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培優(yōu)點(diǎn)二十二 電解池的串聯(lián)問(wèn)題 一．電解池的串聯(lián)問(wèn)題 典例1．如下圖所示，其中甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O。下列說(shuō)法正確的是（ ） A．甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，乙、丙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B．甲池通入CH3OH的電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－+2H2O===CO+8H+ C．反應(yīng)一段時(shí)間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復(fù)原濃度 D．甲池中消耗280 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2，此時(shí)丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 【解析】甲池為原電池，作為電源，電解乙池丙池兩個(gè)電解池，A錯(cuò)誤；通入CH3OH的一極為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)：CH3OH－6e－+8OH－===CO+6H2O，B錯(cuò)誤；應(yīng)加入CuO或CuCO3，C錯(cuò)誤；丙池中發(fā)生反應(yīng)：MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑，消耗0.0125mol O2，轉(zhuǎn)移0.05mol電子，生成0.025mol Mg(OH)2，其質(zhì)量為1.45g，D正確。 【答案】D 典例2．下圖裝置閉合電鍵K時(shí)，電流計(jì)A的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試回答： （1）丙池是__________(填“原電池”或“電解池”)，甲中a電極的名稱是__________(填“正極”或“負(fù)極”)，丙中c電極的名稱是__________(填“陽(yáng)極”或“陰極”)。 （2）乙中Cu極的電極反應(yīng)是______________________________，若電路中有0.02 mol電子通過(guò)，則甲中a電極溶解的質(zhì)量為_(kāi)_________g。 （3）閉合電鍵K一段時(shí)間后，丙池中生成兩種氣體和一種堿，則丙池中發(fā)生的總化學(xué)方程式是 _______________________________________________________ （4）如果要給丙中鐵片上鍍上一層Cu，則丙池應(yīng)作何改進(jìn)：________________________ ________________________________________________。 【解析】（1）甲、乙構(gòu)成原電池，則丙為電解池，由電子流向可知，鋅作負(fù)極，即a為負(fù)極，c連接b，b為正極，故c為陽(yáng)極。（2）Cu作正極，電極反應(yīng)式為Cu2++2e－===Cu，a極上發(fā)生反應(yīng)Zn－2e－===Zn2+，轉(zhuǎn)移0.02mol電子，消耗鋅的質(zhì)量為0.01mol65gmol?1＝0.65g。（3）閉合K，丙池電解飽和食鹽水：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。（4）電鍍：待鍍金屬作陰極，電解質(zhì)溶液含鍍層離子，鍍層金屬作陽(yáng)極，故應(yīng)將“C”換成“Cu”、“NaCl溶液”換成“CuSO4溶液”。 【答案】（1）電解池　陽(yáng)極　負(fù)極 （2）Cu2++2e－===Cu　0.65 （3）2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ （4）將“C”換成“Cu”、“NaCl溶液”換成“CuSO4溶液” 二．對(duì)點(diǎn)增分集訓(xùn) 1．某同學(xué)按下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。A、B為兩種常見(jiàn)金屬，它們的硫酸鹽可溶于水，當(dāng)K閉合時(shí)，SO從右向左通過(guò)交換膜移向A極。下列分析正確的是（ ） A．溶液中c(A2+)減小 B．B極的電極反應(yīng)：B－2e－===B2+ C．Y電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng) D．反應(yīng)初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀 【解析】根據(jù)SO從右向左通過(guò)交換膜移向A極，則A極為負(fù)極，故A極的電極反應(yīng)為A－2e－===A2+，溶液中c(A2+)增大；B極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)；Y電極為陽(yáng)極，有Cl2產(chǎn)生；右邊U形管中最初為電解AlCl3溶液，X電極為H+放電，c(H+)減小，c(OH－)增大，且Al3+移向X極，因此會(huì)產(chǎn)生Al(OH)3白色膠狀沉淀，D正確。 【答案】D 2．如下圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4+O2===N2+2H2O，下列關(guān)于該電池工作時(shí)的說(shuō)法正確的是（ ） A．