1、届高三化学精准培优专练22电解池的串联问题附解析2020届高三化学精准培优专练22:电解池的串联问题(附解析)一电解池的串联问题典例1某同学按下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,SO从右向左通过交换膜移向A极。下列分析正确的是( )A溶液中c(A2+)减小BB极的电极反应:B2e=B2+CY电极上有H2产生,发生还原反应D反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀典例2如图所示,通电5 min后,电极5的质量增加2.16 g,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
2、中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(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200 mL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 。二对点增分集训1烧杯A中盛放0.1molL1的H2SO4溶液,烧杯B中盛放0.1molL1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( )AA为原电池,B为电解池BA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2图甲是利用一种微生物将废水中尿素的
3、化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置在图乙中的铁上镀铜。下列说法中不正确的是( )A铜电极应与电极相连接B通过质子交换膜由左向右移动C当电极消耗气体时,则铁电极增重D电极的电极反应式为3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( )Aa为精铜,b为铁制品可实现镀铜要求Bc为负极,电极反应式为CH3OH+8OH6eCO+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4利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5,装置如图所示,
4、下列说法正确的是( )A电极b反应式是O2+4e+2H2O=4OHB电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变Cc电极上的电极反应式为N2O4-2e+H2O=N2O5+2H+D甲中每消耗1mol SO2,乙装置中有1mol H+通过隔膜5某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则下列说法正确的是( )A. 电流方向:电极A电极B. 电极发生还原反应C. 电极逐渐溶解D. 电极的电极反应:Cu2+2e=Cu6某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置示意图如下。下列叙述正确的是( )A. Y的电极反应为:Pb-2e+SO=PbSO4B. 电解池内仅发生反
5、应:2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2C. 若电解池阴极上有0.5mol H2生成,则铅蓄电池中消耗H2SO4为98gD.用电絮凝法净化过的水,pH显著升高7如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题:(1)甲烷燃料电池负极电极反应式是:_。(2)石墨电极(C)的电极反应式为_。(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁电极上生成的气体体积为_ L。(4)铜丝a处在开始一段时间的现象为_;原因是_。8A、B、C三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:阳离子Na+、K+、Cu2+阴离子SO
6、、OH如图1所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题:(1)M为直流电源的_极,b电极上发生的电极反应为_。(2)计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为_。(3)写出乙烧杯中的总反应方程式:_。9如下图所示的装置,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色。试完成以下问题:(1)电源A极的名称是_。(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_。(3)如果收集乙装置中
7、产生的气体,两种气体的体积比是_。(4)欲用丙装置给铜镀银,G应该是_(填“铜”或“银”),电镀液的主要成分是_(填化学式) 。(5)装置丁的现象是_,说明_。参考答案一、电解池的串联问题典例1【答案】D【解析】根据SO从右向左通过交换膜移向A极,则A极为负极,故A极的电极反应为A2e=A2+,溶液中c(A2+)增大,A错误;B极为正极,发生还原反应,B错误;Y电极为阳极,为Cl放电,发生氧化反应:2Cl2e=Cl2,有Cl2产生,C错误;右边U形管中最初为电解AlCl3溶液,X电极为H+放电,c(H+)减小,c(OH)增大,且Al3+移向X极,因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀,D正确。典
8、例2【答案】(1)负 电解 2Cl2e=Cl2 Ag+e=Ag(2)0.025 molL1(3)13【解析】根据已知条件通电5 min后,电极5的质量增加2.16 g,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0.02 mol,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+2H2O2Cu+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2CuSO4O24e可得n(O2)= 0.005mol,体积为1
9、12 mL(标准状况)224 mL,说明溶质CuSO4已耗完,然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol,H2O y mol,则有2x+2y=0.02,x+y=0.01,解得x=y=0.005mol,则c(CuSO4)=0.025 molL1。(3)由于A池中电解液足量,A池中只发生反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,根据关系式NaOHe,生成的n(NaOH)= 0.02mol,则c(NaOH)=0.1molL1,即溶液的pH=13。二、对点增分集训1. 【答案】B【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
