1、优培20 电解池的串联问题电解池的串联问题1.应用 例1如图所示，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错的是（ ）A该装置工作时，石墨电极上有气体生成B甲池中负极反应为N2H4-4e+4OH=N2+4H2OC甲池和乙池中的溶液的pH均减小D当甲池中消耗0.1mol N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4g固体【解析】甲池的总反应式为：N2H4+O2=N2+2H2O，N2H4被氧化，所以甲池中左侧电极为负极，右侧电极为正极，乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极。A根据分析可知是的电极为阳极，电解硫酸铜溶液中水电离出的氢氧根放电产生氧气，所以石墨电极上有气体产
2、生，故A正确；BN2H4被氧化为负极，电解质溶液显碱性，所以电极反应为N2H4-4e+4OH=N2+4H2O，故B正确；C甲池生成水，导致溶液中KOH浓度降低，则溶液pH减小；乙池中阳极水电离出的氢氧根离子放电，同时会产生氢离子，导致溶液pH减小，故C正确；D甲池负极反应为N2H4-4e+4OH=N2+4H2O，消耗0.1mol N2H4时，转移0.4mol电子，乙池阴极上Cu2+2e=Cu，根据电子守恒可知产生0.2mol铜，质量为12.8g，故D错误；综上所述答案为D。【答案】D例2如图所示，通电5min后，电极5的质量增加2.16g，请回答下列问题：（1）a为电源的(填“正”或“负”)极
3、，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池中共收集到224mL气体(标准状况)且溶液体积为200mL(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200mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为。【解析】根据已知条件通电5min后，电极5的质量增加2.16g，说明电极5作阴极，银离子放电，电极反应为Ag+e=Ag，转移电子的物质的量为0.02mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。同时可得a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。由此可得（1）中答案。（2）B池中电解总
4、反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4，若转移0.02mol电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4O24e可得n(O2)= 0.005mol，体积为112mL(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，x+y=0.01，解得x=y=0.005mol，则c(CuSO4)=0.025molL1。（3）由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2，根据关系式NaOHe，生成的n(NaOH)=0.02mol，则c(NaOH)
5、=0.1molL1，即溶液的pH=13。【答案】（1）负电解2Cl2e=Cl2Ag+e=Ag（2）0.025 molL1（3）13提分训练1烧杯A中盛放0.1molL1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1molL1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，组成的装置如图所示。下列说法不正确的是（ ）AA为原电池，B为电解池BA为电解池，B为原电池C当A烧杯中产生0.1mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1molD经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大【解析】构成A装置的是活泼性不同的两电极，两电极均浸在电解质溶液中，两极形成了闭合回路，所以A装置为原电池装置，且A装置为B装置提供电能。A装
6、置中的电极反应式：正极：2H+2e=H2，负极：Fe-2e=Fe2+。B装置中的电极反应式：阴极：Cu2+2e=Cu，阳极：2Cl-2e=Cl2。装置B是电解氯化铜溶液，铜离子浓度减小，水解程度减小，溶液的pH增大。【答案】B2H3BO3(一元弱酸)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是（ ）AM室发生的电极反应式为：2H2O-4eO24H+Bb膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸CN室中：abD理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6L气体【解析】AM室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H+，电极反应式为2H2O-4
7、e=O2+4H+，A正确；B原料室中的B(OH)通过b膜进入产品室，M室中氢离子通入a膜进入产品室，则b膜为阴离子交换膜，B正确；CN室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH，原料室中的Na+通过c膜进入N室，使阴极区溶液中c(NaOH)增大，所以N室：a%b%，C正确；D理论上每生成1mol产品，M、N室电极反应式分别为2H2O-4e=O2+4H+、2H2O+2e=H2+2OH，M室生成1mol H+、N室生成0.5mol H2，阴极生成的气体体积在标况下是11.2L，D错误；故合理选项是D。【答案】D3工业上采用如图装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业KCl制取KOH
