第3課時(shí)電化學(xué)中多池串聯(lián)及電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算(拓展課)一、多池串聯(lián)(一)有外接電源電池類型的判斷方法有外接電源的各電池均為電解池,若電池陽極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子相同,則該電池為電鍍池。如則甲為電鍍池,乙、丙均為電解池。(二)無外接電源電池類型的判斷方法1.直接判斷非常直觀明顯的裝置,如圖所示:A為原電池,B為電解池,甲池為原電池,其余為電解池。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個(gè)金屬電極一個(gè)碳棒電極;而電解池則一般兩個(gè)都是惰性電極,如兩個(gè)鉑電極或兩個(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)。如圖所示。B為原電池,A為電解池。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)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極,并由此判斷電池類型。如圖所示。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)。[例1]某同學(xué)組裝如圖所示的電化學(xué)裝置,電極Ⅰ為Al,其他均為Cu,則下列說法正確的是()A.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)B.電極Ⅱ逐漸溶解C.電路中每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,電極Ⅲ上析出64gCuD.電流方向:電極Ⅳ→?→電極Ⅰ聽課記錄:|思維建模|“串聯(lián)”類裝置的解題流程[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.如圖甲、乙為相互串聯(lián)的兩個(gè)電解池,下列說法正確的是()A.甲池若為精煉銅的裝置,A極材料是粗銅B.乙池中若滴入少量酚酞溶液,開始一段時(shí)間后C極附近變淺紅色C.若甲池為電鍍銅的裝置,陰極增重12.8g,乙池陽極放出氣體為4.48LD.Fe極的電極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH2.(2022·山東卷改編)設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定,借助其降解乙酸鹽生成CO2,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為Co2+,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()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+eLi++Co2++4OHD.若甲室Co2+減少200mg,乙室Co2+增加300mg,則此時(shí)沒有進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移3.如圖所示的裝置,X、Y都是惰性電極。將電路接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在Fe極附近顯紅色。試回答下列問題:(1)甲裝置是甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)的結(jié)構(gòu)示意圖,則a處通入的是(填“CH4”或“O2”),該電極上發(fā)生的反應(yīng)類型是反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)。

(2)在乙裝置中,總反應(yīng)的離子方程式是。

(3)工作一段時(shí)間之后,丙裝置中硫酸銅溶液的濃度(填“增大”“減小”或“不變”),如果丙裝置中精銅電極的質(zhì)量增加了6.4g,則甲裝置中消耗的CH4的質(zhì)量為g。

(4)丁裝置中在通電一段時(shí)間后,Y電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是。

二、電解的相關(guān)計(jì)算[例2]如圖,X是直流電源,電池中c、d、e、f為石墨棒,接通電路后,發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色?；卮鹣铝袉栴}:(1)電源a為(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”,下同)極,d極上的電極反應(yīng)式為,Z池中f為極,e極上的電極反應(yīng)式為。

(2)當(dāng)電路中通過0.02mol電子時(shí),d極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為L,Y池中溶液的pH為;Z池中析出銅的質(zhì)量為g,產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為L。

聽課記錄:|思維建模|三種常見計(jì)算方法根據(jù)總反應(yīng)式先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算根據(jù)電子守恒①用于串聯(lián)電路的陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路中轉(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)算根據(jù)關(guān)系式根據(jù)得失電子守恒建立已知量與未知量之間的關(guān)系,得出計(jì)算所需的關(guān)系式如以通過4mole為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系:4e~2Cl2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)[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.(2025·烏魯木齊高二檢測)用惰性電極電解1mol·L1CuSO4和0.1mol·L1Cu(NO3)2的混合液100mL,當(dāng)陽極析出896mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí),切斷電源,使電極仍浸在溶液中,充分反應(yīng)后,陰極比原來增重()A.7.04g B.5.12gC.3.2g D.1.28g2.常溫下用惰性電極電解200mL氯化鈉、硫酸銅的混合溶液,所得氣體的體積隨時(shí)間的變化如圖所示,根據(jù)圖中信息回答下列問題(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積,且忽略氣體在水中的溶解和溶液體積的變化)。(1)曲線(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示陽極產(chǎn)生氣體的體積變化。

