第29講電化學裝置中的串聯(lián)和計算(能力課)1．了解電解池中的串聯(lián)和原電池與電解池的串聯(lián)分析。2．掌握電化學中的定量計算。多池串聯(lián)的電化學裝置分析類型一有外接電源的電解池串聯(lián)類型二原電池為電源的電解池串聯(lián)1．根據電極材料和電解液判斷(1)甲乙?甲為電解池，乙為原電池(2)甲乙?甲為原電池，乙為電解池2．根據“鹽橋”判斷?甲為電解池，乙、丙構成原電池“串聯(lián)”類電池的解題流程1．如圖所示裝置可間接氧化工業(yè)廢水中含氮離子(NHeq\o\al(＋,4))。下列說法不正確的是()甲乙A．乙是電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置B．含氮離子氧化時的離子方程式為3Cl2＋2NHeq\o\al(＋,4)=N2＋6Cl－＋8H＋C．若生成H2和N2的物質的量之比為3∶1，則處理后廢水的pH減小D．電池工作時，甲池中的Na＋移向Mg電極D[根據題意可知甲為原電池，Mg為負極，石墨為正極，乙為電解池，右電極為陰極，左電極為陽極。D項，原電池工作時，Na＋移向正極即石墨電極，錯誤。]2．(雙選)(2021·濟南模擬)實驗室以某燃料電池為電源模擬工業(yè)上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染的裝置如圖所示，電解過程中Fe電極附近有N2產生。下列說法不正確的是()A．電解過程中，裝置A中Fe電極附近溶液顏色變化為無色→黃色→淺綠色B．b電極的電極反應式：2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2OC．裝置B的中間室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室D．1mol甲醇參加反應時，整個裝置能產生0.6molN2AD[根據題意，裝置A是電解池，裝置B是原電池。裝置B中b電極上NOeq\o\al(－,3)得電子轉化為N2，b極為正極，則a電極為負極，進而推知裝置A中Fe電極是陽極。A項，電解過程中，裝置A中Fe電極發(fā)生的反應為Fe－2e－=Fe2＋，然后Fe2＋和NOeq\o\al(－,2)發(fā)生反應2NOeq\o\al(－,2)＋8H＋＋6Fe2＋=N2↑＋6Fe3＋＋4H2O，F(xiàn)e電極附近溶液顏色變化為無色→淺綠色→黃色，錯誤；B項，b電極為正極，正極上NOeq\o\al(－,3)得電子生成N2，電極反應式為2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2O，正確；C項，根據原電池中離子移動方向判斷，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，正確；D項，a電極的電極反應式為CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，1molCH3OH參加反應時，裝置B中能產生0.6molN2，電路中通過6mol電子，裝置A中能產生0.5molN2，整個裝置共產生1.1molN2，錯誤。]3．(2021·山東名校聯(lián)考)某科研小組模擬“人工樹葉”電化學裝置如圖所示，甲裝置為甲醇-空氣燃料電池，乙裝置能將H2O和CO2轉化為C6H12O6和O2，X、Y是特殊催化劑型電極。下列說法正確的是()甲乙A．b口通入空氣，c口通入甲醇B．甲裝置中H＋向M極移動，乙裝置中H＋向Y極移動C．Y極的電極反應式為6CO2＋24H＋＋24e－=C6H12O6＋6H2OD．理論上，每生成22.4L(標準狀況下)O2，必有4mol電子由N極流向X極C[根據乙裝置Y極上CO2發(fā)生反應生成C6H12O6可知，Y極是陰極，故甲裝置中M極是負極、N極是正極，c口通入空氣，b口通入甲醇，A錯誤；M極是負極，N極是正極，在原電池中H＋向正極移動，故B錯誤；乙裝置中CO2在Y極上轉化為C6H12O6，因此Y極的電極反應式為6CO2＋24H＋＋24e－=C6H12O6＋6H2O，C正確；N極是正極，電子由X極流入N極，D錯誤。]電化學的定量計算【典例】500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq\o\al(－,3))＝0.6mol·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到2.24L氣體(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是()A．原混合溶液中c(K＋)為0.2mol·L－1B．上述電解過程中共轉移0.2mol電子C．電解得到的Cu的物質的量為0.05molD．電解后溶液中c(H＋)為0.2mol·L－1[思路點撥]n(氣體)＝0.1mol陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O0.4mol0.1mol陰極：Cu2＋＋2e－=Cu0.1mol0.4mol－0.2mol＝0.2mol2H＋＋2e－=H2↑0.2mol0.1molA[石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極先后發(fā)生兩個反應：Cu2＋＋2e－=Cu,2H＋＋2e－=H2↑。從收集到O2為2.24L可推知上述電解過程中共轉移0.4mol電子，而在生成2.24LH2的過程中轉移0.2mol電子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol電子，電解前Cu2＋的物質的量和電解得到的Cu的物質的量都為0.1mol。