電化學組合裝置試卷及解析答案

1、電化學組合裝置專題分析將原電池和電解池結(jié)合在一起，綜合考查化學反應中的能量變化、氧化還原反應、化學實驗和化學計算等知識，是高考試卷中電化學部分的重要題型。該類題目的考查內(nèi)容通常有以下幾個方面：電極的判斷、電極反應式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動、pH的變化以及電解質(zhì)溶液的恢復、運用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。解答該類試題，透徹理解電化學原理是基礎，準確判斷電池種類是關(guān)鍵，靈活利用電子守恒是處理數(shù)據(jù)的法寶。具體可按以下三個步驟進行：第一步：多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷(1)直接判斷：非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如下圖中，A為原電池，B為電解池。(

2、2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷：原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個為金屬電極另一個碳棒做電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應。如下圖中，B為原電池，A為電解池。(3)根據(jù)電極反應現(xiàn)象判斷：在某些裝置中根據(jù)電極反應或反應現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型，如圖。若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極， C是負極；甲是電解池， A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應，A、C極發(fā)生氧化反應。第二步：利用

3、相關(guān)概念進行分析判斷在確定了原電池和電解池后，利用有關(guān)概念作分析和判斷，如電極的判斷、電極反應方程式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動方向、pH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復等。只要按照各自的規(guī)律分析即可。第三步：串聯(lián)裝置中的數(shù)據(jù)處理原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時要注意兩點：串聯(lián)電路中各支路電流相等；并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。上圖中，裝置甲是原電池，裝置乙是電解池，若電路中有0.2 mol 電子轉(zhuǎn)移，則Zn極溶解6.5 g，Cu極上析出H2 2.24 L(標準狀況)，Pt極上析出Cl2 0.1 mol，C極上析出C

4、u 6.4 g。甲池中H被還原，產(chǎn)生H2，負極Zn氧化生成ZnSO4溶液，pH變大；乙池中是電解CuCl2溶液，由于Cu2濃度的減小使溶液pH微弱增大，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復原?！镜淅馕觥?燒杯A中盛放0.1 mol/L的H2SO4溶液，燒杯B中盛放0.1 mol/L的CuCl2溶液(兩種溶液均足量)，組成的裝置如圖所示。下列說法不正確的是()AA為原電池，B為電解池BA為電解池，B為原電池C當A燒杯中產(chǎn)生0.1 mol氣體時，B燒杯中產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量也為0.1 molD經(jīng)過一段時間，B燒杯中溶液的pH增大解析：選B構(gòu)成A裝置的是活潑性不同的兩電極，兩電極均浸在電解質(zhì)溶液

5、中，兩極形成了閉合回路，所以A裝置為原電池裝置，且A裝置為B裝置提供電能。A裝置中的電極反應式：正極：2H2e=H2，負極：Fe2e=Fe2。B裝置中的電極反應式：陰極：Cu22e=Cu，陽極：2Cl2e=Cl2。裝置B是電解氯化銅溶液，銅離子濃度減小，水解程度減小，溶液的pH增大。2.某興趣小組的同學用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學的問題。當閉合該裝置的電鍵時，觀察到電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。請回答下列問題：(1)甲池為_(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”)，通入CH3OH電極的電極反應為_。(2)乙池中A(石墨)電極的名稱為_(填“正極”“負極”“陰極”或“陽極”)，總反應式為_。(3)當乙池

6、中B極質(zhì)量增加5.40 g時，甲池中理論上消耗O2的體積為_mL(標準狀況)，丙池中_極析出_g銅。(4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時間后，甲中溶液的pH將_(填“增大”“減小”或“不變”)；丙中溶液的pH將_(填“增大”“減小”或“不變”)。解析(1)甲池為原電池，通入CH3OH的電極為負極，電極反應為：CH3OH6e8OH=CO6H2O。(2)乙池中為用惰性電極電解AgNO3溶液，其中A作陽極，B作陰極，總反應為：4AgNO32H2O電解,4AgO24HNO3。(3)根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子相同，則n(Ag)4n(O2)2n(Cu)，故V(O2)×

7、15;22.4 L0.28 L280 mL，m(Cu)××64 g1.60 g。(4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，根據(jù)丙中總反應2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，溶液pH增大，而甲中總反應為2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O，溶液pH減小。答案(1)原電池 CH3OH6e8OH=CO6H2O(2)陽極4AgNO32H2O電解,4AgO24HNO3 (3)280D1.6(4)減小增大專項訓練1. (2014·廣東高考)某同學組裝了如圖所示的電化學裝置，電極為Al，其他均為Cu，則()A電流方向：電極 電極B電極發(fā)生還原反應C電極逐漸

