2022高考化学一轮复习训练：第6章 第6讲 多池串联的两大模型及电化学计算

训练(三十二)　多池串联的两大模型及电化学计算

1．(2021·四川仁寿一中检测)锂­硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li＋xS===Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．b为锂－硫电池的正极

B．电解过程中，Na＋向石墨2电极移动

C．锂－硫电池的负极反应式为Li－e－===Li＋

D．阳极反应式为CO＋3CO＋2H2O－2e－===4HCO

B　[由图可知，CO在石墨2电极上被氧化生成CO2，则石墨2为阳极，根据电极的连接方式可知，b为锂－硫电池的正极，A项正确；石墨1为阴极，电解过程中，阳离子向阴极移动，故Na＋向石墨1电极移动，B项错误；锂是活泼金属，锂－硫电池中锂电极为负极，被氧化生成Li＋，则负极反应式为Li－e－===Li＋，C项正确；由图可知，CO在阳极被氧化为CO2，并与Na2CO3反应生成NaHCO3，故阳极反应式为CO＋3CO＋2H2O－2e－===4HCO，D项正确。]

2．(2021·湖北荆州中学检测)图1是电解饱和氯化钠溶液示意图。图2中，x轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，则y轴表示(　　)

A．n(Na＋)　　　　 B．n(Cl－)

C．c(OH－)     D．c(H＋)

C　[该装置中，阳极氯离子放电生成氯气，其电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极氢离子放电，其电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑+2OH－；总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。由上述分析可知，溶液中钠离子浓度不变， A项错误；阳极氯离子放电生成氯气，所以溶液中氯离子浓度减小， B项错误；阴极氢离子放电，所以溶液中c(OH－)增大，氢离子浓度减小， C项正确，D项错误。]

3．(2021·福建泉州检测)甲、乙两个电解池均以铂为电极，且互相串联，甲池中盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池电极的质量增加2.16 g，乙池电极上析出0.24 g金属，则乙池中的溶质可能是(　　)

A．CuSO4　　　　　　　 B．MgSO4

C．Al(NO3)3     D．Na2SO4

A　[根据阳离子放电顺序可知，在上述4个选项中只有CuSO4溶液中的Cu2＋电解时可以放电，从而在电极上析出；当转移0.02 mol电子时，乙池中析出铜的质量小于0.64 g，是因为电解过程中CuSO4不足，后来变成电解水，A项正确。]

4．(2021·山东潍坊检测)常温下用石墨作电极，电解100 mL 0.1 mol·L－1的Cu(NO3)2和0.1 mol·L－1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是(　　)

A．阴极增重1.4 g     B．所得溶液pH<1

C．阴极增重0.64 g     D．所得溶液pH>1

B　[阴极可以放电的离子依次为0.01 mol Ag＋、0.01 mol Cu2＋，阳极可以放电的阴离子只有OH－。当阳极生成1.12 L O2时，电路中通过电子：n(e－)＝0.05 mol×4＝0.2 mol，此时Ag＋、Cu2＋已全部析出，质量：0.01 mol×108 g·mol－1＋0.01 mol×64 g·mol－1＝1.72 g。因为当Ag＋、Cu2＋全部析出以后，相当于电解水，H＋不再增加，所以生成的H＋所带电荷与0.01 mol Ag＋、0.01 mol Cu2＋所带电荷相等。则溶液中生成：c(H＋)＝0.3 mol·L－1，pH<1。当阴极生成1.12 L H2时，表明Ag＋、Cu2＋已经放电完全。阴极增重、溶液pH与以上相等。]

5．(2021·四川成都检测)用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是(　　)

A．电路中通过1 mol电子时，Y电极质量增加48 g

B．放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)

