微專題35電化學(xué)“多池和多室”串聯(lián)問題及計(jì)算

，考情分靠）

原電池和電解池痛為電池，將多個(gè)電池串聯(lián)在一起，綜合考查電化學(xué)、

電化學(xué)知識(shí)是近年來高考命題的熱點(diǎn)，該類題目能夠考查學(xué)生對解題方法的掌

“多池握情況，需要學(xué)生具有縝密的思維能力及巧妙的處瓚煽的能力。

和多室

“串聯(lián)

問題及

原電帆電解池的相關(guān)計(jì)算，主要包括兩妒物的Sffit算、相對原子

計(jì)算

質(zhì)量的計(jì)算、阿伏加德羅常數(shù)測定的計(jì)算、溶液pH的計(jì)算，根據(jù)產(chǎn)物的

量求轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量及根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量求產(chǎn)物的量等。

1.（2023?湖北,統(tǒng)考高考真瓦）我國科學(xué)家設(shè)計(jì)如圖所示的電解池，實(shí)現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。

該裝置工作時(shí)陽極無Cl?生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為.rmoLh-。下列說法錯(cuò)誤的是

離子交換服

透汽不透液態(tài)水

的PTFE服

30%KOH溶液

A.b電極反應(yīng)式為2H2。+2e-=H2T+2OH

B.離子交換膜為陰離子交換膜

C.電解時(shí)海水中動(dòng)能高的水分子可穿過PTFE膜

D.海水為電解池補(bǔ)水的速率為2疝101小一

【答案】D

【解析】由圖可知，該裝置為電解水制取氫氣的裝置，a電極與電源正極相連，為電解池的陽極，b電極與

電源負(fù)極相連，為電解池的陰極，陰極反應(yīng)為2H2O+2e-=H2個(gè)+20H-,陽極反應(yīng)為40巾-4&=。2個(gè)+2出0,電池

通電

總反應(yīng)為2H2。=2H2個(gè)+O2個(gè)。

A.b電極反應(yīng)式為b電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2H2O+2e=H2個(gè)+20",故A正確；

B.該裝置工作時(shí)陽極無CL生成且K0H濃度不變，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH、4e-=C）2個(gè)+2w0,為保持0H

離子濃度不變，則陰極產(chǎn)生的0H離子要通過離子交換膜進(jìn)入陽極室，即離子交換膜應(yīng)為陰離子交換摸，故

B正確；

C.電解時(shí)電解槽中不斷有水被消耗，海水中的動(dòng)能高的水可穿過PTFE膜，為電解池補(bǔ)水，故C正確；

D.由電解總反應(yīng)可知，每生成ImolHz要消耗ImolHzO,生成力的速率為疝⑹-k，則補(bǔ)水的速率也應(yīng)是

xmol/T,故D錯(cuò)誤；

答案選D。

2.（2022?山東,高考真題）設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鉆。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO”

將廢舊鋰離子電池的正極材料Lie。。?6）轉(zhuǎn)化為C（?+,工作時(shí)保持厭氧環(huán)境，并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。

已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法正確的是

溶液溶液溶液

A.裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大

B.裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸

C.乙室電極反應(yīng)式為LiCoO2+2H2O+e-=Li++Co2++4OH-

D.若甲室Co?+減少200mg,乙室Co?+增力口300mg,則此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移

【答案】BD

【解析】A.電池工作時(shí)，甲室中細(xì)菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，同時(shí)生成H+,電極反

應(yīng)式為CH3co0-8e-+2H2。=282個(gè)+7H+,H+通過陽膜進(jìn)入陰極室，甲室的電極反應(yīng)式為Co2++2e=C。，因此，

甲室溶液pH逐漸減小，A錯(cuò)誤；

B.對于乙室，正極上LiCoCh得到電子，被還原為Cd+,同時(shí)得到Li+,其中的8-與溶液中的H+結(jié)合H2。，

+

電極反應(yīng)式為2LiCoC)2+2e-+8H+=2Li++2co2++4H2。，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為CH3COO-8e+2H20=2CCh個(gè)+7H,負(fù)極

產(chǎn)生的H+通過陽膜進(jìn)入正極室，但是乙室的H+濃度仍然是減小的，因此電池工作一段時(shí)間后應(yīng)該補(bǔ)充鹽酸，

B正確；

++2+

C.電解質(zhì)溶液為酸性，不可能大量存在OH:乙室電極反應(yīng)式為：LiCoO2+e+4H=Li+Co+2H20,C錯(cuò)誤；

0.2g

D.若甲室Cc)2+減少200mg,則電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為M(ej=-———-x2=0.0068mol；若乙室Cc)2+增力口300mg,

59g/mol

則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為“(e-kUljxgo.OOSlmol,由于電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量不等，說明此時(shí)已進(jìn)行過