(2)氯化鈉的物質(zhì)的量濃度為,硫酸銅的物質(zhì)的量濃度為。

(3)t2時(shí)所得溶液的pH為。

3.KIO3可作為食鹽中的補(bǔ)碘劑,可采用“電解法”制備。先將一定量的碘溶于過量氫氧化鉀溶液,發(fā)生反應(yīng):3I2+6KOH5KI+KIO3+3H2O,將反應(yīng)后的溶液加入陽極區(qū),陰極區(qū)加入氫氧化鉀溶液,開始電解。裝置如下圖所示:回答下列問題:(1)惰性電極M為(填“陽極”或“陰極”),其電極反應(yīng)式為。

(2)若電解時(shí)用鉛酸蓄電池做電源,當(dāng)消耗2mol單質(zhì)鉛時(shí),電解生成氣體的物質(zhì)的量是mol。

(3)若電解結(jié)束時(shí),陽極反應(yīng)生成10molKIO3,則理論上消耗的I2的物質(zhì)的量為mol。

(4)常溫下若有0.9molK+通過陽離子交換膜,陰極區(qū)KOH溶液pH由13升到14,則陰極區(qū)KOH溶液體積為L(忽略溶液體積變化)。

(5)若電解池工作前,陽極室和陰極室中電解液質(zhì)量相等,當(dāng)轉(zhuǎn)移mol電子時(shí),兩側(cè)電解液的質(zhì)量差為308g。

