高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第6讲多池串联的两大模型及电化学计算教案

这是一份高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第6讲多池串联的两大模型及电化学计算教案，共16页。

多池串联及电化学计算是电化学的重点和难点，此类试题常将原电池和电解池串联，或多个电解池串联，要求考生构建对化学能与电能相互转化的原理和装置的认识模型，并能基于该认识模型分析陌生的化学电池、电解池的工作原理，实现能量转化或物质转化，突出《中国高考评价体系》中对考生的理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力等关键能力的发展水平要求，体现高考评价体系通过“四翼”(基础性、综合性、应用性和创新性)实现对学生“四层”的有效考查，能够客观全面地获取相关信息，能够从情境中提取有效信息；能够准确概括和描述学科所涉及基本现象的特征及其相互关系，并从中发现问题；能够透过现象看到本质，发现隐含的规律或原理。
多池串联模型是原电池和电解池认识模型的综合应用，要求考生能够准确判断原电池和电解池，结合原电池的工作原理或电解原理，分析装置图中物质的性质及变化，能够透过现象看到本质，发现隐含的规律或原理，并作出合理的分析、推测及判断。
1．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。
2．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，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。
(2)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。
角度1 考查原电池与电解池的串联
(2021·河南南阳一中检测)如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是( )
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
D [甲池是燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙、丙池是电解池，是将电能转化为化学能的装置，A项错误；在燃料电池中，在负极甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋6H2O，B项错误；电解池乙池中，电解后生成H2SO4、Cu和O2，要想复原，应加入CuO，C项错误；甲池中根据电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗280 mL O2(标准状况下0.012 5 ml)，则转移电子0.05 ml，丙装置中，电池总反应式为MgCl2＋2H2O eq \(=====,\s\up15(通电)) Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，理论上最多产生Mg(OH)2 的质量为0.025 ml×58 g·ml－1＝1.45 g，D项正确。]
[强化1] (2021·河南尖子生联考)钛被誉为第三金属，广泛用于航天航空等领域。硼化钒(VB2)­空气电池的放电反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，以该电池为电源制备钛的装置如图所示。
下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，OH－由阴离子交换膜左侧向右侧迁移
B．Pt极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
C．石墨电极可能发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2O2－－4e－===O2↑
D．若石墨极只收集到4.48 L Cl2气体，则理论上制备4.8 g Ti
D [该装置是原电池与电解池的串联，由硼化钒­空气电池放电总反应推知，Cu电极是正极，Pt电极是负极，故OH－由阴离子交换膜左侧向右侧迁移，A项正确；Pt电极上VB2发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，B项正确；石墨电极是电解池的阳极，电解质中阴离子(Cl－、O2－)发生氧化反应，C项正确；题目未指明4.48 L Cl2是否处于标准状况，不能据此计算制备Ti的质量，D项错误。]
[强化2] (2021·吉林长春检测)如图所示装置可间接氧化工业废水中含氮离子(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )。下列说法不正确的是( )
A．乙是电能转变为化学能的装置
B．含氮离子氧化时的离子方程式为3Cl2＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ===N2＋6Cl－＋8H＋
C．若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的pH减小
D．电池工作时，甲池中的Na＋移向Mg电极
D [该装置是原电池与电解池的串联，甲中活泼金属镁作原电池的负极，石墨为正极形成原电池，乙是连接原电池的电解池，电解酸性工业废水，电解池是将电能转变为化学能的装置，A项正确；酸性条件下含氮离子氧化时转化为氮气，反应的离子方程式为3Cl2＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ===N2＋6Cl－＋8H＋，B项正确；若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，根据电极反应6H＋＋6e－===3H2↑、3Cl2＋2NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ===N2＋6Cl－＋8H＋，则处理后废水的H＋浓度增大，pH减小，C项正确；电池工作时，甲池是原电池，原电池中阳离子Na＋移向正极石墨电极，D项错误。]角度2 考查电解池之间的串联
(2021·山东潍坊中学检测)下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( )
