高中化学新教材同步选择性必修第一册 第4章 微专题11 电化学中多池装置及定量计算（同步讲义）

这是一份高中化学新教材同步选择性必修第一册 第4章 微专题11 电化学中多池装置及定量计算（同步讲义），共5页。
微专题11　电化学中多池装置及定量计算一、多池装置1．判断电池类型①有外接电源时，各电池均为电解池。②无外接电源，如燃料电池、铅蓄电池在电池中作电源，其他均为电解池。③无外接电源，有活泼性不同电极的为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的为电解池。④根据电极反应现象判断。2．常用解题步骤 ↓ ↓二、电化学中的定量计算1．计算的方法(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路各极的电量相同等类型的计算。(2)总反应式计算：根据总反应式列比例式计算。(3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。2．常用解题步骤(1)正确书写电极反应式，注意阳极是否发生反应，当溶液中有多种离子放电时，注意离子放电的阶段性。(2)根据得失电子守恒，串联电路中各电极转移的电子总数相等，列出关系式进行计算。1．假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是(　　)A．当K闭合时，甲装置在电路中作电源B．当K断开时，乙装置锌片溶解，有氢气产生C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④D．当K闭合后，甲、乙装置中pH变大，丙装置中pH不变答案　A2．将两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解质溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有H2逸出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是(　　)A．27 mg B．54 mgC．108 mg D．216 mg答案　B解析　当电解液的pH从6.0变为3.0时，氢离子的浓度由10－6 mol·L－1变为10－3 mol·L－1，硝酸的浓度等于氢离子的浓度，则n(HNO3)＝(10－3 mol·L－1－10－6 mol·L－1)×0.5 L≈5×10－4 mol设生成银x g，则4AgNO3＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3 4×108 g 4 mol x g 5×10－4 moleq \f(4×108 g,x g)＝eq \f(4 mol,5×10－4 mol)，解得x＝0.054，即为54 mg，故选B。3．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \o\al(－,3))＝0.6 mol·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 mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1答案　A解析　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↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol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 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \o\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \o\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。4．如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题：(1)a为电源的________(填“正”或“负”)极，C池是________池。A池阳极的电极反应为________________，C池阴极的电极反应为________________。(2)如果B槽中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(设电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。答案　(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑　Ag＋＋e－===Ag　(2)0.025 mol·L－1　(3)13解析　(1)根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，说明电极5作阴极，Ag＋放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，转移电子的物质的量为0.02 mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。则a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。(2)B槽中电解总反应为2CuSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 mol电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，体积为112 mL(标准状况)＜224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02，eq \f(1,2)x＋eq \f(3,2)y＝0.01，解得x＝y＝0.005，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。(3)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝eq \f(0.02 mol,0.2 L)＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝13。5．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。(1)甲中负极的电极反应式为_____________________________________________________。(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为______。(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中②线表示的是______的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要_____ mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。答案　(1)CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \o\al(2－,3)＋6H2O　(2)2.24 L　(3)Fe2＋　280解析　(1)甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \o\al(2－,3)＋6H2O。(2)工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1 mol，电极反应为Cu2＋　＋　2e－===Cu，0.1 mol 0.2 mol2H＋　＋　 2e－===H2↑，2x 　　xA电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4x x得到0.2 mol＋2x＝4x，x＝0.1 mol乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无到有逐渐增多，铁离子物质的量逐渐减小，亚铁离子物质的量逐渐增大，①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋，依据(2)计算得到电子转移为0.4 mol，当电子转移为0.4 mol时，丙中阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋，生成Cu2＋物质的量为0.2 mol，由图像分析可知：反应前，丙装置中n(Fe3＋)＝0.4 mol，n(Fe2＋)＝0.1 mol，当电子转移0.4 mol时，Fe3＋完全反应，生成0.4 mol Fe2＋，则反应结束后，Fe2＋的物质的量为0.5 mol，Cu2＋的物质的量为0.2 mol，所以需要加入NaOH溶液1.4 mol，所以NaOH溶液的体积为eq \f(1.4 mol,5 mol·L－1)＝0.28 L＝280 mL。