59g/mol

溶液轉(zhuǎn)移，即將乙室部分溶液轉(zhuǎn)移至甲室，D正確；

故合理選項(xiàng)是BD。

“串聯(lián)”類電池的解題流程

一、有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算

電化學(xué)的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等，無論是單一電池還是串聯(lián)電解池,

均可抓住電子守恒計(jì)算。

1.解題關(guān)鍵

⑴電極名稱要區(qū)分清楚；

（2）電極產(chǎn)物要判斷準(zhǔn)確；

⑶各產(chǎn)物間量的關(guān)系遵循得失電子守恒。

2.三種計(jì)算方法

根據(jù)總二籠每面面屆氤云:旃由版畫板,靠面

反應(yīng)式［根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算J

:田市市至屬另拓而房而而根聲粉：比貧贏］

根據(jù)電;產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電:

子守恒二路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等

［②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算;

?而/蠢―――…殍冠）豆石而魯馬柒。

系式一1、量之間的關(guān)系，得出計(jì)算所需的關(guān)系式J

如以電路中通過4mol1為橋梁可構(gòu)建以下關(guān)系式：

■，、4

4e~2cb（Br?、卜）~。2~2H2~2Cu~4Ag—~M

X_________________ZX________/

陽極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物

（式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值）

該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化

學(xué)計(jì)算問題。

提示：在電化學(xué)計(jì)算中，還常利用Q=”和Q=n（e—）XNAXL60X10F9C來計(jì)算電路中通過的電量。

二、多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷

將原電池和電解池結(jié)合在一起，或幾個(gè)電解池串聯(lián)在一起，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(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，是高考中電化學(xué)部分的重要題型。解答該類試題時(shí)電池種類的判斷是關(guān)

鍵，整個(gè)電路中各個(gè)電池工作時(shí)得失電子守恒是數(shù)據(jù)處理的法寶。

1.直接判斷

非常直觀明顯的裝置，如有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時(shí)，則其他裝置為電解池。

如圖：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

PtU[PtZnULeu

NaCl溶液稀硫酸

AB

原電池一般是兩個(gè)不同的金屬電極或一個(gè)金屬電極和一個(gè)碳棒電極；而電解池則一般都是兩個(gè)惰性電極,

如兩個(gè)鉗電極或兩個(gè)碳棒電極。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)，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：A為電解池，B為原電池。

3.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)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型。

A』J7Bc71LD

Na。、酚醐溶液CuSO,溶液

甲乙

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(fù)極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。

4.原電池和電解池的組合裝置的思維模型

_廣陽極：氧化反應(yīng)*]

有電源或看電極

電解池

電極材料相同

先判斷f陰極：還原反應(yīng)一

裝置類型卉由inL正極：還原反應(yīng)」

電極活動(dòng)性不同

原電池

或通入反應(yīng)物f負(fù)極：氧化反應(yīng)」

三、綜合裝置中的有關(guān)計(jì)算

原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計(jì)算的根本依據(jù)就是得失電子守恒，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。在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。

甲乙

圖中裝置甲是原電池，裝置乙是電解池，若電路中有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，則Zn極溶解6.5g,Cu極上析出

H?2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），Pt極上析出Cl20.1mol,C極上析出Cu6.4g。甲池中才被還原生成H2,溶液pH變大;

乙池中是電解CuCh，電解后再加入適量CuCb固體可使溶液復(fù)原。

1.(2023?全國?統(tǒng)考高考真）用可再生能源電還原C。2時(shí)，采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反

應(yīng)來提高多碳產(chǎn)物（乙烯、乙醇等）的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是

質(zhì)

子

可

交

再

換

生

膜

能

源

A.析氫反應(yīng)發(fā)生在IrO,-Ti電極上

B.C「從Cu電極遷移到kO,-Ti電極

+

C.陰極發(fā)生的反應(yīng)有：2CO2+12H+12e-=C2H4+4H2O

D.每轉(zhuǎn)移Imol電子，陽極生成11.2L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）

【答案】C

【解析】由圖可知，該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽極，水在陽極失去

電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H20-4e-=5個(gè)+4H+,銅電極為陰極，酸性條件下二氧

化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電極反應(yīng)式為2CO2+：L2H++12e-=C2H4+4力0、

2co2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O,電解池工作時(shí)，氫離子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進(jìn)入陰極室。

A.析氫反應(yīng)為還原反應(yīng)，應(yīng)在陰極發(fā)生，即在銅電極上發(fā)生，故A錯(cuò)誤；

B.離子交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許氫離子通過，CJ不能通過，故B錯(cuò)誤；

C.由分析可知，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電

極反應(yīng)式有2cO2+12H++12e-=C2H4+4出0,故C正確；

D.水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2個(gè)+4H+,每轉(zhuǎn)移Imol

電子，生成0.25molC>2,在標(biāo)況下體積為5.6L,故D錯(cuò)誤;

答案選C。

2.（2023?北京?統(tǒng)考高考真蜀）回收利用工業(yè)廢氣中的CO?和SO,,實(shí)驗(yàn)原理示意圖如下。

下列說法不正確的是

A.廢氣中SO2排放到大氣中會(huì)形成酸雨

B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO；的水解程度大于HCO；的電離程度

C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的C0?和SO?