電解前后分別有以下守恒關系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq\o\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq\o\al(－,3))，不難算出：電解前c(K＋)＝0.2mol·L－1，電解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。]電化學中兩種基本計算模型注：在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)×1.60×10－19C1．(2021·大連模擬)用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中轉移電子的物質的量為()A．0.4molB．0.5molC．0.6molD．0.8molC[Cu2(OH)2CO3可改寫為2CuO·H2O·CO2，因反應后生成的CO2離開溶液，所以加入0.1molCu2(OH)2CO3相當于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據2CuO～2Cu～4e－2mol4mol0.2mol0.4mol2H2O～O2～4e－2mol4mol0.1mol0.2mol轉移電子的物質的量＝0.4mol＋0.2mol＝0.6mol。]2．(雙選)(2021·山東師大附中模擬)某化學課外活動小組模擬用鉛蓄電池進行電絮凝凈水的實驗探究，設計的實驗裝置如圖所示，下列敘述正確的是()A．X極的電極反應式：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4B．鉛蓄電池工作時，每轉移2mol電子，消耗196gH2SO4C．電解池的反應僅有2Al＋6H2Oeq\o(=,\s\up10(通電))2Al(OH)3↓＋3H2↑D．每消耗103.5gPb，理論上電解池陰極上有11.2LH2生成AB[根據題意可知X為負極，Y為正極，Al為陽極，F(xiàn)e為陰極。電解池中陽極還有O2生成，C錯；11.2L未指明標準狀況下，D錯。]3．常溫下，用Pt電極電解200mL足量KCl溶液，當陰極上生成2.24L(標準狀況)氣體時，溶液的pH為________(假設電解前后溶液體積不變)。[解析]n(H2)＝0.1mol，n(OH－)＝0.2mol，c(OH－)＝eq\f(0.2,0.2)mol·L－1＝1mol·L－1，pOH＝0，pH＝14。[答案]141．(2021·全國甲卷，T13)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是()A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用B．陽極上的反應式為＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移D[由題圖可知，在鉛電極乙二酸變成乙醛酸是去氧的過程，發(fā)生還原反應，則鉛電極是電解裝置的陰極，石墨電極發(fā)生氧化反應，反應為2Br－－2e－=Br2，是電解裝置的陽極。由上述分析可知，Br－起到還原劑的作用，A錯誤；陽極上的反應式為2Br－－2e－=Br2，B錯誤；制得2mol乙醛酸，實際上是左、右兩側各制得1mol乙醛酸，共轉移2mol電子，故理論上外電路中遷移的電子數(shù)為2mol，C錯誤；電解裝置中，陽離子移向陰極(即鉛電極)，D正確。]2．(2020·山東等級考，T13)采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯誤的是()A．陽極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．電解一段時間后，陽極室的pH未變C．電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D．電解一段時間后，a極生成的O2與b極反應的O2等量D[a極上產生O2，發(fā)生的反應為水被氧化生成O2的反應，即a極為陽極，b極為陰極，a極電極反應式：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，b極電極反應式：2H＋＋O2＋2e－=H2O2，A項正確；電解一段時間后，陽極室產生的氫離子通過質子交換膜進入陰極室，陽極室pH保持不變，B項正確；電解過程中H＋通過質子交換膜，從a極區(qū)向b極區(qū)遷移，C項正確；由陰、陽極的電極反應式，可知電解一段時間后，b極消耗O2的量是a極生成O2的量的2倍，即a極生成的O2與b極反應的O2的量不相等，D項錯誤。]采用電化學方法以SO2和Na2SO3為原料制取硫酸的裝置如圖所示(A、B為多孔石墨電極，C、D為惰性電極)。下列說法錯誤的是()A．“膜2”B．電極A的電極反應為SO2－2e－＋2H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋C．上述過程中，亞硫酸鈉溶液可循環(huán)使用D．使用該裝置制取98g硫酸需消耗11.2LO2(標準狀況下)D[根據裝置圖可知，左側裝置為原電池，右側裝置為電解池，“膜2”右側逸出H2，則D為陰極，電極反應為2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)，則電解裝置中中間室內的Na＋穿