2023版高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量專題講座電化學(xué)組合裝置的問(wèn)題分析

PAGEPAGE4專題講座電化學(xué)組合裝置的問(wèn)題分析將原電池和電解池結(jié)合在一起，綜合考查化學(xué)反響中的能量變化、氧化復(fù)原反響、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，是高考試卷中電化學(xué)局部的重要題型。該類題目的考查內(nèi)容通常有以下幾個(gè)方面：電極的判斷、電極反響方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液離子的移動(dòng)、pH的變化以及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)、運(yùn)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(xué)原理是根底，準(zhǔn)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(gè)步驟進(jìn)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，那么其他裝置為電解池。如以下圖：A為原電池，B為電解池。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種金屬電極一個(gè)碳棒做電極；而電解池那么一般都是兩個(gè)惰性電極，如兩個(gè)鉑電極或兩個(gè)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)的氧化復(fù)原反響，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反響。如圖：B為原電池，A為電解池。3．根據(jù)電極反響現(xiàn)象判斷：在某些裝置中根據(jù)電極反響或反響現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型，如圖：假設(shè)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，那么可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽(yáng)極，B是陰極。B、D極發(fā)生復(fù)原反響，A、C極發(fā)生氧化反響。第二步：利用相關(guān)概念進(jìn)行分析判斷在確定了原電池和電解池后，有關(guān)概念的分析和判斷如：電極的判斷、電極反響方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動(dòng)方向、pH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)等。只要按照各自的規(guī)律分析就可以了。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(jì)算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時(shí)要注意兩點(diǎn)：①串聯(lián)電路中各支路電流相等；②并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此根底上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。圖中裝置甲是原電池，乙是電解池，假設(shè)電路中有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，那么Zn極溶解6.5g，Cu極上析出H22.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，Pt極上析出Cl20.1mol，C極上析出Cu6.4g。甲池中H＋被復(fù)原，產(chǎn)生H2，負(fù)極Zn極氧化生成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，電解后再參加適量CuCl2固體可使溶液復(fù)原?！纠磕撑d趣小組的同學(xué)用以下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問(wèn)題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時(shí)，觀察到電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題：(1)甲池為_(kāi)_______(填“原電池〞“電解池〞或“電鍍池〞)，通入CH3OH電極的電極反響為_(kāi)___________________________。(2)乙池中A(石墨)電極的名稱為_(kāi)_______(填“正極〞“負(fù)極〞或“陰極〞“陽(yáng)極〞)，總反響式為_(kāi)___________________________。(3)當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.40g時(shí)，甲池中理論上消耗O2的體積為_(kāi)_____mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，丙池中______極析出______g銅。(4)假設(shè)丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時(shí)間后，丙中溶液的pH將________(填“增大〞“減小〞或“不變〞)；甲中溶液的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(fù)極，電極反響為：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。(2)乙池中為用惰性電極電解AgNO3溶液，總反響為：4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(電解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子相同，那么n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq\f(1,4)×eq\f(5.40,108)×22.4L＝0.28L＝280mL，m(Cu)＝eq\f(1,2)×eq\f(5.40,108)×64g＝1.60g。(4)假設(shè)丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，根據(jù)丙中總反響2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液pH增大，而甲中總反響為2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，溶液pH減小。答案：(1)原電池CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O(2)陽(yáng)極4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(電解))4Ag＋O2↑＋4HNO3(3)280D1.6(4)增大減小1．