8、溶液。下列有关说法错误的是（ ）Aa为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求Bc为负极，电极反应式为CH3OH+8OH6eCO+6H2OC从e出来的气体为氧气，从f出来的气体为氢气D钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液【解析】根据图像可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，d作电池的正极；c上甲醇失电子，与氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；A、C为电解池g、a为电解池的阳极，b、h为电解池的阴极；a为精铜，作电解池的阳极，失电子，b为铁制品作阴极，铜离子得电子可实现镀铜要求，A正确; c为负极，甲醇失电子与溶液中的氢氧根离子反应生成碳酸根离子，电极反应式为CH3OH
9、+8OH6eCO+6H2O，B正确；KCl，e处为阳极，氯离子失电子出来的气体为氯气，从f出来的气体为氢气，C错误；电解槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液，D正确。【答案】C4下图所示装置中，甲、乙、丙三个装置中依次分别盛放含酚酞的200mL NaCl溶液、CuSO4溶液、MgCl2溶液，a、b、e、f电极均为石墨电极。通电一段时间后，a极附近首先变红色，下列有关说法正确的是（ ）A则M接电源的正极B乙为铁片上镀铜，则d极为铁片C当f电极生成0.224L某一种气体时（已经换算为标准状况下），常温下，则甲中溶液的pH=13（忽略溶液体积的变化）D丙中原理
10、用于工业制备镁单质【解析】根据图示可知甲、乙、丙三个装置为串联的电解池，根据通电一段时间后，a极附近首先变红色，可知a电极附近溶液显碱性，说明在a电极发生反应2H+2e=H2，因此可确定a电极为阴极，与a连接的电源电极M接电源负极，N接电源的正极。f电极为阳极，发生反应：2Cl-2e=Cl2，n(Cl2)=0.224L22.4L/mol=0.01mol，则电子转移的物质的量为n(e)=2n(Cl2)=0.02mol，对于甲发生反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2，所以若转移0.02mol电子，反应产生NaOH的物质的量是0.02mol，由于溶液的体积为0.2L则c(NaOH)=
11、0.02mol0.2L=0.1mol/L，c(H+)=10140.1molL1=1013mol/L，则溶液的pH=13，故选C。【答案】C5某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是（ ）A电流方向：电极A电极B电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu2+2e=Cu【解析】烧杯I和II共同组成了一个原电池，I为负极，II为正极，所以第三个烧杯为电解池，III为电解池的阳极，Cu电极放电，IV为电解池的阴极，铜离子放电。电流由原电池的正极经用电器流向原电池的负极，所以电流方向：电极A电极，A正确；电极I是原电池的负极，应该发生氧化反应，B错误；铜离
12、子在电极II上得电子，不断生成铜单质附着在电极表面，电极不会溶解，C错误；电极III为电解池的阳极，Cu电极放电，电极反应为Cu-2e=Cu2+，D错误。【答案】A6高能锂离子电池总反应式为2Li+FeS=Fe+Li2S，LiPF6SO(CH3)2为电解质，用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法正确的是（ ）ALiPF6SO(CH3)2可用Li2SO4水溶液代替B当转移1mol e时，b室离子数增加NA个C若去除图中阴离子膜，则电解反应总方程式发生改变D该电池充电时阳极反应式为Fe+Li2S2e=FeS+2Li+【解析】ALi是活泼金属可与水反应，故A不正确；
13、B当转移1mol e时，b室中从a过来1mol Na+，从b过来1mol Cl，离子数应该增加2NA个，故B不正确；C若去除图中阴离子膜，则电解反应总方程式不会发生改变，依然是阳极氢氧根离子失电子，阴极镍离子得电子，故C不正确；D该电池充电时阳极反应式是正极反应的逆反应，故D正确；正确答案：D。【答案】D7一氧化氮空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能，实现了制硝酸、发电环保三位一体的结合。如图所示，某同学设计用该电池探究将雾霾中的SO2、NO转化为(NH4)2SO4的原理和粗铜的精炼原理。(1)燃料电池放电过程中负极的电极反应式 。(2)乙装置中物质A是 (填化学式)，理由是 ；电解过程中
14、阳极附近pH_(填“增大”“减小”或“不变”)，阴极的电极反应式是_。(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，CuSO4溶液的浓度将_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)若在标准状况下，甲装置有22.4 L O2参加反应，则乙装置中转化SO2和NO的物质的量共有_mol；丙装置中阴极析出铜的质量为_g。【解析】根据题中图示，判断原电池甲的正负极，写出燃料电池电极反应；根据题中图示，判断电解池乙的阴阳极，写出阴阳极电极反应，据此分析解答；根据粗铜精炼原理，判断Cu2+减少；根据转移电子守恒，计算相应的物质的量及质量。（1）由题中图示可知，左端NO中N元素化合价由+2价失电子