8、溶解D電極的電極反應：Cu22e=Cu解析：選A當多個池串聯(lián)時，兩電極材料活潑性相差大的作原電池，其他池作電解池，由此可知圖示中左邊兩池組成原電池，右邊組成電解池。A項，電子移動方向：電極電極，電流方向與電子移動方向相反，A正確。B項，原電池負極在工作中失電子，被氧化，發(fā)生氧化反應，B錯誤。C項，原電池正極為得電子極，銅離子在電極上得電子，生成銅單質(zhì)，該電極質(zhì)量逐漸增大，C錯誤。D項，電解池中陽極為非惰性電極時，電極本身失電子，形成離子進入溶液中，因為電極為正極，因此電極為電解池的陽極，其電極反應式為Cu2e=Cu2，D錯誤。2(2014·天津高考)已知：鋰離子電池的總反應為：Lix

9、CLi1xCoO2CLiCoO2，鋰硫電池的總反應為：2LiSLi2S。有關(guān)上述兩種電池說法正確的是()A鋰離子電池放電時，Li向負極遷移B鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應C理論上兩種電池的比能量相同D右圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電解析：選B鋰離子電池放電時，為原電池，陽離子Li向正極移動，A錯誤。鋰硫電池充電時，為電解池，鋰電極發(fā)生還原反應生成Li，B正確。電池的比能量是指參與電極反應的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的多少，兩種電池材料不同，顯然其比能量不同，C錯誤。由圖可知，鋰離子電池的電極材料為C和LiCoO2，應為該電池放電完全所得產(chǎn)物，而鋰硫電池的電極材料為Li和S，應為充電完全所

10、得產(chǎn)物，故此時不是鋰離子電池給鋰硫電池充電的過程，D錯誤。3(2015·江蘇高考·10)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是( )A反應CH4H2O3H2CO,每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子B電極A上H2參與的電極反應為H22OH2e2H2OC電池工作時,C向電極B移動D電極B上發(fā)生的電極反應為O22CO24e2C【解析】選D。根據(jù)化學反應方程式,每有1 mol甲烷參與反應轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6 mol,A項錯誤;因為電解質(zhì)為熔融態(tài)的碳酸鹽,所以電極A上H2參與的電極反應式為H22eCH2OCO2,B項錯誤;根據(jù)原電池工作原理,電極A是負極

11、,電極B是正極,陰離子向負極移動,碳酸根離子向負極移動(A電極),C項錯誤;電極B上氧氣得電子與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子,因此電極反應式為O24e2CO22C,D項正確。4(2015·揚州調(diào)研)如圖所示，將兩燒杯中電極用導線相連，四個電極分別為Mg、Al、Pt、C。當閉合開關(guān)S后，以下表述正確的是()A電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)BAl、Pt兩極有H2產(chǎn)生C甲池pH減小，乙池pH不變DMg、C兩極生成的氣體在一定條件下可以恰好完全反應解析：選D甲池Al能與NaOH溶液反應，所以為原電池，乙池Pt、C均不與NaOH溶液反應，故乙池為電解池，電流表指針偏轉(zhuǎn)。甲池中Mg為正極，產(chǎn)生H2，Al為負

12、極溶解，Pt作陰極產(chǎn)生H2，C作陽極產(chǎn)生O2，甲池消耗NaOH，pH減小，乙池消耗水，pH增大。根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，則Mg、C兩極產(chǎn)生的O2、H2體積比為12，在一定條件下可以完全反應。5鉛蓄電池的工作原理為： PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是()A. K 閉合時，d電極反應式：PbSO42H2O2e=PbO24HSOB. 當電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，中消耗的H2SO4為0.2 molC. K閉合時，中SO向c電極遷移D. K閉合一段時間后，可單獨作為原電池，d電極為正極解析：選C選項A，K閉合時為原電池，為電解池，中發(fā)生充電反應，d電極為陽

13、極發(fā)生氧化反應，其反應式為PbSO4 2H2O 2e = PbO2 4H SO正確。選項B，在上述總反應式中，得失電子總數(shù)為2e，當電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，可以計算出中消耗的硫酸的量為0.2 mol，正確。選項C，K閉合時d是陽極，陰離子向陽極移動，錯誤。選項D，K閉合一段時間，也就是充電一段時間后可以作為原電池，由于c表面生成Pb，放電時做電源的負極，d表面生成PbO2，做電源的正極，所以D項正確。6(2013·海南高考)下圖所示的電解池和中，a、b、c和d均為Pt電極。電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質(zhì)量均增大，且增重bd。符合上述實驗結(jié)果的鹽溶液是()選項XYA

