1、培优点二十二 电解池的串联问题一电解池的串联问题典例1如下图所示，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CH3OH6e+2H2O=CO+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溶液恢复原浓度D甲池中消耗280 mL(标准状况)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体【解析】甲池为原电池，作为电源，电解乙池丙池两个电解池，A错误；通入CH3OH的一极为负极，负极反应：CH3OH6e+8OH=CO+6H
2、2O，B错误；应加入CuO或CuCO3，C错误；丙池中发生反应：MgCl2+2H2OMg(OH)2+Cl2+H2，消耗0.0125mol O2，转移0.05mol电子，生成0.025mol Mg(OH)2，其质量为1.45g，D正确。【答案】D典例2下图装置闭合电键K时，电流计A的指针将发生偏转。试回答：（1）丙池是_(填“原电池”或“电解池”)，甲中a电极的名称是_(填“正极”或“负极”)，丙中c电极的名称是_(填“阳极”或“阴极”)。（2）乙中Cu极的电极反应是_，若电路中有0.02 mol电子通过，则甲中a电极溶解的质量为_g。（3）闭合电键K一段时间后，丙池中生成两种气体和一种碱，则丙
3、池中发生的总化学方程式是_（4）如果要给丙中铁片上镀上一层Cu，则丙池应作何改进：_。【解析】（1）甲、乙构成原电池，则丙为电解池，由电子流向可知，锌作负极，即a为负极，c连接b，b为正极，故c为阳极。（2）Cu作正极，电极反应式为Cu2+2e=Cu，a极上发生反应Zn2e=Zn2+，转移0.02mol电子，消耗锌的质量为0.01mol65gmol10.65g。（3）闭合K，丙池电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2。（4）电镀：待镀金属作阴极，电解质溶液含镀层离子，镀层金属作阳极，故应将“C”换成“Cu”、“NaCl溶液”换成“CuSO4溶液”。【答案】（1）电解池阳极
4、负极（2）Cu2+2e=Cu0.65（3）2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2（4）将“C”换成“Cu”、“NaCl溶液”换成“CuSO4溶液”二对点增分集训1某同学按下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，SO从右向左通过交换膜移向A极。下列分析正确的是（ ）A溶液中c(A2+)减小BB极的电极反应：B2e=B2+CY电极上有H2产生，发生还原反应D反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀【解析】根据SO从右向左通过交换膜移向A极，则A极为负极，故A极的电极反应为A2e=A2+，溶液中c(A2+)增大；B极为正极，发生还原反应；Y电极为阳极，有Cl
5、2产生；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H+放电，c(H+)减小，c(OH)增大，且Al3+移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。【答案】D2如下图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，下列关于该电池工作时的说法正确的是（ ）A该装置工作时，Ag电极上有气体生成B甲池和乙池中的溶液的pH均减小C甲池中负极反应为N2H44e=N2+4H+D当甲池中消耗0.1mol N2H4时，乙池中理沦上最多产生6.4g固体【解析】甲池作原电池，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为N2H44e+4OH=N2+4H2O，正极反应为O2+4e+2H2O
6、=4OH。乙池为电解池，银极为阴极，石墨为阳极，阴极反应为Cu2+2e=Cu，阳极反应为4OH4e=2H2O+O2。由以上分析可知，A、C错误；甲池生成水，导致溶液中KOH浓度降低，则溶液pH减小，乙池中氢氧根离子放电，导致溶液pH减小，B正确；甲池消耗0.1mol N2H4时，转移0.4mol电子，乙池生成0.2mol铜，即12.8g固体，D错误。【答案】B3图1为甲烷和O2构成的燃料电池示意图，电解质为KOH溶液，图2为电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是（ ）A图1中电解质溶液的pH增大B图2中电解AlCl
7、3溶液的总反应为2Cl+2H2OCl2+H2+2OHCA处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4+10OH8e=CO+7H2OD电解池中Cl向x极移动【解析】甲烷和O2构成的燃料电池为原电池，甲烷在负极发生氧化反应，由于观察到x电极附近出现白色沉淀说明产生氢氧化铝沉淀，x电极为电解池的阴极，a为原电池的负极，甲烷失电子，被氧化，C正确；电解AlCl3溶液应生成氢氧化铝沉淀，B错误；图1中甲烷的燃料电池不断消耗碱，溶液的pH减小，A错误；电解池中Cl向阳极移动，x极为阴极，D错误。【答案】C4下图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05molL1的CuCl2溶液，B池中加入0.
