2020版新一线高考化学（鲁科版）一轮复习教学案：专项突破14 “多池”组合装置的综合试题解题方略
展开专项突破(十四) “多池”组合装置的综合试题解题方略
常见组合装置模型示例
1.
A B
(原电池) (电解池)
2.
A B
(电解池) (原电池)
3. 4.
A B A B
(原电池) (电解池) (电解池) (电镀池)
[典例导航]
已知H2O2是一种弱酸性物质，在强碱溶液中主要以HO形式存在。现以AlH2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是( )
A．a电极的电极反应式为HO＋2e－＋H2O===3OH－
B．反应过程中，电子的流向为d→a，b→c
C．电解消耗2.7 g Al时，产生N2的体积为1.12 L
D．电解过程中，燃料电池中溶液的pH不断增大
[思路点拨] 左池为AlH2O2燃料电池，右池为电解池→c极为阳极[CO(NH2)2→N2]，d为阴极(H＋→H2)→a极为负极(Al→AlO)，b为正极(HO→OH－)。
D [根据电解池中c极上发生氧化反应生成N2知，c极为阳极，故d极为阴极，所以a极是负极，b极为正极，a极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，A错误；a极为负极，b极为正极，c极为阳极，d极为阴极，故反应过程中电子的流向为a→d，c→b，B错误；根据各电极上转移的电子数相等知，每消耗0.1 mol Al，转移0.3 mol电子，生成0.05 mol N2，在标准状况下N2的体积为1.12 L，但题中未标明标准状况，C错误；AlH2O2燃料电池的总反应为2Al＋3HO===2AlO＋OH－＋H2O，反应中有OH－生成，溶液pH增大，D正确。]
电极a、b、c、d的电极反应式分别为_________________________，
___________________________________________________________，
___________________________________________________________，
___________________________________________________________。
答案：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
3HO＋6e－＋3H2O===9OH－
CO(NH2)2－6e－＋8OH－===CO＋N2↑＋6H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
[对点训练]
1．(2019·辽宁五校联考)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是( )
甲 乙
A．电子的流动方向：M→Fe→CuSO4溶液→Cu→N
B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===2CO2↑＋N2↑＋12H2O
C．当N极消耗5.6 L O2时，则铁极增重32 g
D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
D [根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应，知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为M→Fe、Cu→N，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，B项错误；N极上发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Fe极上发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O2～2Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为×2×64 g＝32 g，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。]
2．烧杯A中盛放0.1 mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1 mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．A中Fe极质量减少，C极有气体产生
B．A为电解池，B为原电池
C．当A烧杯中产生0.1 mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol
D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大(不考虑Cl2溶于水)
B [构成A装置的活动性不同的电极、电解质溶液形成了闭合的回路，A为原电池装置，且A为B的电解提供电能。电极反应式分别为(烧杯A中)C正极：2H＋＋2e－===H2↑，Fe负极：Fe－2e－===Fe2＋。(烧杯B中)阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。烧杯B中电解氯化铜，铜离子浓度减小，水解程度减小，pH增大。 ]
课堂反馈 真题体验
(对应学生用书第128页)
1．(2018·全国卷Ⅰ，T13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
C [根据装置图中物质的转化关系分析电极反应类型，如EDTAFe2＋生成EDTAFe3＋，发生了氧化反应，EDTAFe3＋将H2S氧化成S，本身被还原成EDTAFe2＋，EDTAFe3＋和EDTAFe2＋可循环使用，故石墨烯电极为阳极，阳极与光伏电池的正极连接。CO2发生还原反应生成CO，故ZnO@石墨烯电极为阴极。
阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。]
2．(2017·全国卷Ⅱ，T11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
C [A对：该电解池阳极发生的电极反应为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，铝化合价升高失电子，所以待加工铝质工件应为阳极。
B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。
D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。]
3．(2018·全国卷Ⅰ，T27(3))制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为
___________________________________________________________。
电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
解析：阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。
答案：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
4．(2018·全国卷Ⅲ，T27(3))KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式__________________________________
___________________________________________________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________(写出一点)。
解析：(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，KClO3氧化法生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ (2)K＋ 由a到b (3)产生Cl2易污染环境等