14、MgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析：選D題意表明b、d沒有氣體逸出，所電解的鹽溶液中金屬元素，應該在金屬活動順序表中(H)以后，只有D符合題意。7用鉛蓄電池電解AgNO3、Na2SO3的溶液，a、b、c、d電極材料均為石墨。已知鉛蓄電池的總反應為：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)，通電時a電極質(zhì)量增加，下列說法正確的是()A電路中通過1 mol電子時，Y電極質(zhì)量增加48 gB放電時鉛蓄電池負極的電極反應式為：PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)

15、Cc、d電極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為12DX極為負極解析：選Aa極質(zhì)量增加，即析出了 Ag，a為陰極，則Y為負極，X為正極，D項錯；B項，所寫電極反應式為正極的電極反應式；C項，c為陰極放出H2，d為陽極放出O2，物質(zhì)的量之比為21。8某同學按下圖所示的裝置進行實驗。A、B為兩種常見金屬，它們的硫酸鹽可溶于水，當K閉合時，SO從右向左通過交換膜移向A極。下列分析正確的是()A溶液中c(A2)減小BB極的電極反應：B2e=B2CY電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應D反應初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀解析：選D根據(jù)SO從右向左通過交換膜移向A極，則A極為負極，故A極的電極反應為A2e=A2，溶液中c

16、(A2)增大，A錯誤；B極為正極，發(fā)生還原反應，B錯誤；Y電極為陽極，為Cl放電，發(fā)生氧化反應：2Cl2e=Cl2，有Cl2產(chǎn)生，C錯誤；右邊U形管中最初為電解AlCl3溶液，X電極為H放電，c(H)減小，c(OH)增大，且Al3移向X極，因此會產(chǎn)生Al(OH)3白色膠狀沉淀，D正確。9(2015·杭州模擬)假設圖中原電池產(chǎn)生的電壓、電流強度均能滿足電解、電鍍要求，即為理想化。為各裝置中的電極編號。下列說法錯誤的是()A當K閉合時，A裝置發(fā)生吸氧腐蝕，在電路中作電源B當K斷開時，B裝置鋅片溶解，有氫氣產(chǎn)生C當K閉合后，整個電路中電子的流動方向為；D當K閉合后，A、B裝置中pH變大，C

17、、D裝置中pH不變解析：選A當K閉合時，B裝置構(gòu)成原電池，在電路中作電源，整個電路中電子的流動方向為；B裝置中消耗H，pH變大，A裝置中電解飽和食鹽水，pH變大；C裝置中相當于在銀上鍍銅，pH不變；D裝置中相當于銅的電解精煉，pH不變。10.按如圖所示裝置進行實驗，并回答下列問題：(1)判斷裝置的名稱：A池為_，B池為_。(2)鋅極為_極，電極反應式為_；銅極為_極，電極反應式為_；石墨棒C1為_極，電極反應式為_；石墨棒C2附近發(fā)生的實驗現(xiàn)象為_。(3)當C2極析出224 mL氣體(標準狀況)時，鋅的質(zhì)量_(填“增加”或“減少”)_g，CuSO4溶液的質(zhì)量_(填“增加”或“減少”)_g。解析

18、：A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中構(gòu)成原電池，B池中兩個電極均為石墨電極，在以A為電源的情況下構(gòu)成電解池，即A原電池帶動B電解池。A池中Zn為負極，Cu為正極，B池中C1為陽極，C2為陰極，陰極區(qū)析出H2，周圍OH富集，酚酞變紅，且n(H2)0.01 mol，故電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.01 mol×20.02 mol，根據(jù)得失電子守恒，鋅極有0.01 mol Zn溶解，即Zn極質(zhì)量減少0.01 mol×65 g·mol10.65 g，銅極上有0.01 mol Cu析出，即CuSO4溶液增加了0.01 mol×(65 g·mol164

19、g·mol1)0.01 g。答案：(1)原電池電解池(2)負Zn2e=Zn2正Cu22e=Cu陽2Cl2e=Cl2有無色氣體產(chǎn)生，附近溶液出現(xiàn)紅色(3)減少0.65增加0.0111.如圖為相互串聯(lián)的甲乙兩個電解池，X、Y為直流電源的兩個電極。電解過程中，發(fā)現(xiàn)石墨電極附近先變紅。請回答：(1)電源X極為_極(填“正”或“負”)，乙池中Pt電極上的電極反應式為_。(2)甲池若為電解精煉銅的裝置，其陰極增重12.8 g，則乙池中陰極上放出的氣體在標準狀況下的體積為_，電路中通過的電子為_ mol。(3)在(2)的情況下，若乙池剩余溶液的體積仍為400 mL，則電解后所得溶液c(OH)_。解