8、1molL1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上析出的物质的物质的量之比是（ ）A2241 B1121C2111 D2121【解析】由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2eCuCl22AgO2，所以a、b、c、d四个电极上析出物质的物质的量之比为1122241。【答案】A5以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如下图所示。下列说法正确的是（ ）A燃料电池工作时，正极反应为O2+2H2O+4e=4OHBa极是铜，b极是铁时，溶液中CuSO4浓度减小Ca、b两极若是石墨，在同温同压下a极产生
9、的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为Da极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同【解析】根据图示知乙烷燃料电池中左侧电极为电源的正极，右侧电极为电源的负极，a为电解池的阴极，b为电解池的阳极。该燃料电池工作时，负极产物为CO2，说明电解质溶液呈酸性，正极反应为O2+4H+4e=2H2O，A错误；a极是铜，b极是铁时，电解总反应为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，溶液中硫酸铜浓度减小，B正确；a、b两极若是石墨，a极反应式为Cu2+2e=Cu，当硫酸铜溶液足量时没有气体产生，C错误；a极是纯铜，b极是粗铜时，为铜的电解精炼，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，但溶解的不只
10、是铜，两极质量变化不相同，D错误。【答案】A6如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：（1）在电源中，B电极为_极(填电极名称，下同)；丙装置中Y电极为_极。（2）在甲装置中，石墨(C)电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应；甲装置中总的化学方程式是_。（3）丙装置在通电一段时间后，X电极上发生的电极反应式是_。（4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64 g，请问甲装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为_L。【解析】（1）由于电源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明在Fe电极附近的水溶液显碱性。则在该电极
11、上是H+放电，所以Fe为阴极，与直流电源的负极相连。因此在电源中，B电极为负极，A电极为正极。在丙装置中Y电极为阴极。（2）在甲装置中，石墨(C)电极为电解池的阳极，在阳极上发生氧化反应。由于在NaCl溶液中放电能力ClOH，所以在C电极上发生氧化反应：2Cl2e=Cl2。甲装置中总的化学方程式是2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH。（3）丙装置在通电一段时间后，阳极X电极上发生的电极反应式是2Cl2e=Cl2。（4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64 g，n(Cu)0.01mol。则n(e)0.02mol。由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为0.01m
12、ol，在标准状况下为0.224L。【答案】（1）负阴（2）氧化2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2（3）2Cl2e=Cl2（4）0.2247如下图所示，通电5min后，电极5的质量增加2.16g，请回答下列问题：（1）电源：a是_极，C槽是_池。A槽的阴、阳极电极反应：_。C槽的阴、阳极电极反应：_。（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）室温下如果A槽溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程中溶液体积不变)，则通电后溶液的pH为_。【解析】（2）电极5发生的电极反应，Ag
13、+e=Ag，n(Ag)0.02mol，可知电路上通过0.02mol电子。B槽电极4产生O2，n(O2)0.005mol，则B槽电极3产生的H2为0.005mol0.005mol，由于2H+2e=H2，所以Cu2+得到电子物质的量为0.01mol，所以n(Cu2+)0.005mol，c(Cu2+)0.025molL1。（3）A中c(OH)0.100molL1，故pH13。【答案】（1）负电镀阴极：2H+2e=H2；阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Ag+e=Ag；阳极：Age=Ag+（2）0.025molL1（3）138某研究性学习小组将下列装置如图连接，D、F、X、Y都是铂电极，C、E是铁电极。将
14、电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试回答下列问题：（1）电源B端的名称是_(填“正极”或“负极”)。（2）甲装置中电解反应的总化学方程式是_。（3）设电解质溶液过量，则同一时间内C、D电极上参加反应的单质与生成的单质的物质的量之比是_。（4）欲用丙装置将粗铜(含少量铁、锌等杂质)精炼，G极材料应该是_(填“粗铜”或“精铜”)，电解液中原电解质的物质的量浓度将_(填“变大”、“变小”或“不变”)。（5）丁装置的现象是_。（6）设装置甲中溶液的体积在电解前后都是500mL，当装置乙中F极所产生气体的体积为4.48L(标准状况)时，甲池中所生成物质的物质的量浓度为_ molL1。【解
15、析】（1）电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明是氢离子放电，溶液呈碱性，F极为阴极，也就是说B为负极。（2）铁为阳极，失去电子，溶液中的铜离子得到电子，则总反应式：CuSO4+FeCu+FeSO4。（3）由（2）可知铁、铜的物质的量相同。（4）粗铜的精炼，电解质溶液为CuSO4溶液，阳极G应该为粗铜，由于其中一些杂质金属放电，导致溶液中的铜离子的浓度减小。（6）由关系式H2FeSO4可知装置甲中所生成的FeSO4的物质的量浓度为0.4molL1。【答案】（1）负极（2）CuSO4+FeCu+FeSO4（3）11（4）粗铜变小（5）Y极附近红褐色变深（6）0.49电浮选凝聚法是
16、工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如下图所示：请回答下列问题：（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此 时，应向污水中加入适量的_。aH2SO4 bBaSO4 cNa2SO4 dNaOH（2）电解池阳极的电极反应分别是_；4OH4e=2H2O+O2。（3）电极反应和的生成物反应得到Fe(
17、OH)3沉淀的离子方程式是_。（4）该熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。已知负极的电极反应是CH4+4CO8e=5CO2+2H2O。正极的电极反应是_。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环。则A物质的化学式是_。（5）实验过程中，若在阴极产生了44.8 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4(标准状况)_L。【解析】（1）保持污水的pH在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水、显中性的盐，答案选c。（2）活泼金属电极
18、作电解池的阳极时，电极本身放电，所以阳极的电极反应为Fe2e=Fe2+。（3）Fe2+具有还原性，能被氧气氧化为Fe3+，则反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2+10H2O+O2=4Fe(OH)3+8H+。（4）燃料电池中，正极反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质是熔融碳酸盐，所以正极的电极反应为O2+2CO2+4e=2CO或2O2+4CO2+8e=4CO；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳，所以A物质的化学式为CO2。（5）阴极的电极反应为2H+2e=H2，阴极产生了44.8L(标准状况)即2mol的氢气，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH4+4CO8e=5CO2+2H2O，当转移4mol电子时，消耗CH4(标准状况)的体积VnVm0.5 mol22.4Lmol111.2L。【答案】（1）c（2）Fe2e=Fe2+（3）4Fe2+10H2O+O2=4Fe(OH)3+8H+（4）O2+2CO2+4e=2CO(或2O2+4CO2+8e=4CO)CO2（5）11.28