(2022·揚(yáng)州調(diào)研)如下圖，將兩燒杯中電極用導(dǎo)線相連，四個(gè)電極分別為Mg、Al、Pt、C。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，以下表述正確的選項(xiàng)是()A．電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．Al、Pt兩極有H2產(chǎn)生C．甲池pH減小，乙池pH不變D．Mg、C兩極生成的氣體在一定條件下可以恰好完全反響解析：甲池Al能與NaOH溶液反響，所以為原電池，乙池Pt、C均不與NaOH溶液反響，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(fù)極溶解，Pt作陰極產(chǎn)生H2，C作陽(yáng)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，那么Mg、C兩極產(chǎn)生的H2、O2體積比為2∶1，在一定條件下可以完全反響。答案：D2．(2022·廣東卷)某同學(xué)組裝了如下圖的電化學(xué)裝置。電極Ⅰ為Al，其他電極均為Cu，那么()A．電流方向：電極Ⅳ→eq\o\ac(○,A)→電極ⅠB．電極Ⅰ發(fā)生復(fù)原反響C．電極Ⅱ逐漸溶解D．電極Ⅲ的電極反響：Cu2＋＋2e－=Cu解析：電極Ⅰ是原電池的負(fù)極，電極Ⅱ是原電池的正極，電極Ⅲ是電解池的陽(yáng)極，電極Ⅳ是電解池的陰極，故電流方向：電極Ⅳ→eq\o\ac(○,A)→電極Ⅰ，A正確；電極Ⅰ發(fā)生氧化反響，B錯(cuò)誤；電極Ⅱ是原電池的正極，發(fā)生復(fù)原反響，有單質(zhì)銅析出，C錯(cuò)誤；電極Ⅲ是電解池的陽(yáng)極，發(fā)生氧化反響，電極反響為Cu－2e－=Cu2＋，D錯(cuò)誤。答案：A3．某同學(xué)按以下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。A、B為兩種常見(jiàn)金屬，它們的硫酸鹽可溶于水，當(dāng)K閉合時(shí)，SOeq\o\al(2－,4)從右向左通過(guò)交換膜移向A極。以下分析正確的選項(xiàng)是()A．溶液中c(A2＋)減小B．B極的電極反響：B－2e－=B2＋C．Y電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生復(fù)原反響D．反響初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀解析：根據(jù)SOeq\o\al(2－,4)從右向左通過(guò)交換膜移向A極，那么A極為負(fù)極，故A極的電極反響為A－2e－=A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A錯(cuò)誤；B極為正極，發(fā)生復(fù)原反響，B錯(cuò)誤；Y電極為陽(yáng)極，為Cl－放電，發(fā)生氧化反響：2Cl－－2e－=Cl2↑，有Cl2產(chǎn)生，C錯(cuò)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(huì)產(chǎn)生Al(OH)3白色膠狀沉淀，D正確。答案：D4．(2022·六安模擬)以下圖所示的電解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均為Pt電極。電解過(guò)程中，電極b和d上沒(méi)有氣體逸出，但質(zhì)量均增大，且增重b<d，符合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的鹽溶液是()選項(xiàng)XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析：根據(jù)溶液中離子的放電順序OH－比SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)更容易失去電子被氧化，所以，電解池中a極、c極均發(fā)生4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；A項(xiàng)，Mg2＋不能得電子，b棒不增重；B項(xiàng)，增重b>d；C項(xiàng)，Al3＋不能得電子，d棒不增重；D項(xiàng)，電解時(shí)分別發(fā)生Ag＋＋e－=Ag，Cu2＋＋2e－=Cu，轉(zhuǎn)移相同數(shù)目的電子時(shí)析出Ag的質(zhì)量更大，綜上所述應(yīng)選D項(xiàng)。答案：D5．(2022·濰坊模擬)假設(shè)圖中原電池產(chǎn)生的電壓、電流強(qiáng)度均能滿足電解、電鍍要求，即為理想化。①～⑧為各裝置中的電極編號(hào)。以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．當(dāng)K閉合時(shí)，A裝置發(fā)生吸氧腐蝕，在電路中作電源B．當(dāng)K斷開(kāi)時(shí)，B裝置鋅片溶解，有氫氣產(chǎn)生C．當(dāng)K閉合后，整個(gè)電路中電子的流動(dòng)方向?yàn)棰佟?；⑦→⑥；⑤→④；③→②D．當(dāng)K閉合后，A、B裝置中pH變大，C、D裝置中pH不變解析：當(dāng)K閉合時(shí)，B裝置構(gòu)成原電池，在電路中作電源，整個(gè)電路中電子的流動(dòng)方向?yàn)棰邸冢虎佟?；⑦→⑥；⑤→④；B裝置中消耗H＋，pH變大，A裝置中相當(dāng)于電解飽和食鹽水，pH變大；C裝置中相當(dāng)于在銀上鍍銅，pH不變；D裝置中相當(dāng)于銅的電解精煉，pH不變。答案：A6．(2022·武漢模擬)如下圖，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理的相關(guān)問(wèn)題，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜。請(qǐng)按要求答復(fù)相關(guān)問(wèn)題：(1)甲烷燃料電池負(fù)極電極反響式是：__________________________________________。(2)石墨電極(C)的電極反響式為_(kāi)_____________。(3)假設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反響，那么乙裝置中鐵電極上生成的氣體體積為_(kāi)___L。(4)銅絲a處在開(kāi)始一段時(shí)間的現(xiàn)象為_(kāi)_____________；原因是_________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)堿性條件下，甲烷燃料電池總反響為CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O，正極反響式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以負(fù)極反響式為CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)石墨電極(C)為電解池陽(yáng)極，電極反響式為2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)乙裝置中鐵電極為陰極，電極反響為2H＋＋2e－=H2↑。假設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反響，