D.裝置b中的總反應(yīng)為SO：+CO2+H2O—HCOOH+SOj

【答案】C

【解析】A.SO?是酸性氧化物，廢氣中SO?排放到空氣中會(huì)形成硫酸型酸雨，故A正確；

B.裝置a中溶液的溶質(zhì)為NaHCOs，溶液顯堿性，說明HCO；的水解程度大于電離程度，故B正確；

C.裝置a中NaHCC）3溶液的作用是吸收SO2氣體，CO?與NaHCC^溶液不反應(yīng)，不能吸收C02,故C錯(cuò)誤;

D.由電解池陰極和陽極反應(yīng)式可知，裝置b中總反應(yīng)為50；-+€：02+凡0曳艇11（20011+$0:，故D正確;

選Co

1基感常

1.（2023?全國?高三專題練習(xí)）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，將電解池與燃料電池串聯(lián)組合的新工藝可節(jié)能，裝

置如圖所示。已知：空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為20%。下列敘述錯(cuò)誤的是

A.X為Cl?,Y為H?

B.c>a>b

C.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若生成22.4LX,則消耗空氣56L

D.燃料電池中陽離子的移動(dòng)方向是從右側(cè)移向左側(cè)

【答案】D

【解析】A池電解飽和NaCI溶液生成NaOH、H2>Ch,A的左側(cè)通入飽和NaCI溶液，得到X和稀NaCI溶液，

所以X是Cb,Y是出；B池左側(cè)通入或，右側(cè)通入空氣，B是氫氧燃料電池，左側(cè)為負(fù)極，右側(cè)為正極。

A.A池電解飽和NaCI溶液生成NaOH、出、Cl2,A的左側(cè)通入飽和NaCI溶液，得至1|X和稀NaCI溶液，所

以X是Cb,Y是電，故A正確；

B.B是氫氧燃料電池，左側(cè)為負(fù)極發(fā)生反應(yīng)H2-2e-+2OH-=2H2。，左側(cè)消耗0",所以a>；右側(cè)為正極發(fā)生

反應(yīng)。2+4e-2H2。=40小反應(yīng)生成0H;所以c>a,綜上所述，c>a>b,故B正確；

C.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若生成22.4LCI2,電路中轉(zhuǎn)移2moi電子，根據(jù)電子守恒，則消耗空氣中氧氣的

體積分?jǐn)?shù)為20%,所以消耗空氣56L,故C正確；

D.原電池中陽離子由負(fù)極移向正極，B是氫氧燃料電池，左側(cè)為負(fù)極，右側(cè)為正極，燃料電池中陽離子的

移動(dòng)方向是從左側(cè)移向右側(cè)，故D錯(cuò)誤；

選D。

2.（2023春?河北石家莊?高三校聯(lián)考階段練習(xí)）我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種利用廢水中的CrQ；-將苯酚氧化為CO?

和Hq的原電池一電解池組合裝置（如圖），實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、環(huán)保二位一體。已知：羥基自由基（QH）的氧化性

僅次于氟氣。下列說法正確的是

質(zhì)

子

烯

交石墨

Bl

電

換復(fù)合導(dǎo)

顆粒

膜凝膠

L

■>地?

含

溶高濃度

SO液.

水

苯酚廢

極

b電

線玲

少導(dǎo)

電極

：c

移方向

電子轉(zhuǎn)

A.

+H+

-=-OH

2O+e

應(yīng)為H

電極反

電極的

B.d

7:3

下)為

同條件

比(相

的體積

生氣體

電極產(chǎn)

d兩

，c、

置中

側(cè)裝

C.右

液

區(qū)溶

電極

進(jìn)入a

子膜

陰離

通過

oicT

有6m

液中

Cl溶

上Na

理論

應(yīng)，

與反

L參

lCrq

Imo

極上有

若a電

D.

】C

【答案

a一

%質(zhì)

a

H

zl子

H0

0

5

厚^

墨烯

,石

ra交

I微

『0彳

】

【解析

電

濮聞生換復(fù)合導(dǎo)

^物

顆粒

雜膜凝膠

，小

a溶

L

圜3「

!Na

;

H),

Cr(O翎地

cc

含

高濃度

溶so

！液4

水

苯酚廢