C．c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2

D．X极为负极

A　[Y电极为负极，铅放电生成硫酸铅，电路中通过1 mol电子时，增加0.5 mol SO，质量增加0.5 mol×96 g/mol＝48 g，A项正确；放电时，铅蓄电池负极发生氧化反应，而不是还原反应，B项错误；a极质量增加，即析出了 Ag，a为阴极，则Y为负极，X为正极，D项错误；c为阴极放出H2，d为阳极放出O2，物质的量之比为2∶1，C项错误。]

6．(2021·广东广州六校联考)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是(　　)

A．a为铅蓄电池的负极

B．电解过程中SO向右侧移动

C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g

D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO

C　[Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A项错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B项错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol(9.6 g)SO进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C项正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D项错误。]

7．(2021·山东章丘四中检测)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是(　　)

A．M为正极

B．c、e均为阳离子交换膜

C．b极电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

D．制备1 mol (CH3)4NOH，a、b两极共产生11.2 L气体(标准状况下)

B　[根据图中Cl－移动方向可知，电极b是阳极，电极a是阴极，则M是电源的负极，N是正极，A项错误；左池产物是(CH3)4NOH，说明(CH3)4N＋透过交换膜c向左侧移动，则c是阳离子交换膜；Cl－通过d膜向右移动，通入NaCl稀溶液，流出NaCl浓溶液，说明阳极区溶液中Na＋通过交换膜e向左迁移，则e是阳离子交换膜，B项正确；b电极是阳极，电解液呈碱性，则电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C项错误；制备1 mol (CH3)4NOH，电路中转移1 mol 电子，据得失电子守恒可知，a极产生0.5 mol H2，b极产生0.25 mol O2，共产生0.75 mol 气体，在标准状况下的体积为16.8 L，D项错误。]

8．(2021·山西临汾中学检测)用乙醇燃料电池作为电源电解KI溶液的装置如下图所示，下列说法正确的是(　　)

A．甲池中OH－流向b极，乙池中OH－流向c极

B．a极的电极反应方程为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

C．已知I2会与OH－产生IO－，则在乙池的右侧会存在IO－

D．当乙池产生2 mol气体时，则电路中转移2 mol e－

C　[甲池中乙醇通入a极，空气通入b极，则a极是负极，b极是正极，根据电极的连接方式可知，c极是阳极，d极是阴极。原电池中阴离子向负极移动，电解池中阴离子向阳极移动，则甲池中OH－流向a极，乙池中OH－流向c极，A项错误；甲池电解质溶液为KOH溶液，则a极反应式为CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，B项错误；c极是阳极，电极反应为2I－－2e－===I2，I2会与OH－产生IO－，乙池中是阴离子交换膜，故乙池中交换膜的左侧和右侧都会存在IO－，C项正确；d极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，乙池产生2 mol气体时，则电路中转移4 mol 电子，D项错误。]

9．(2020·广东清远检测)认真观察下列装置，下列说法错误的是(　　)

A．装置B中PbO2上发生的电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O

B．装置A中总反应的离子方程式为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑

C．若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3，则消耗水的物质的量共为0.5 mol

D．若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则极板M的材料为Ag

D　[装置B和C之间通过盐桥连接，形成原电池，PbO2作正极，发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，A项正确；装置A为电解池，Cu电极为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Pt电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故装置A中总反应为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑，B项正确；装置D中石墨为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Fe电极为阳极，电极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2↓，随后被氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3时，消耗水的物质的量为0.4 mol＋0.1 mol＝0.5 mol，C项正确；装置E中极板M为阴极，在Cu材料上镀银，应将Cu材料作阴极，Ag材料作阳极，AgNO3溶液作电解质溶液，故极板M的材料应为Cu，D项错误。]

10．(2021·湖北沙市中学检测)NaBH4燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．离子交换膜为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移