B [该装置是两个电解池的串联装置，当X为MgSO4时，b极上生成H2，电极质量不增加，A项错误； X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，d极上产生气体，C项错误； b极上析出Cu，d极上析出Ag，其中d极增加的质量大于b极增加的质量，D项错误。]
[强化3] (2021·福建部分重点校联考)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12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L
D．Fe极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D [甲池中A是阴极，B是阳极，若为精炼铜的装置，则A极是纯铜，B极是粗铜，A项错误；C极是阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Fe电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，滴加少量酚酞溶液，一段时间后，Fe电极附近溶液变浅红色，B项错误，D项正确；电镀铜装置中，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，阴极增重12.8 g(即0.2 ml)，电路中通过0.4 ml 电子，乙池中阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，反应生成0.2 ml Cl2，题目未指明气体的温度和压强，不能确定体积，C项错误。]
[强化4] (2021·山东聊城检测)如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是( )
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和Pt电极都有气泡产生
D．U形管中溶液的碱性增强
A [淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－===I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H＋放电，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI＋2H2O eq \(=====,\s\up15(通电)) 2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D项均正确；铂为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C项正确。]
电化学反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，因此电化学的计算问题，无论是单一原电池或电解池，还是串联电池，均可抓住得失电子守恒进行计算，此类问题要结合原电池的工作原理或电解原理，分析装置图中物质的性质及变化，并作出合理的分析、推测及计算，体现《中国高考评价体系》中对于“归纳与论证能力”的要求，要求考生能识别有效证据，科学推理论证，归纳总结规律，处理转化数据。以下是电化学中三种常见计算方法：
如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
角度3 电子守恒法在电解计算中的应用
(2021·河北辛集中学检测)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )＝0.6 ml·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K＋)为0.2 ml·L－1
B.上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D.电解后溶液中c(H＋)为0.2 ml·L1
A [石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从标况下收集到O2为2.24 L，可推知上述电解过程中共转移0.4 ml 电子，而在标况下生成2.24 L H2的过程中转移0.2 ml电子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 ml。电解前后分别有以下电荷守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 ml·L－1。]
[强化5] (2021·山东新泰一中检测)在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为( )
A.1 ml·L－1 B．2 ml·L－1
C.3 ml·L－1 D．4 ml·L－1
A [分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 ml，O2是由OH－失去0.4 ml电子而得到，H2是由H＋得到 0.2 ml 电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 ml电子是Cu2＋得到的，故Cu2＋的物质的量是0.1 ml，则Cu2＋的物质的量浓度为\f(0.1 ml,100×10－3 L)＝1 ml·L－1。]
角度4 关系式法在电解计算中的应用
用惰性电极电解0.1 L M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L(标准状况)O2，从而可知M的相对原子质量是_______________，溶液的pH是________________(均用含有a、b、x的代数式表示)。
解析 由关系式xO2～4M可得 eq \f(b,22.4) ∶ eq \f(a,M) ＝x∶4，可解出M＝ eq \f(5.6ax,b) g·ml－1。又由O2～4H＋可知：c(H＋)＝4× eq \f(b,22.4) ml÷0.1 L＝ eq \f(25,14) b ml·L－1，则pH＝－lg eq \f(25b,14) 。
答案 eq \f(5.6ax,b) －lg eq \f(25b,14)
[强化6] (2021·四川成都检测)将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )
A．4×10－3 ml·L－1 B．2×10－3 ml·L－1
C．1×10－3 ml·L－1 D．1×10－7 ml·L－1
A [由题意可知，n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2× eq \f(0.064 g,64 g·ml－1) ＝0.002 ml，c(H＋)＝ eq \f(0.002 ml,0.5 L) ＝4×10－3 ml·L－1。]
