熱點專題系列(八)原電池原理和電解池原理的綜合考查

1、熱點專題系列(八)原電池原理和電解池原理的綜合考查將原電池和電解池結(jié)合在一起將原電池和電解池結(jié)合在一起, ,綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)實驗和化學(xué)計算等知識化、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)實驗和化學(xué)計算等知識, ,是高考試卷是高考試卷中電化學(xué)部分的重要題型。該類題目的考查內(nèi)容通常有以下幾中電化學(xué)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?zhèn)€方面: :電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書寫、實驗現(xiàn)象的描電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動、述、溶液中離子的移動、pHpH的變化以及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)、運的變化以及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)、運

2、用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。順利解答該類試題的關(guān)鍵是把握以下順利解答該類試題的關(guān)鍵是把握以下3 3點點: :(1)(1)透徹理解原電池、電解池的工作原理透徹理解原電池、電解池的工作原理; ;(2)(2)準(zhǔn)確判斷原電池和電解池準(zhǔn)確判斷原電池和電解池; ;(3)(3)靈活利用電子守恒處理數(shù)據(jù)。靈活利用電子守恒處理數(shù)據(jù)。1.1.多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷(1)(1)直接判斷直接判斷: :非常直觀明顯的裝置非常直觀明顯的裝置, ,如燃料電池、鉛蓄電池等在如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中電路中, ,則其他裝置為電解池。如圖則其他裝置為電解池。如圖:A:

3、A為原電池為原電池,B,B為電解池。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: :原電池一般是兩原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個金屬電極一個碳棒做電極種不同的金屬電極或一個金屬電極一個碳棒做電極; ;而電解池而電解池則一般都是兩個惰性電極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(yīng)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(yīng), ,電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖:B:

4、B為為原電池原電池,A,A為電解池。為電解池。(3)(3)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷: :在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極現(xiàn)象可判斷電極, ,并由此判斷電池類型并由此判斷電池類型, ,如圖如圖: :若若C C極溶解極溶解,D,D極上析出極上析出Cu,BCu,B極附近溶液變紅極附近溶液變紅,A,A極上放出黃綠色極上放出黃綠色氣體氣體, ,則可知乙是原電池則可知乙是原電池,D,D是正極是正極,C,C是負(fù)極是負(fù)極; ;甲是電解池甲是電解池,A,A是陽是陽極極,B,B是陰極。是陰極。B B、D D極發(fā)生還原反應(yīng)極發(fā)生還原反應(yīng),A,A、C C極發(fā)生

5、氧化反應(yīng)。極發(fā)生氧化反應(yīng)。2.2.綜合裝置中的有關(guān)計算綜合裝置中的有關(guān)計算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)移的守恒的守恒, ,分析時要注意兩點分析時要注意兩點: :(1)(1)串聯(lián)電路中各支路電流相等串聯(lián)電路中各支路電流相等; ;(2)(2)并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。如圖所示在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。如圖所示: :圖中裝置甲是原電池圖中裝置甲是原電池, ,乙是電解池乙是電解池, ,若電路中有若電路中有0.2 mol0.2 mol電子轉(zhuǎn)電子

6、轉(zhuǎn)移移, ,則則ZnZn極溶解極溶解6.5 g,Cu6.5 g,Cu極上析出極上析出H H2 22.24 L(2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況),Pt),Pt極上極上析出析出ClCl2 20.1 mol,C0.1 mol,C極上析出極上析出Cu 6.4 gCu 6.4 g。甲池中。甲池中H H+ +被還原被還原, ,生成生成ZnSOZnSO4 4, ,溶液溶液pHpH變大變大; ;乙池中是電解乙池中是電解CuClCuCl2 2, ,由于由于CuCu2+2+濃度的減小使?jié)舛鹊臏p小使溶液溶液pHpH微弱增大微弱增大, ,電解后再加入適量電解后再加入適量CuClCuCl2 2固體可使溶液復(fù)原。固體可使

7、溶液復(fù)原。(2012(2012海南高考海南高考) )新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料, ,兩電極上分別通入兩電極上分別通入CHCH4 4和和O O2 2, ,電解質(zhì)為電解質(zhì)為KOHKOH溶液。某研究小組將兩溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源, ,進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實驗驗, ,如圖所示。如圖所示?；卮鹣铝袉栴}回答下列問題: :(1)(1)甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為甲烷燃料電池正極、負(fù)極的電極反應(yīng)分別為、; ;(2)(2)閉合閉合K K開關(guān)后開關(guān)后,a,a、b b電極上均有

8、氣體產(chǎn)生電極上均有氣體產(chǎn)生, ,其中其中b b電極上得到電極上得到的是的是, ,電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式; ;(3)(3)若每個電池甲烷通入量為若每個電池甲烷通入量為1 L(1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況),),且反應(yīng)完全且反應(yīng)完全, ,則理則理論上通過電解池的電量為論上通過電解池的電量為 ( (法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)F=9.65F=9.6510104 4C Cmolmol-1-1, ,列式計算列式計算),),最多能產(chǎn)生的氯氣體積為最多能產(chǎn)生的氯氣體積為 L(L(標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況) )?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)總反應(yīng)式為總反應(yīng)式為CHCH4 4+2O+2O2 2+2O