該裝置工作時(shí)，Ag電極上有氣體生成 B．甲池和乙池中的溶液的pH均減小 C．甲池中負(fù)極反應(yīng)為N2H4－4e－===N2+4H+ D．當(dāng)甲池中消耗0.1mol N2H4時(shí)，乙池中理淪上最多產(chǎn)生6.4g固體 【解析】甲池作原電池，通入肼的電極為負(fù)極，通入氧氣的電極為正極，負(fù)極反應(yīng)為N2H4－4e－+4OH===N2+4H2O，正極反應(yīng)為O2+4e－+2H2O===4OH－。乙池為電解池，銀極為陰極，石墨為陽(yáng)極，陰極反應(yīng)為Cu2++2e－===Cu，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O+O2↑。由以上分析可知，A、C錯(cuò)誤；甲池生成水，導(dǎo)致溶液中KOH濃度降低，則溶液pH減小，乙池中氫氧根離子放電，導(dǎo)致溶液pH減小，B正確；甲池消耗0.1mol N2H4時(shí)，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，乙池生成0.2mol銅，即12.8g固體，D錯(cuò)誤。 【答案】B 3．圖1為甲烷和O2構(gòu)成的燃料電池示意圖，電解質(zhì)為KOH溶液，圖2為電解AlCl3溶液的裝置，電極材料均為石墨。用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)開(kāi)始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀。下列說(shuō)法正確的是（ ） A．圖1中電解質(zhì)溶液的pH增大 B．圖2中電解AlCl3溶液的總反應(yīng)為2Cl－+2H2OCl2↑+H2↑+2OH－ C．A處通入的氣體為CH4，電極反應(yīng)式為CH4+10OH－－8e－===CO+7H2O D．電解池中Cl－向x極移動(dòng) 【解析】甲烷和O2構(gòu)成的燃料電池為原電池，甲烷在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由于觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀說(shuō)明產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，x電極為電解池的陰極，a為原電池的負(fù)極，甲烷失電子，被氧化，C正確；電解AlCl3溶液應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，B錯(cuò)誤；圖1中甲烷的燃料電池不斷消耗堿，溶液的pH減小， A錯(cuò)誤；電解池中Cl－向陽(yáng)極移動(dòng)，x極為陰極，D錯(cuò)誤。 【答案】C 4．下圖所示的A、B兩個(gè)電解池中的電極均為鉑，在A池中加入0.05molL?1的CuCl2溶液，B池中加入0.1molL?1的AgNO3溶液，進(jìn)行電解。a、b、c、d四個(gè)電極上析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是（ ） A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 【解析】由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽(yáng)極。a極上析出Cu，b極上析出Cl2，c極上析出Ag，d極上析出O2。由電子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四個(gè)電極上析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。 【答案】A 5．以乙烷燃料電池為電源進(jìn)行電解的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是（ ） A．燃料電池工作時(shí)，正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e－===4OH－ B．a(chǎn)極是銅，b極是鐵時(shí)，溶液中CuSO4濃度減小 C．a(chǎn)、b兩極若是石墨，在同溫同壓下a極產(chǎn)生的氣體與電池中消耗乙烷的體積之比為 D．a(chǎn)極是純銅，b極是粗銅時(shí)，a極上有銅析出，b極逐漸溶解，兩極質(zhì)量變化相同 【解析】根據(jù)圖示知乙烷燃料電池中左側(cè)電極為電源的正極，右側(cè)電極為電源的負(fù)極，a為電解池的陰極，b為電解池的陽(yáng)極。該燃料電池工作時(shí)，負(fù)極產(chǎn)物為CO2，說(shuō)明電解質(zhì)溶液呈酸性，正極反應(yīng)為O2+4H++4e===2H2O，A錯(cuò)誤；a極是銅，b極是鐵時(shí)，電解總反應(yīng)為Fe+CuSO4===FeSO4+Cu，溶液中硫酸銅濃度減小，B正確；a、b兩極若是石墨，a極反應(yīng)式為Cu2++2e－===Cu，當(dāng)硫酸銅溶液足量時(shí)沒(méi)有氣體產(chǎn)生，C錯(cuò)誤；a極是純銅，b極是粗銅時(shí)，為銅的電解精煉，a極上有銅析出，b極逐漸溶解，但溶解的不只是銅，兩極質(zhì)量變化不相同，D錯(cuò)誤。 【答案】A 6．如圖所示的裝置，X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe極附近顯紅色。試回答下列問(wèn)題： （1）在電源中，B電極為_(kāi)_____極(填電極名稱，下同)；丙裝置中Y電極為_(kāi)_____極。 （2）在甲裝置中，石墨(C)電極上發(fā)生__________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)；甲裝置中總的化學(xué)方程式是__________________________________________________。 （3）丙裝置在通電一段時(shí)間后，X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是__________________。 （4）如果乙裝置中精銅電極的質(zhì)量增加了0.64 g，請(qǐng)問(wèn)甲裝置中，鐵電極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為_(kāi)_______L。 【解析】（1）由于電源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe極附近顯紅色，說(shuō)明在Fe電極附近的水溶液顯堿性。則在該電極上是H+放電，所以Fe為陰極，與直流電源的負(fù)極相連。因此在電源中，B電極為負(fù)極，A電極為正極。在丙裝置中Y電極為陰極。（2）在甲裝置中，石墨(C)電極為電解池的陽(yáng)極，在陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)。由于在NaCl溶液中放電能力Cl－>OH－，所以在C電極上發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑。甲裝置中總的化學(xué)方程式是2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。（3）丙裝置在通電一段時(shí)間后，陽(yáng)極X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是2Cl－－2e－===Cl2↑。（4）如果乙裝置中精銅電極的質(zhì)量增加了0.64 g，n(Cu)＝0.01mol。則n(e－)＝0.02mol。由于在整個(gè)閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，所以鐵電極上產(chǎn)生的氫氣為0.01mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為0.224L。 【答案】（1）負(fù)　陰 （2）氧化　2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ （3）2Cl－－2e－===Cl2↑　 （4）0.224 7．如下圖所示，通電5min后，電極5的質(zhì)量增加2.16g，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）電源：a是________極，C槽是________池。 A槽的陰、陽(yáng)極電極反應(yīng)：____________________________________________。 C槽的陰、陽(yáng)極電極反應(yīng)：________________________________________。 （2）如果B槽中共收集到224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)且溶液體積為200 mL(設(shè)電解過(guò)程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_______________。 （3）室溫下如果A槽溶液是200 mL足量的食鹽水(電解過(guò)程中溶液體積不變)，則通電后溶液的pH為_(kāi)_______。 【解析】（2）電極5發(fā)生的電極反應(yīng)，Ag++e－===Ag，n(Ag)＝＝0.02mol，可知電路上通過(guò)0.02mol電子。B槽電極4產(chǎn)生O2，n(O2)＝＝0.005mol，則B槽電極3產(chǎn)生的H2為－0.005mol＝0.005mol，由于2H++2e－===H2↑，所以Cu2+得到電子物質(zhì)的量為0.01mol，所以n(Cu2+)＝0.005mol，c(Cu2+)＝＝0.025molL?1。（3）A中c(OH－)＝＝0.100molL?1，故pH＝13。 【答案】（1）負(fù)　電鍍　陰極：2H++2e－===H2↑； 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑　陰極：Ag++e－===Ag； 陽(yáng)極：Ag－e－===Ag+ （2）0.025molL?1　 （3）13 8．某研究性學(xué)習(xí)小組將下列裝置如圖連接，D、F、X、Y都是鉑電極，C、E是鐵電極。將電源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色。試回答下列問(wèn)題： （1）電源B端的名稱是________(填“正極”或“負(fù)極”)。 （2）甲裝置中電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式是___________________________________。 （3）設(shè)電解質(zhì)溶液過(guò)量，則同一時(shí)間內(nèi)C、D電極上參加反應(yīng)的單質(zhì)與生成的單質(zhì)的物質(zhì)的量之比是 __________。 （4）欲用丙裝置將粗銅(含少量鐵、鋅等雜質(zhì))精煉，G極材料應(yīng)該是________(填“粗銅”或“精銅”)，電解液中原電解質(zhì)的物質(zhì)的量濃度將_______(填“變大”、“變小”或“不變”)。 （5）丁裝置的現(xiàn)象是___________________________________________。 （6）設(shè)裝置甲中溶液的體積在電解前后都是500mL，當(dāng)裝置乙中F極所產(chǎn)生氣體的體積為4.48L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，甲池中所生成物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_______ molL?1。 【解析】（1）電源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色，說(shuō)明是氫離子放電，溶液呈堿性，F(xiàn)極為陰極，也就是說(shuō)B為負(fù)極。（2）鐵為陽(yáng)極，失去電子，溶液中的銅離子得到電子，則總反應(yīng)式：CuSO4+FeCu+FeSO4。（3）由（2）可知鐵、銅的物質(zhì)的量相同。（4）粗銅的精煉，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液，陽(yáng)極G應(yīng)該為粗銅，由于其中一些雜質(zhì)金屬放電，導(dǎo)致溶液中的銅離子的濃度減小。（6）由關(guān)系式H2～FeSO4可知裝置甲中所生成的FeSO4的物質(zhì)的量濃度為0.4molL?1。 【答案】（1）負(fù)極　 （2）CuSO4+FeCu+FeSO4 （3）1∶1　 （4）粗銅　變小　 （5）Y極附近紅褐色變深　 （6）0.4 9．電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過(guò)電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來(lái)，具有凈化水的作用。陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設(shè)計(jì)裝置如下圖所示： 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)若污水中離子濃度較小，導(dǎo)電能力較差，產(chǎn)生氣泡速率緩慢，無(wú)法使懸浮物形成浮渣。此 時(shí)，應(yīng)向污水中加入適量的________。 a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH （2）電解池陽(yáng)極的電極反應(yīng)分別是①______________________；②4OH－－4e－===2H2O+O2↑。 （3）電極反應(yīng)①和②的生成物反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是_________________。 （4）該熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。 ①已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH4+4CO－8e－===5CO2+2H2O。正極的電極反應(yīng)是_________________。 ②為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)。則A物質(zhì)的化學(xué)式是__________。 （5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若在陰極產(chǎn)生了44.8 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4(標(biāo)準(zhǔn)狀況)__________L。 【解析】（1）保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過(guò)電解生成Fe(OH)3沉淀時(shí)，加入的使導(dǎo)電能力增強(qiáng)的電解質(zhì)必須是可溶于水、顯中性的鹽，答案選c。（2）活潑金屬電極作電解池的陽(yáng)極時(shí)，電極本身放電，所以陽(yáng)極的電極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2+。（3）Fe2+具有還原性，能被氧氣氧化為Fe3+，則反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+。（4）①燃料電池中，正極反應(yīng)一定是氧氣得電子的過(guò)程，該電池的電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，所以正極的電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e－===2CO或2O2+4CO2+8e－===4CO；②電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳，所以A物質(zhì)的化學(xué)式為CO2。（5）陰極的電極反應(yīng)為2H++2e－===H2↑，陰極產(chǎn)生了44.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即2mol的氫氣，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，根據(jù)電池的負(fù)極電極反應(yīng)是CH4+4CO－8e－===5CO2+2H2O，當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，消耗CH4(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的體積V＝nVm＝0.5 mol22.4Lmol?1＝11.2L。 【答案】（1）c　 （2）Fe－2e－===Fe2+ （3）4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+ （4）①O2+2CO2+4e－===2CO(或2O2+4CO2+8e－===4CO)　②CO2　 （5）11.2