2021届高考化学统考版二轮备考提升指导与精练20电解池的串联问题解析

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0.1molN2H4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生，故A正确；B．N2H4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0.1molN2H4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】D1.应用①优培20电解池的串联问题电解池的串联问题例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，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池中电解总反应为2CuSO4+2H2O=====电解2Cu+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2CuSO4~O2~4e−可得n(O2)=0.005mol，体积为112mL(标准状况)224mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4xmol，H2Oymol，则有2x+2y=0.02，12x+32y=0.01，解得x=y=0.005mol，则c(CuSO4)=0.025mol·L−1。（3）由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl+2H2O=====电解2NaOH+H2↑+Cl2↑，根据关系式NaOH~e−，生成的n(NaOH)=0.02mol，则c(NaOH)=0.02mol0.2L=0.1mol·L−1，即溶液的pH=13。【答案】（1）负电解2Cl−−2e−=Cl2↑Ag++e−=Ag（2）0.025mol·L−1（3）13提分训练1．烧杯A中盛放0.1mol·L−1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1mol·L−1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（）A．A为原电池，B为电解池B．A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】B2．H3BO3(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（）A．M室发生的电极反应式为：2H2O-4e−＝O2↑＋4H+B．b膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸C．N室中：a％＜b％D．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】A．M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-4e−=O2↑+4H+，A正确；B．原料室中的B(OH)−4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；C．N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1molH+、N室生成0.5molH2，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溶液。下列有关说法错误的是（）A．a为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求B．c为负极，电极反应式为CH3OH+8OH－－6e－＝CO2−3+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+8OH－－6e－＝CO2−3+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200mLNaCl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)=0.224L÷22.4L/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+2H2O=====电解2NaOH+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)=0.02mol÷0.2L=0.1mol/L，c(H+)=10−14÷0.1mol·L−1=10−13mol/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Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是（）A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ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Ⅳ→A→电极Ⅰ，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，LiPF6·SO(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（）A．LiPF6·SO(CH3)2可用Li2SO4水溶液代替B．当转移1mole－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+Li2S－2e－=FeS+2Li+【解析】A．Li是活泼金属可与水反应，故A不正确；B．当转移1mole－时，b室中从a过来1molNa+，从b过来1molCl−，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22.4LO2参加反应，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−3+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=SO2−4+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+4+H2O，总反应方程式为5SO2+2NO+8H2O=====通电(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=SO2−4+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22.4LO2参加反应，即1molO2参加反应，转移4mol电子，由转移电子守恒得，阳极SO2-2e−+2H2O=SO2−4+4H+，转移4mol电子，参加反应SO2为2mol，阴极NO+5e−+6H+=NH+4+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