训练(三十二) 多池串联的两大模型及电化学计算
1．(2021·四川仁寿一中检测)锂­硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li＋xS===Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法中不正确的是( )
A．b为锂－硫电池的正极
B．电解过程中，Na＋向石墨2电极移动
C．锂－硫电池的负极反应式为Li－e－===Li＋
D．阳极反应式为CO＋3CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O－2e－===4HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
B [由图可知，CO在石墨2电极上被氧化生成CO2，则石墨2为阳极，根据电极的连接方式可知，b为锂－硫电池的正极，A项正确；石墨1为阴极，电解过程中，阳离子向阴极移动，故Na＋向石墨1电极移动，B项错误；锂是活泼金属，锂－硫电池中锂电极为负极，被氧化生成Li＋，则负极反应式为Li－e－===Li＋，C项正确；由图可知，CO在阳极被氧化为CO2，并与Na2CO3反应生成NaHCO3，故阳极反应式为CO＋3CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O－2e－===4HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，D项正确。]
2．(2021·湖北荆州中学检测)图1是电解饱和氯化钠溶液示意图。图2中，x轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，则y轴表示( )
A．n(Na＋) B．n(Cl－)
C．c(OH－) D．c(H＋)
C [该装置中，阳极氯离子放电生成氯气，其电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极氢离子放电，其电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；总反应式为2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2OH－＋H2↑＋Cl2↑。由上述分析可知，溶液中钠离子浓度不变， A项错误；阳极氯离子放电生成氯气，所以溶液中氯离子浓度减小， B项错误；阴极氢离子放电，所以溶液中c(OH－)增大，氢离子浓度减小， C项正确，D项错误。]
3．(2021·福建泉州检测)甲、乙两个电解池均以铂为电极，且互相串联，甲池中盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池电极的质量增加2.16 g，乙池电极上析出0.24 g金属，则乙池中的溶质可能是( )
A．CuSO4 B．MgSO4
C．Al(NO3)3 D．Na2SO4
A [根据阳离子放电顺序可知，在上述4个选项中只有CuSO4溶液中的Cu2＋电解时可以放电，从而在电极上析出；当转移0.02 ml电子时，乙池中析出铜的质量小于0.64 g，是因为电解过程中CuSO4不足，后来变成电解水，A项正确。]
4．(2021·山东潍坊检测)常温下用石墨作电极，电解100 mL 0.1 ml·L－1的Cu(NO3)2和0.1 ml·L－1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是( )
A．阴极增重1.4 g B．所得溶液pH<1
C．阴极增重0.64 g D．所得溶液pH>1
B [阴极可以放电的离子依次为0.01 ml Ag＋、0.01 ml Cu2＋，阳极可以放电的阴离子只有OH－。当阳极生成1.12 L O2时，电路中通过电子：n(e－)＝0.05 ml×4＝0.2 ml，此时Ag＋、Cu2＋已全部析出，质量：0.01 ml×108 g·ml－1＋0.01 ml×64 g·ml－1＝1.72 g。因为当Ag＋、Cu2＋全部析出以后，相当于电解水，H＋不再增加，所以生成的H＋所带电荷与0.01 ml Ag＋、0.01 ml Cu2＋所带电荷相等。则溶液中生成：c(H＋)＝0.3 ml·L－1，pH<1。当阴极生成1.12 L H2时，表明Ag＋、Cu2＋已经放电完全。阴极增重、溶液pH与以上相等。]
5．(2021·四川成都检测)用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是( )
A．电路中通过1 ml电子时，Y电极质量增加48 g
B．放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) (aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
C．c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2
D．X极为负极
A [Y电极为负极，铅放电生成硫酸铅，电路中通过1 ml电子时，增加0.5 ml SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，质量增加0.5 ml×96 g/ml＝48 g，A项正确；放电时，铅蓄电池负极发生氧化反应，而不是还原反应，B项错误；a极质量增加，即析出了 Ag，a为阴极，则Y为负极，X为正极，D项错误；c为阴极放出H2，d为阳极放出O2，物质的量之比为2∶1，C项错误。]
6．(2021·广东广州六校联考)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是( )
A．a为铅蓄电池的负极
B．电解过程中SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向右侧移动
C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
C [Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A项错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B项错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 ml e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 ml(9.6 g)SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C项正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===PbSO4＋2H2O，D项错误。]