課下請完成課時(shí)跟蹤檢測(三十三)第3課時(shí)電化學(xué)中多池串聯(lián)及電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算[例1]選D電極Ⅰ上電極反應(yīng)式為Al3eAl3+,發(fā)生氧化反應(yīng),故A錯(cuò)誤;電極Ⅱ是正極,正極上發(fā)生反應(yīng)為Cu2++2eCu,所以電極Ⅱ質(zhì)量逐漸增大,故B錯(cuò)誤;電極Ⅲ為陽極,電極反應(yīng)式為Cu2eCu2+,電路中每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,電極Ⅲ上溶解銅0.1mol,質(zhì)量為6.4g,故C錯(cuò)誤;電流方向從正極流向陽極,陰極流向負(fù)極,即電極Ⅳ→?→電極Ⅰ,故D正確。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.選D電解精煉銅時(shí),粗銅作陽極,接外接電源的正極,A極連接電源的負(fù)極,應(yīng)是純銅,A錯(cuò)誤;Fe極是陰極,電極反應(yīng)式為2H2O+2e2OH+H2↑,故乙池中Fe電極附近變淺紅色,B錯(cuò)誤,D正確;電鍍銅時(shí),陰極反應(yīng)式為Cu2++2eCu,增重12.8g時(shí)生成0.2molCu,電路中轉(zhuǎn)移0.4mol電子,乙池中陽極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑,據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒推知,生成0.2molCl2,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48L,其他狀況則不一定,C錯(cuò)誤。2.選B電池工作時(shí),左側(cè)為電解池,左側(cè)石墨極為陽極,電極反應(yīng)式為CH3COO8e+2H2O2CO2↑+7H+,H+移向甲室,溶液pH減小,A錯(cuò)誤;對于乙室,正極上LiCoO2得到電子,被還原為Co2+,同時(shí)得到Li+,其中的O與溶液中的H+結(jié)合生成H2O,因此電池工作一段時(shí)間后應(yīng)該補(bǔ)充鹽酸,B正確;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++Co2++2H2O,C錯(cuò)誤;若甲室Co2+減少200mg,電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為n(e)=0.2g59g·mol?1×2≈0.0068mol,乙室Co2+增加300mg,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e)=0.3g59g·mol?1×3.解析:(1)甲裝置為燃料電池,a極為負(fù)極,應(yīng)通入燃料甲烷發(fā)生氧化反應(yīng);(2)乙裝置為電解飽和食鹽水,總反應(yīng)的離子方程式:2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH;(3)丙裝置為電解精煉銅,初始階段陽極由粗銅中比銅活潑的金屬失電子,陰極消耗銅離子,所以溶液中硫酸銅濃度降低;如果丙裝置中精銅電極的質(zhì)量增加了6.4g,說明生成Cu0.1mol,電路中轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol,則甲裝置中消耗的CH4的物質(zhì)的量為0.025mol,對應(yīng)質(zhì)量為0.4g;(4)丁裝置Y為陰極,其電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是Cu2++2eCu。答案:(1)CH4氧化(2)2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH(3)減小0.4(4)Cu2++2eCu二[例2]解析:(1)用直流電電解飽和NaCl溶液,陽極電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑,陰極電極反應(yīng)式為2H2O+2e2OH+H2↑,d附近顯紅色,因此d為陰極,a為電源的正極,f為陰極,電極反應(yīng)式為Cu2++2eCu,e為陽極,電極反應(yīng)式為2H2O4e4H++O2↑;(2)由上述分析,Y池總反應(yīng)為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Z池總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O2H2SO4+O2↑+2Cu,當(dāng)電路中通過0.02mol電子時(shí),d極產(chǎn)生0.01mol的H2,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224L,同時(shí)生成0.02molOH,c(OH)=0.1mol·L1,Y池中溶液的pH為13;Z池中析出銅的物質(zhì)的量為0.01mol,質(zhì)量為0.64g,陽極產(chǎn)生0.005molO2,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.112L。答案:(1)正2H2O+2e2OH+H2↑陰2H2O4e4H++O2↑(2)0..640.112[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.選B由題意可知,硫酸銅和硝酸銅混合溶液中銅離子的物質(zhì)的量為(1+0.1)mol·L1×0.1L=0.11mol,用惰性電極電解混合溶液,當(dāng)陽極析出標(biāo)準(zhǔn)狀況896mL氧氣時(shí),外電路轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.89622.4×4mol=0.16mol<0.11mol×2,則溶液中銅離子未完全放電,陰極析出銅的質(zhì)量=0.16mol×12×64g·mol1=5.122.解析:(1)陰極上Cu2+首先放電,故開始時(shí),陰極上無氣體生成,故曲線Ⅱ表示陽極產(chǎn)生氣體的體積變化。(2)0~t1內(nèi)陽極發(fā)生的反應(yīng)為2Cl2eCl2↑,n(Cl2)=0.224L22.4L·mol?1=0.01mol,n(NaCl)=n(Cl)=2n(Cl2)=0.02mol,c(NaCl)=0.02mol0.2L=0.1mol·L1;陰極上依次發(fā)生反應(yīng):Cu2++2eCu、2H2O+2eH2↑+2OH,陽極上依次發(fā)生反應(yīng):2Cl2eCl2↑、2H2O4eO2↑+4H+,由圖可知V(H2)=0.672L,V(Cl2)=0.224L,V(O2)=0.448L,由得失電子守恒可知0.672L22.4L·mol?1×2+c(Cu2+)×0.2L×2=0.224L22.4L·mol?1×2+0.448L22.4L·mol?1×4,解得c(Cu2+)=0.1mol·L1。(3)由4OH~O2~4H+可得:n(H+)=(0.336?0.224)L22.4L·答案:(1)Ⅱ(2)0.1mol·L10.1mol·L1(3)13.解析:(1)惰性電極M為陽極,其電極反應(yīng)式為I+6OH6eIO3?+3H2O。(2)若電解時(shí)用鉛酸蓄電池做電源,由關(guān)系式Pb~2e~H2,當(dāng)消耗2mol單質(zhì)鉛時(shí),電解生成氣體的物質(zhì)的量是2mol。(3)若電解結(jié)束時(shí),由關(guān)系式3I2~5I~5IO3?,陽極反應(yīng)生成10molKIO3,則理論上消耗的I2的物質(zhì)的量為10mol5mol×3=6mol。(4)常溫下若有0.9molK+通過陽離子交換膜,陰極區(qū)