B．负极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O

C．电极A为粗铜，烧杯中电解质溶液可选CuSO4溶液

D．消耗标准状况下2.24 L O2时，B电极质量减轻12.8 g

D　[由图可知，燃料电池中O2通入石墨2，则石墨2是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，反应生成OH－，为使溶液呈电中性，Na＋要透过离子交换膜向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确；BH在负极被氧化生成BO和H2O，则负极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，B项正确；石墨2是正极，则电极A为阳极，要选用粗铜；电镀池中，电解质溶液要含有镀层金属阳离子，故可选用CuSO4溶液，C项正确；电极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当正极上消耗标准状况下2.24 L O2时，电路中转移0.4 mol电子，则B电极上析出0.2 mol Cu，电极质量增加12.8 g，D项错误。]

11．(2021·河南平顶山检测)如图所示，常温下，以H2燃料电池为电源分别电解300 mL硫酸铜溶液和400 mL氯化钠溶液，当消耗标准状况下的氧气224 mL时停止通电，电解过程中溶液的体积变化忽略不计，请回答下列问题。

(1)写出燃料电池的负极反应式：__________________________________。

(2)通电过程中将湿润的淀粉KI试纸放置在电极3附近，观察到的现象是________________________________________________________________________。

(3)停止通电后，C中溶液的pH为________。

(4)电极2是________(填“阳极”或“阴极”)。如果B槽中共产生336 mL气体(标准状况下)，则CuSO4的物质的量浓度是________ mol·L－1。

解析　(1)通氢气的一极为负极，电解质为酸，负极电极反应式为H2－2e－===2H＋。

(2)电极3为阳极，氯离子失电子生成Cl2，Cl2与KI反应置换出I2，I2使淀粉试纸变蓝色，过量的氯气会将碘氧化成碘酸钾，蓝色消失。

(3)标准状况下，224 mL O2的物质的量为0.01 mol，得到的电子为0.04 mol，即各电极均有0.04 mol电子经过，则C中电解的总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，产生的n(OH－)＝0.04 mol，c(OH－)＝＝＝0.1 mol·L－1，故pH＝13。

(4)A中通入氧气的一极是正极，电极1与其相连，为阳极，则电极2为阴极。B中电极1产生氧气，根据电子数得：n(O2)＝＝0.01 mol；V(O2)＝224 mL，电极2先生成Cu，后产生氢气，V(H2)＝112 mL，n(H2)＝0.005 mol，H＋得电子0.01 mol，所以Cu2＋得电子的物质的量是0.03 mol，故n(Cu2＋)＝0.015 mol，c(Cu2＋)＝＝0.05 mol·L－1。

答案　(1)H2－2e－===2H＋　(2)试纸先变蓝色后褪色

(3)13　 (4)阴极　0.05

12．(2021·湖北黄冈期初调研)如图1所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。

图1　　　　　　　　　　　　图2

(1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为_______________________________________。

(2)关闭K1，打开K2，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则电源a端为________极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是_________________。

(3)D装置中有200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度________mol·L－1，t2时所得溶液的pH＝________。

(4)若C装置中溶液为AgNO3且足量，总反应的离子方程式为_______________。电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入______________________(填化学式)。

解析　(1)甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，负极上CH4被氧化，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。

(2)关闭K1，打开K2，燃料电池A和电解池B组成串联电路，B中KMnO4紫红色液滴向d端移动，说明MnO向d移动，则d为阳极，从而推知a为电源的负极，b为正极；c为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c端溶液呈碱性，溶液变成红色。

(3)阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO，阳极上先后发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；由图可知，t1时刻Cl－放电完毕，得到224 mL Cl2(标准状况)，则有n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝＝0.02 mol，故原混合液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1。t1～t2时间段生成112 mL O2(标准状况)，n(O2)＝＝5×10－3mol，结合阳极反应可知反应生成n(H＋)＝4n(O2)＝4×5×10－3mol＝0.02 mol，则t2时所得溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。

(4)利用Pt电极电解AgNO3溶液时，阳极上OH－放电，阴极上Ag＋放电，电池总反应为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。为使电解质复原，可向电解后的溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。

答案　(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O

(2)负　c端试纸变红

(3)0.1　1

(4)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋　Ag2O或Ag2CO3