10、,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:Fe2e=Fe2+。B装置中的电极反应式:阴极:Cu2+2e=Cu,阳极:2Cl2e=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。2. 【答案】C【解析】根据题给信息知,甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应;在铁上镀铜,则铁为阴极应与负极相连,铜为阳极应与正极相连,根据得失电子守恒计算。当N电极消耗0.25mol氧气时,则转移0.254=1mol电子,所以铁电极增重mol64g/mol=
11、32g,故C错误。3. 【答案】C【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+8OH6eCO+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
12、正确。4. 【答案】B【解析】甲装置为原电池,其中a电极为负极、b电极为正极,左侧加入了硫酸,其中的H+可透过质子膜而进入右侧极室,所以右侧极室是酸性的,所以电极反应中不能生成OH,而应生成水:O2+4e+4H+=2H2O,A项错误;乙装置是一个电解池,均采用了惰性电极,左侧为阳极,右侧d电极为阴极,其中盛放了硝酸溶液,发生的反应为:2H+2e=H2,虽然消耗了H+,但同时有等量的H+从阳极区迁移过来,故溶液的pH不变,B项正确;c电极为阳极,发生氧化反应:N2O4-2e+2HNO3=2N2O5+2H+,C项错误;依据电子转移数相同可知,甲装置的左侧的电极反应式:SO2-2e+2H2O=4H+
13、SO,可知消耗1mol SO2电子转移数为2mol,乙装置中阳极N2O4-2e+2HNO3=2N2O5+2H+,阴极反应为2H+2e=H2,为了平衡电荷,则有2mol H+通过隔膜,D项错误。5. 【答案】A【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A电极,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
14、极放电,电极反应为Cu-2e=Cu2+,D错误。6. 【答案】C【解析】左端装置为电池,右端装置为电解池,根据电解池的装置图,铁电极上H2O转化成H2和OH,铁电极为阴极,即Al电极为阳极,X为负极,Y为正极。根据上述分析,Y电极为正极,电极反应式为PbO2+SO+H+2e=PbSO4+H2O,故A错误;根据电解池装置,Al电极上除有Al3+生成外,还含有O2的生成,故B错误;阴极上有0.5mol H2产生,铅蓄电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,即有H22e2H2SO4,即铅蓄电池中消耗硫酸的质量为0.5mol298g/mol=98g,故C正确;电解池内部发生
15、的反应是2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2,2H2O2H2+O2,净化过的水,pH基本保持不变,故D错误。7. 【答案】(1)CH48e+10OH= CO+7H2O(2)2Cl2e=Cl2(3)4.48(4)溶液变红 由于2H+2e=H2,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红【解析】(1)碱性条件下,甲烷燃料电池总反应为CH4+2O2+2OH=CO+3H2O,正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH,所以负极反应式为CH48e+10OH= CO+7H2O。(2)石墨电极(C)为电解池阳极,电极反应式为2Cl2e=Cl2。(3)乙装置中铁电极为阴极,电极反应为2H+2e= H2
16、。若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,转移电子0.4 mol,则乙装置中铁电极上生成0.2mol H2,体积为4.48 L。(4)铜丝a为电解池阴极,电极反应为2H+2e= H2,开始一段时间后,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红。8. 【答案】(1)负 4OH4e=2H2O+O2 (2)5.6 L (3)2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4。 【解析】测得乙中c电极质量增加了16g,由表可知乙中含有Cu2+,结合离子的共存可知,B为CuSO4,丙中pH不变,则C为硫酸钠或硫酸钾,甲中pH增大,则A为KOH或NaOH;(1)c电极析出Cu,由铜离子在阴极得电子
17、生成Cu可知c为阴极,则M为负极,N为正极;b与正极相连,则b为阳极,所以b电极上是氢氧根离子失电子生成氧气,其电极反应式为:4OH-4e=2H2O+O2;正确答案:负;4OH-4e=2H2O+O2。(2)e与电源负极相连为阴极,则e电极上是氢离子得电子生成氢气,已知n(Cu)=0.25mol,由Cu2e-H2可知生成标况下氢气的体积为0.25mol22.4L/mol=5.6L;正确答案:5.6L。(3)乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液,总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4;正确答案:2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4。9. 【答案】(1)正极 (2)2CuS
18、O4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 (3)11 (4)Ag AgNO3 (5)Y极附近红褐色变深 氢氧化铁胶粒带正电 【解析】F极附近呈现红色,说明F极附近生成了OH,电解饱和食盐水的方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2,放氢生碱,阴极生成碱。F、D、H、Y为阴极,C、E、G、X为阳极,A为正极,B为负极。(1)F极附近生成了OH,为阴极,则B为负极,A为正极,答案为正极;(2)甲装置中为CuSO4溶液,Cu2+在阴极得到电子,OH在阳极失去电子,根据得失电子守恒可以写出电解方程式,答案为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2;(3)电解饱和食盐水的方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2,相同情况下,气体体积之比等于物质的量之比,答案为11;(4)铜上镀银,铜作阴极,银作阳极,G是阳极,G为银,电镀液为镀层金属的溶液,为硝酸银。答案为Ag;AgNO3;(5)氢氧化铁胶粒带正电荷,在外加电场的作用下,向阴极移动,所以现象是阴极附近红褐色会加深。答案为Y极附近红褐色变深;氢氧化铁胶粒带正电
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