離子得失電子數(注意化學式中粒子的個數)第三步根據串聯電路中各電極轉移電子相等列出等式[綜合應用訓練]1．在如圖A池用石墨電極電解pH＝13的NaOH溶液100mL，B池為模擬電解精煉銅的裝置，其中c電極為純銅，d電極為粗銅(含有雜質Fe、Ag)，溶液是足量CuSO4溶液，通電一段時間后停止電解，A池a極上產生的氣體在標準狀況下為2.24L，下列說法不正確的是

()A．d電極質量一定減少6.4gB．c電極質量一定增加6.4gC．A池pH增大D．A池溶液質量減少1.8g解析：電解精煉銅時粗銅作陽極，純銅作陰極，即d為陽極，c為陰極，則a、b分別為陰極和陽極。a極產生0.1molH2，則流經各電極的電子均為0.2mol，d極粗銅含有雜質Fe、Ag，質量減少不等于6.4g，A錯誤；而陰極只有Cu2＋得電子，質量增加一定為6.4g，B正確；A池實質上是電解水，NaOH濃度變大，pH變大