9、H+2OH- -= +3H= +3H2 2O,O,正極反正極反應(yīng)式為應(yīng)式為2O2O2 2+4H+4H2 2O+8eO+8e- -=8OH=8OH- -, ,則負(fù)極反應(yīng)式可由總反應(yīng)式減正則負(fù)極反應(yīng)式可由總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式得到極反應(yīng)式得到;(2);(2)三個池可看出第一、二兩池為串聯(lián)的電源三個池可看出第一、二兩池為串聯(lián)的電源, ,其中甲烷與氧氣反應(yīng)所在電極為負(fù)極其中甲烷與氧氣反應(yīng)所在電極為負(fù)極, ,因而與之相連的因而與之相連的b b電極為電極為陰極陰極, ,產(chǎn)生的氣體為氫氣產(chǎn)生的氣體為氫氣;(3)1 mol;(3)1 mol甲烷氧化失去電子甲烷氧化失去電子8 mol,8 mol,電電量為量為8

10、896 500 C,96 500 C,因題中雖有兩個燃料電池因題中雖有兩個燃料電池, ,但電子的傳遞只但電子的傳遞只能用一個池的甲烷量計算能用一個池的甲烷量計算, ,可求電量可求電量; ;甲烷失電子是甲烷失電子是ClCl- -失電子失電子數(shù)的數(shù)的8 8倍倍, ,則得到氫氣則得到氫氣4 L(CH4 L(CH4 48Cl8Cl- -4Cl4Cl2 2) )。23CO答案答案: :(1)2O(1)2O2 2+4H+4H2 2O+8eO+8e- -=8OH=8OH- -CHCH4 4+10OH+10OH- -8e-8e- -= +7H= +7H2 2O O(2)H(2)H2 22NaCl+2H2NaC

11、l+2H2 2O 2NaOH+HO 2NaOH+H2 2+Cl+Cl2 2(3) (3) 8 89.659.6510104 4C Cmolmol-1-13.453.4510104 4C C4 4 電解電解=-11 L22.4 L mol23CO某興趣小組的同學(xué)用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)某興趣小組的同學(xué)用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時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)。觀察到電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。請回答下列問題請回答下列問題: :(1)(1)甲池為甲池為( (填填“原電池原電池”“”“電解池電解池”或或“電鍍池電鍍池”),),通入通入CHC

12、H3 3OHOH電極的電極反應(yīng)為電極的電極反應(yīng)為 。(2)(2)乙池中乙池中A(A(石墨石墨) )電極的名稱為電極的名稱為( (填填“正極正極”“”“負(fù)極負(fù)極”或或“陰極陰極”“”“陽極陽極”),),總反應(yīng)式為總反應(yīng)式為。(3)(3)當(dāng)乙池中當(dāng)乙池中B B極質(zhì)量增加極質(zhì)量增加5.40 g5.40 g時時, ,甲池中理論上消耗甲池中理論上消耗O O2 2的體的體積為積為mLmL( (標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況),),丙池中丙池中 極析出極析出g g銅。銅。(4)(4)若丙中電極不變?nèi)舯须姌O不變, ,將其溶液換成將其溶液換成NaClNaCl溶液溶液, ,電鍵閉合一段時電鍵閉合一段時間后間后, ,甲中溶液的

13、甲中溶液的pHpH將將( (填填“增大增大”“”“減小減小”或或“不不變變”););丙中溶液的丙中溶液的pHpH將將( (填填“增大增大”“”“減小減小”或或“不不變變”) )。 【解析【解析】(1)(1)甲池為原電池甲池為原電池, ,通入通入CHCH3 3OHOH的電極為負(fù)極的電極為負(fù)極, ,電極反應(yīng)電極反應(yīng)為為CHCH3 3OH-6eOH-6e- -+8OH+8OH- -= +6H= +6H2 2O O。(2)(2)乙池中為用惰性電極電解乙池中為用惰性電極電解AgNOAgNO3 3溶液溶液, ,總反應(yīng)為總反應(yīng)為4AgNO4AgNO3 3+2H+2H2 2O O 4Ag+O 4Ag+O2 2

14、+4HNO+4HNO3 3。(3)(3)根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同, ,則則n(Agn(Ag)=4n(O)=4n(O2 2)=2n(Cu),)=2n(Cu),故故V(OV(O2 2)= )= 22.4 L=0.28 L=280 mL,m(Cu22.4 L=0.28 L=280 mL,m(Cu)=)=64 g=1.6 g64 g=1.6 g。(4)(4)若丙中電極不變?nèi)舯须姌O不變, ,將其溶液換成將其溶液換成NaClNaCl溶液溶液, ,根據(jù)丙中總反應(yīng)根據(jù)丙中總反應(yīng)2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O 2NaOH+HO 2NaOH+H2 2+Cl+Cl2 2,溶液溶液pHpH增大增大, ,而甲中總反而甲中總反應(yīng)為應(yīng)為2CH2CH3 3OH+3OOH+3O2 2+4KOH=2K+4KOH=2K2 2COCO3 3+6H+6H2 2