7．(2021·山东章丘四中检测)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是( )
A．M为正极
B．c、e均为阳离子交换膜
C．b极电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．制备1 ml (CH3)4NOH，a、b两极共产生11.2 L气体(标准状况下)
B [根据图中Cl－移动方向可知，电极b是阳极，电极a是阴极，则M是电源的负极，N是正极，A项错误；左池产物是(CH3)4NOH，说明(CH3)4N＋透过交换膜c向左侧移动，则c是阳离子交换膜；Cl－通过d膜向右移动，通入NaCl稀溶液，流出NaCl浓溶液，说明阳极区溶液中Na＋通过交换膜e向左迁移，则e是阳离子交换膜，B项正确；b电极是阳极，电解液呈碱性，则电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C项错误；制备1 ml (CH3)4NOH，电路中转移1 ml 电子，据得失电子守恒可知，a极产生0.5 ml H2，b极产生0.25 ml O2，共产生0.75 ml 气体，在标准状况下的体积为16.8 L，D项错误。]
8．(2021·山西临汾中学检测)用乙醇燃料电池作为电源电解KI溶液的装置如下图所示，下列说法正确的是( )
A．甲池中OH－流向b极，乙池中OH－流向c极
B．a极的电极反应方程为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
C．已知I2会与OH－产生IO－，则在乙池的右侧会存在IO－
D．当乙池产生2 ml气体时，则电路中转移2 ml e－
C [甲池中乙醇通入a极，空气通入b极，则a极是负极，b极是正极，根据电极的连接方式可知，c极是阳极，d极是阴极。原电池中阴离子向负极移动，电解池中阴离子向阳极移动，则甲池中OH－流向a极，乙池中OH－流向c极，A项错误；甲池电解质溶液为KOH溶液，则a极反应式为CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋11H2O，B项错误；c极是阳极，电极反应为2I－－2e－===I2，I2会与OH－产生IO－，乙池中是阴离子交换膜，故乙池中交换膜的左侧和右侧都会存在IO－，C项正确；d极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，乙池产生2 ml气体时，则电路中转移4 ml 电子，D项错误。]
9．(2020·广东清远检测)认真观察下列装置，下列说法错误的是( )
A．装置B中PbO2上发生的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．装置A中总反应的离子方程式为Cu＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(通电)) Cu2＋＋H2↑
C．若在装置D中生成0.2 ml Fe(OH)3，则消耗水的物质的量共为0.5 ml
D．若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则极板M的材料为Ag
D [装置B和C之间通过盐桥连接，形成原电池，PbO2作正极，发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O，A项正确；装置A为电解池，Cu电极为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Pt电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故装置A中总反应为Cu＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(通电)) Cu2＋＋H2↑，B项正确；装置D中石墨为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Fe电极为阳极，电极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2↓，随后被氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故装置D中生成0.2 ml Fe(OH)3时，消耗水的物质的量为0.4 ml＋0.1 ml＝0.5 ml，C项正确；装置E中极板M为阴极，在Cu材料上镀银，应将Cu材料作阴极，Ag材料作阳极，AgNO3溶液作电解质溶液，故极板M的材料应为Cu，D项错误。]
10．(2021·湖北沙市中学检测)NaBH4燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．离子交换膜为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移
B．负极反应式为BH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6H2O
C．电极A为粗铜，烧杯中电解质溶液可选CuSO4溶液
D．消耗标准状况下2.24 L O2时，B电极质量减轻12.8 g
D [由图可知，燃料电池中O2通入石墨2，则石墨2是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，反应生成OH－，为使溶液呈电中性，Na＋要透过离子交换膜向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确；BH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 在负极被氧化生成BO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 和H2O，则负极反应式为BH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6H2O，B项正确；石墨2是正极，则电极A为阳极，要选用粗铜；电镀池中，电解质溶液要含有镀层金属阳离子，故可选用CuSO4溶液，C项正确；电极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当正极上消耗标准状况下2.24 L O2时，电路中转移0.4 ml电子，则B电极上析出0.2 ml Cu，电极质量增加12.8 g，D项错误。]