20、析：(1)由題意得X極為正極，Pt電極為電解池的陽極，電極反應式為2Cl2e=Cl2。(2)甲池的陰極電極反應式：Cu22e=Cu。乙池的陰極電極反應式：2H2e=H2由電子守恒得：Cu2eH264 g2 mol22.4 L128 gn(e)V(H2)則：n(e)0.4 molV(H2)4.48 L(3)乙池發(fā)生反應：2Cl2H2O2OHH2Cl2 2 22.4 L n(OH) 4.48 Ln(OH)0.4 mol電解后所得溶液c(OH)1 mol·L1。答案：(1)正2Cl2e=Cl2(2)4.48 L0.4(3)1 mol·L112如下圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y

21、都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設通電前后溶液體積不變)，A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F(xiàn)極附近呈紅色。請回答：(1)B極是電源的_，一段時間后，甲中溶液顏色_，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明_，在電場作用下向Y極移動。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時，對應單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為_。(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應是_(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是_溶液。當乙中溶液的pH是13時(此時乙溶液體積為500 mL)，丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為_，甲中溶液的pH_(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)若將

22、C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發(fā)生的總反應的離子方程式為_。解析：(1)由裝置圖知，直流電源與各電解池串聯(lián)；由“F極附近呈紅色”知，F(xiàn)極為陰極，則E極為陽極、D極為陰極、C極為陽極、G極為陽極、H極為陰極、X極為陽極、Y極為陰極、A極為正極、B極為負極。甲裝置是用惰性電極電解CuSO4溶液，由于Cu2放電，導致c(Cu2)降低，溶液顏色逐漸變淺；丁裝置是膠體的電泳實驗，由于X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，說明氫氧化鐵膠粒帶正電荷。(2)當甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時，C、D、E、F電極的產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2，根據(jù)各電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，

23、則對應單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1222。(3)給銅件鍍銀，根據(jù)電鍍原理，銅件作陰極，銀作陽極，電鍍液是可溶性銀鹽。當乙中溶液的pH是13時，則乙中n(OH)0.1 mol/L×0.5 L0.05 mol，即各電極轉(zhuǎn)移電子0.05 mol，所以丙中析出銀0.05 mol；甲裝置中由于電解產(chǎn)生H，導致溶液的酸性增強，pH變小。(4)若將C電極換為鐵，則鐵作陽極發(fā)生反應：Fe2e=Fe2，D極發(fā)生：Cu22e=Cu，則總反應的離子方程式為FeCu2CuFe2。答案：(1)負極逐漸變淺氫氧化鐵膠粒帶正電荷(2)1222(3)鍍件AgNO3(合理即可)5.4 g變小(4)FeCu2CuFe213電

24、浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0 6.0之間，通過電解生成Fe(OH)3 沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設計如圖所示裝置示意圖。(1)實驗時若污水中離子濃度較小，導電能力較差，產(chǎn)生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣。此時，應向污水中加入適量的_。ABaSO4BCH3CH2OHCNa2SO4 DNaOH(2)電解池陽極發(fā)生了兩個電極反應，其中一個反應生成一種無色氣體，則陽極的電極反應式分別是：._；

25、._。(3)電極反應和的生成物反應得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是_。(4)該燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料作電極。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應保持穩(wěn)定，電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)(見上圖)。A物質(zhì)的化學式是_。解析：(1)為了增強溶液的導電性，因此可選用易溶性強電解質(zhì)溶液，排除A和B，考慮到題中要求電解時保持污水的pH在5.06.0之間，因此不能添加NaOH。(2)電解時鐵作陽極，因此主要發(fā)生Fe2e=Fe2，同時也發(fā)生副反應，即溶液中的OH失電子被氧化生成O2。(3)根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒即可得離子方程式。(4)由于原電池的負極產(chǎn)物有水生成，所以負極必有CO參加反應，同時根據(jù)碳元素守恒可知A必為CO2，負極反應式可表示為CH44CO8e=5CO22H2O。答案：(1)C(2)Fe2e=Fe24OH4e=2H2OO2(3)4Fe210H2OO2=4Fe(OH)38H(4)CO214下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的Cu