2024屆高考一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第5講 串聯(lián)電池 電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算 課件（共49張）

第5講

串聯(lián)電池

電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算(綜合應(yīng)用課)電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算是每年高考的必考內(nèi)容，考查的形式主要是在選擇題的某一個(gè)或二個(gè)選項(xiàng)中出現(xiàn)，考查的內(nèi)容主要涉及電極的質(zhì)量變化、產(chǎn)生或消耗氣體的體積、電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。串聯(lián)電池的題型在近幾年的高考中雖出現(xiàn)不多，但通過這種題型的訓(xùn)練可以加深對(duì)原電池和電解池原理理解，有助于學(xué)生全面融會(huì)貫通知識(shí)，發(fā)展創(chuàng)新思維能力。1.2022·山東等級(jí)考改編)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，乙室不需要補(bǔ)充鹽酸C．乙室電極反應(yīng)式為LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－D．若甲室Co2＋減少200mg，乙室Co2＋增加300mg，則此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移解析：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CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，H＋移向甲室，溶液pH減小，A錯(cuò)誤；對(duì)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錯(cuò)誤；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；答案：D2．(2021·天津等級(jí)考)如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，下列判斷錯(cuò)誤的是

()A．a(chǎn)是電源的負(fù)極B．通電一段時(shí)間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色C．隨著電解的進(jìn)行，CuCl2溶液濃度變大D．當(dāng)0.01molFe2O3完全溶解時(shí)，至少產(chǎn)生氣體336mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下)解析：通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ?yàn)殛枠O，則電源b為正極，a為負(fù)極，石墨電極Ⅰ為陰極，故A正確；石墨電極Ⅱ?yàn)殛枠O，通電一段時(shí)間后，產(chǎn)生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色，故B正確；隨著電解的進(jìn)行，銅離子在陰極得電子生成銅單質(zhì)，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯(cuò)誤；當(dāng)0.01molFe2O3完全溶解時(shí)，消耗氫離子為0.06mol，根據(jù)陽極電極反應(yīng)式2H2O－4e－===O2＋4H＋，產(chǎn)生氧氣為0.015mol，體積為336mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，故D正確。答案：C3．(2021·山東等級(jí)考)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池，下列說法正確的是

()A．放電過程中，K＋均向負(fù)極移動(dòng)B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時(shí)，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L解析：堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4-O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合價(jià)均為－2價(jià)，H元素化合價(jià)為＋1價(jià)，所以根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；根據(jù)分析可知，N2H4-O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮?dú)夂退淇偡磻?yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知，KOH的物質(zhì)的量減小，B錯(cuò)誤；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可知，消耗1molO2生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4L，D錯(cuò)誤。答案：C題型(一)串聯(lián)電池串聯(lián)電池中原電池、電解池的判斷1．有外接電源的判斷方法則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池2．無外接電源的判斷方法(1)直接判斷非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛酸蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示，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)溶液判斷原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個(gè)碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個(gè)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)。[典例]

如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列說法正確的是

()石墨棒作陽極，Ag作陰極，只能在銀極上鍍銀，D項(xiàng)錯(cuò)誤。[答案]C[思維建模]

串聯(lián)類電池的思維流程[綜合應(yīng)用訓(xùn)練]1．某實(shí)驗(yàn)室用新型二次電池模擬工業(yè)上制備Mn和MnO2的工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是

()A．a(chǎn)電極的電極反應(yīng)為MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2OB．裝置工作時(shí)，c、d兩個(gè)電極的質(zhì)量都增加C．c電極反應(yīng)為Mn2＋＋2e－===MnD．d電極附近溶液的pH增大解析：根據(jù)示意圖可知b為負(fù)極，a為正極，c為陰極，d為陽極。c、d的電極反應(yīng)分別為Mn2＋＋2e－===Mn，Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。d電極附近溶液c(H＋)增大，pH變小，D錯(cuò)誤。答案：D2．相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是