11．(2021·河南平顶山检测)如图所示，常温下，以H2燃料电池为电源分别电解300 mL硫酸铜溶液和400 mL氯化钠溶液，当消耗标准状况下的氧气224 mL时停止通电，电解过程中溶液的体积变化忽略不计，请回答下列问题。
(1)写出燃料电池的负极反应式：__________________________________。
(2)通电过程中将湿润的淀粉KI试纸放置在电极3附近，观察到的现象是________________________________________________________________________。
(3)停止通电后，C中溶液的pH为________。
(4)电极2是________(填“阳极”或“阴极”)。如果B槽中共产生336 mL气体(标准状况下)，则CuSO4的物质的量浓度是________ ml·L－1。
解析 (1)通氢气的一极为负极，电解质为酸，负极电极反应式为H2－2e－===2H＋。
(2)电极3为阳极，氯离子失电子生成Cl2，Cl2与KI反应置换出I2，I2使淀粉试纸变蓝色，过量的氯气会将碘氧化成碘酸钾，蓝色消失。
(3)标准状况下，224 mL O2的物质的量为0.01 ml，得到的电子为0.04 ml，即各电极均有0.04 ml电子经过，则C中电解的总反应式：2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，产生的n(OH－)＝0.04 ml，c(OH－)＝ eq \f(n（OH－）,V) ＝ eq \f(0.04 ml,0.4 L) ＝0.1 ml·L－1，故pH＝13。
(4)A中通入氧气的一极是正极，电极1与其相连，为阳极，则电极2为阴极。B中电极1产生氧气，根据电子数得：n(O2)＝ eq \f(0.04 ml,4) ＝0.01 ml；V(O2)＝224 mL，电极2先生成Cu，后产生氢气，V(H2)＝112 mL，n(H2)＝0.005 ml，H＋得电子0.01 ml，所以Cu2＋得电子的物质的量是0.03 ml，故n(Cu2＋)＝0.015 ml，c(Cu2＋)＝ eq \f(0.015 ml,0.3 L) ＝0.05 ml·L－1。
答案 (1)H2－2e－===2H＋ (2)试纸先变蓝色后褪色
(3)13 (4)阴极 0.05
12．(2021·湖北黄冈期初调研)如图1所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。
图1 图2
(1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为_______________________________________。
(2)关闭K1，打开K2，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则电源a端为________极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是_________________。
(3)D装置中有200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度________ml·L－1，t2时所得溶液的pH＝________。
(4)若C装置中溶液为AgNO3且足量，总反应的离子方程式为_______________。电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入______________________(填化学式)。
解析 (1)甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，负极上CH4被氧化，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O。
(2)关闭K1，打开K2，燃料电池A和电解池B组成串联电路，B中KMnO4紫红色液滴向d端移动，说明MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 向d移动，则d为阳极，从而推知a为电源的负极，b为正极；c为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c端溶液呈碱性，溶液变成红色。
(3)阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，阳极上先后发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；由图可知，t1时刻Cl－放电完毕，得到224 mL Cl2(标准状况)，则有n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝ eq \f(2×0.224 L,（22.4 L·ml－1）) ＝0.02 ml，故原混合液中c(NaCl)＝ eq \f(0.02 ml,0.2 L) ＝0.1 ml·L－1。t1～t2时间段生成112 mL O2(标准状况)，n(O2)＝ eq \f(0.112 L,（22.4 L·ml－1）) ＝5×10－3ml，结合阳极反应可知反应生成n(H＋)＝4n(O2)＝4×5×10－3ml＝0.02 ml，则t2时所得溶液中c(H＋)＝ eq \f(0.02 ml,0.2 L) ＝0.1 ml·L－1，故溶液的pH＝1。
(4)利用Pt电极电解AgNO3溶液时，阳极上OH－放电，阴极上Ag＋放电，电池总反应为4Ag＋＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 4Ag＋O2↑＋4H＋。为使电解质复原，可向电解后的溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。
答案 (1)CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O
(2)负 c端试纸变红
(3)0.1 1
(4)4Ag＋＋2H2O eq \(=====,\s\up15(通电)) 4Ag＋O2↑＋4H＋ Ag2O或Ag2CO3
考向1
多池串联模型及分析(分析与推测能力)
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
考向2
电化学的计算(归纳与论证能力)