15、变成+5价，发生氧化反应，由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为原电池负极，其电极反应：NO-3e+2H2O=NO+4H+。（2）由题中图示可知，通SO2的石墨电极与电源正极相连，为阳极，失电子发生氧化反应，其电极反应为SO2-2e+2H2O=SO+4H+，通NO的石墨电极为阴极，得电子发生还原反应，其电极反应为NO+5e+6H+=NH+H2O，总反应方程式为5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4或阳极的电极反应为SO2-2e+2H2O=SO+4H+，A为H2SO4，电解过程中阳极附近pH减小。（3）丙装置中，粗铜作阳极，粗
16、铜中含有锌、银等杂质，阳极上金属失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子生成铜，根据转移电子守恒，阳极上Zn比Cu活泼，Zn会失电子变成Zn2+，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小；答案为减小。（4）在标准状况下，甲装置有22.4L O2参加反应，即1mol O2参加反应，转移4mol电子，由转移电子守恒得，阳极SO2-2e+2H2O=SO+4H+，转移4mol电子，参加反应SO2为2mol，阴极NO+5e+6H+=NH+H2O，转移4mol电子，参加反应NO为0.8mol，乙装置中转化SO2和NO的物质的量共有2mol+0.8mol=2.8mol，丙装置中阴极电
17、极反应为Cu2+2e=Cu，转移4mol电子，析出2mol Cu，析出铜的质量为2mol64g/mol=128g；答案为2.8，128。【答案】（1）NO-3e+2H2O=NO+4H+ （2） H2SO4 根据反应5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4或阳极的电极反应为SO2-2e+2H2O=SO+4H+，故A为H2SO4 减小 NO+5e+6H+=NH+H2O （3） 减小 （4） 2.8 128 8A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：阳离子Na+、K+、Cu2+阴离子SO、OH如图1所示装置中，甲、乙、
18、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题：（1）M为直流电源的_极，b电极上发生的电极反应为_。（2）计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为_。（3）写出乙烧杯中的总反应方程式：_。【解析】测得乙中c电极质量增加了16g，由表可知乙中含有Cu2+，结合离子的共存可知，B为CuSO4，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH；（1）c电极析出Cu，由铜离子在阴极得电子生成Cu可知c为阴极，则M为负
19、极，N为正极；b与正极相连，则b为阳极，所以b电极上是氢氧根离子失电子生成氧气，其电极反应式为：4OH-4e=2H2O+O2；正确答案：负；4OH-4e=2H2O+O2。（2）e与电源负极相连为阴极，则e电极上是氢离子得电子生成氢气，已知n（Cu）=0.25mol，由Cu2eH2可知生成标况下氢气的体积为0.25mol22.4L/mol=5.6L；正确答案：5.6L。（3）乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液，总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4；正确答案：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4。【答案】（1）负 4OH4e=2H2O+O2 （2）5.6L （3）2C
20、uSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 9如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试完成以下问题：(1)电源A极的名称是_。(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_。(3)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是_。(4)欲用丙装置给铜镀银，G应该是_(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是_(填化学式) 。(5)装置丁的现象是_，说明_。【解析】F极附近呈现红色，说明F极附近生成了OH，电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2，放氢生碱，阴极生成碱。F、D、H、Y为阴极，C、E、G、X为
21、阳极，A为正极，B为负极。(1)F极附近生成了OH，为阴极，则B为负极，A为正极，答案为正极；(2)甲装置中为CuSO4溶液，Cu2+在阴极得到电子，OH在阳极失去电子，根据得失电子守恒可以写出电解方程式，答案为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2；(3)电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2，相同情况下，气体体积之比等于物质的量之比，答案为11；(4)铜上镀银，铜作阴极，银作阳极，G是阳极，G为银，电镀液为镀层金属的溶液，为硝酸银。答案为Ag；AgNO3；(5)氢氧化铁胶粒带正电荷，在外加电场的作用下，向阴极移动，所以现象是阴极附近红褐色会加深。答案为Y极附近红褐色变深；氢氧化铁胶粒带正电。【答案】（1）正极 （2）2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 （3）11 （4）Ag AgNO3 （5）Y极附近红褐色变深 氢氧化铁胶粒带正电