()A．a(chǎn)電極的電極反應(yīng)式為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－B．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜C．電池放電過程中，Cu(1)電極上的電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===CuD．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得320gNaOH解析：濃差電池放電過程中，Cu(1)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度降低的還原反應(yīng)，作正極，Cu(2)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度升高的氧化反應(yīng)，作負(fù)極，則a電極為電解池的陰極，H2O中的H＋得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，A項(xiàng)正確；電解過程中，硫酸鈉溶液中的Na＋通過陽離子交換膜c進(jìn)入陰極區(qū)，SO通過陰離子交換膜d進(jìn)入陽極區(qū)，B項(xiàng)正確；電池放電過程中，Cu(1)電極作正極，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu，C項(xiàng)正確；電池從開始工作到停止放電，正極區(qū)硫酸銅溶液的濃度由2.5mol·L－1降低到1.5mol·L－1，負(fù)極區(qū)硫酸銅溶液的濃度同時(shí)由0.5mol·L－1升到1.5mol·L－1，正極反應(yīng)還原Cu2＋的物質(zhì)的量為2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，電路中轉(zhuǎn)移4mol電子，電解池的陰極生成4molOH－，即陰極區(qū)可得4mol氫氧化鈉，其質(zhì)量為160g，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D3．羥基自由基(·OH)具有強(qiáng)氧化性。我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種能將苯酚氧化為CO2、H2O的原電池—電解池組合裝置(如圖所示)，該裝置能實(shí)現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體。下列說法正確的是

()答案：D4．如圖X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。(1)①電源上b為______極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”，下同)。②Z槽中e為_____極。③連接Y、Z槽線路中，電子流動(dòng)的方向是d_____e(填“―→”或“”)。(2)①寫出c極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式：_______________________________。②寫出Y槽中總反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________。③寫出Z槽中e極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式：____________________________。題型(二)電化學(xué)相關(guān)的計(jì)算電化學(xué)計(jì)算的三種方法如以通過4mole－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)該關(guān)系式具有總覽電化學(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。[典例]

如圖所示，通電5min后，電極5的質(zhì)量增加2.16g，請(qǐng)回答下列問題。

(1)a為電源的______(填“正”或“負(fù)”)極，C池是______池。A池陽極的電極反應(yīng)為____________，C池陰極的電極反應(yīng)為_________________。(2)如果B池中共收集到224mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)且溶液體積為200mL(設(shè)電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為______。(3)如果A池溶液是200mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不變)，則通電5min后，溶液的pH為______。[解析](1)根據(jù)已知條件通電5min后，電極5的質(zhì)量增加2.16g，說明電極5作陰極，Ag＋放電，電極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.02mol，同時(shí)可知電極6作陽極，與電源的正極相連。則a是負(fù)極，b是正極，電極1、3、5作陰極，電極2、4、6作陽極。[答案](1)負(fù)

電解2Cl－－2e－===Cl2↑Ag＋＋e－===Ag(2)0.025mol·L－1

(3)13[思維建模]

電子守恒法的解題流程第一步找出氧化劑(正極或陰極反應(yīng)物質(zhì))、還原劑(負(fù)極或陽極反應(yīng)物質(zhì))及相應(yīng)的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物第二步根據(jù)相關(guān)信息，找準(zhǔn)一個(gè)電極上原子或離子得失電子數(shù)(注意化學(xué)式中粒子的個(gè)數(shù))第三步根據(jù)串聯(lián)電路中各電極轉(zhuǎn)移電子相等列出等式[綜合應(yīng)用訓(xùn)練]1．在如圖A池用石墨電極電解pH＝13的NaOH溶液100mL，B池為模擬電解精煉銅的裝置，其中c電極為純銅，d電極為粗銅(含有雜質(zhì)Fe、Ag)，溶液是足量CuSO4溶液，通電一段時(shí)間后停止電解，A池a極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為2.24L，下列說法不正確的是

()A．d電極質(zhì)量一定減少6.4gB．c電極質(zhì)量一定增加6.4gC．A池pH增大D．A池溶液質(zhì)量減少1.8g解析：電解精煉銅時(shí)粗銅作陽極，純銅作陰極，即d為陽極，c為陰極，則a、b分別為陰極和陽極。a極產(chǎn)生0.1molH2，則流經(jīng)各電極的電子均為0.2mol，d極粗銅含有雜質(zhì)Fe、Ag，質(zhì)量減少不等于6.4g，A錯(cuò)誤；而陰極只有Cu2＋得電子，質(zhì)量增加一定為6.4g，B正確；A池實(shí)質(zhì)上是電解水，NaOH濃度變大，pH變大