培优点二十二 电解池的串联问题一．电解池的串联问题典例1．如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O下列说法正确的是（ ）A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－+2H2O===CO+8H+C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复原浓度D．甲池中消耗280 mL(标准状况)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体【解析】甲池为原电池，作为电源，电解乙池丙池两个电解池，A错误；通入CH3OH的一极为负极，负极反应：CH3OH－6e－+8OH－===CO+6H2O，B错误；应加入CuO或CuCO3，C错误；丙池中发生反应：MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑，消耗0.0125mol O2，转移0.05mol电子，生成0.025mol Mg(OH)2，其质量为1.45g，D正确答案】D典例2．下图装置闭合电键K时，电流计A的指针将发生偏转试回答：（1）丙池是__________(填“原电池”或“电解池”)，甲中a电极的名称是__________(填“正极”或“负极”)，丙中c电极的名称是__________(填“阳极”或“阴极”)。
2）乙中Cu极的电极反应是______________________________，若电路中有0.02 mol电子通过，则甲中a电极溶解的质量为__________g3）闭合电键K一段时间后，丙池中生成两种气体和一种碱，则丙池中发生的总化学方程式是_______________________________________________________（4）如果要给丙中铁片上镀上一层Cu，则丙池应作何改进：________________________________________________________________________解析】（1）甲、乙构成原电池，则丙为电解池，由电子流向可知，锌作负极，即a为负极，c连接b，b为正极，故c为阳极2）Cu作正极，电极反应式为Cu2++2e－===Cu，a极上发生反应Zn－2e－===Zn2+，转移0.02mol电子，消耗锌的质量为0.01mol65gmol−1＝0.65g3）闭合K，丙池电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑4）电镀：待镀金属作阴极，电解质溶液含镀层离子，镀层金属作阳极，故应将“C”换成“Cu”、“NaCl溶液”换成“CuSO4溶液”。
答案】（1）电解池 阳极 负极（2）Cu2++2e－===Cu 0.65（3）2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑（4）将“C”换成“Cu”、“NaCl溶液”换成“CuSO4溶液”二．对点增分集训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B．B极的电极反应：B－2e－===B2+C．Y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【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A－2e－===A2+，溶液中c(A2+)增大；B极为正极，发生还原反应；Y电极为阳极，有Cl2产生；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正确答案】D2．如下图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O，下列关于该电池工作时的说法正确的是（ ）A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成B．甲池和乙池中的溶液的pH均减小C．甲池中负极反应为N2H4－4e－===N2+4H+D．当甲池中消耗0.1mol N2H4时，乙池中理沦上最多产生6.4g固体【解析】甲池作原电池，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为N2H4－4e－+4OH===N2+4H2O，正极反应为O2+4e－+2H2O===4OH－。
乙池为电解池，银极为阴极，石墨为阳极，阴极反应为Cu2++2e－===Cu，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O+O2↑由以上分析可知，A、C错误；甲池生成水，导致溶液中KOH浓度降低，则溶液pH减小，乙池中氢氧根离子放电，导致溶液pH减小，B正确；甲池消耗0.1mol N2H4时，转移0.4mol电子，乙池生成0.2mol铜，即12.8g固体，D错误答案】B3．图1为甲烷和O2构成的燃料电池示意图，电解质为KOH溶液，图2为电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨用该装置进行实验，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀下列说法正确的是（ ）A．图1中电解质溶液的pH增大B．图2中电解AlCl3溶液的总反应为2Cl－+2H2OCl2↑+H2↑+2OH－C．A处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4+10OH－－8e－===CO+7H2OD．电解池中Cl－向x极移动【解析】甲烷和O2构成的燃料电池为原电池，甲烷在负极发生氧化反应，由于观察到x电极附近出现白色沉淀说明产生氢氧化铝沉淀，x电极为电解池的阴极，a为原电池的负极，甲烷失电子，被氧化，C正确；电解AlCl3溶液应生成氢氧化铝沉淀，B错误；图1中甲烷的燃料电池不断消耗碱，溶液的pH减小，A错误；电解池中Cl－向阳极移动，x极为阴极，D错误。
答案】C4．下图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05molL−1的CuCl2溶液，B池中加入0.1molL−1的AgNO3溶液，进行电解a、b、c、d四个电极上析出的物质的物质的量之比是（ ）A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1【解析】由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上析出物质的物质的量之比为1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1答案】A5．以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如下图所示下列说法正确的是（ ）A．燃料电池工作时，正极反应为O2+2H2O+4e－===4OH－B．a极是铜，b极是铁时，溶液中CuSO4浓度减小C．a、b两极若是石墨，在同温同压下a极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为D．a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同【解析】根据图示知乙烷燃料电池中左侧电极为电源的正极，右侧电极为电源的负极，a为电解池的阴极，b为电解池的阳极。
该燃料电池工作时，负极产物为CO2，说明电解质溶液呈酸性，正极反应为O2+4H++4e===2H2O，A错误；a极是铜，b极是铁时，电解总反应为Fe+CuSO4===FeSO4+Cu，溶液中硫酸铜浓度减小，B正确；a、b两极若是石墨，a极反应式为Cu2++2e－===Cu，当硫酸铜溶液足量时没有气体产生，C错误；a极是纯铜，b极是粗铜时，为铜的电解精炼，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，但溶解的不只是铜，两极质量变化不相同，D错误答案】A6．如图所示的装置，X、Y都是惰性电极将电源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色试回答下列问题：（1）在电源中，B电极为______极(填电极名称，下同)；丙装置中Y电极为______极2）在甲装置中，石墨(C)电极上发生__________(填“氧化”或“还原”)反应；甲装置中总的化学方程式是__________________________________________________3）丙装置在通电一段时间后，X电极上发生的电极反应式是__________________4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64 g，请问甲装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为________L。
解析】（1）由于电源接通后，向甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明在Fe电极附近的水溶液显碱性则在该电极上是H+放电，所以Fe为阴极，与直流电源的负极相连因此在电源中，B电极为负极，A电极为正极在丙装置中Y电极为阴极2）在甲装置中，石墨(C)电极为电解池的阳极，在阳极上发生氧化反应由于在NaCl溶液中放电能力Cl－>OH－，所以在C电极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑甲装置中总的化学方程式是2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH3）丙装置在通电一段时间后，阳极X电极上发生的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑4）如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64 g，n(Cu)＝0.01mol则n(e－)＝0.02mol由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为0.01mol，在标准状况下为0.224L答案】（1）负 阴（2）氧化 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑（3）2Cl－－2e－===Cl2↑ （4）0.2247．如下图所示，通电5min后，电极5的质量增加2.16g，请回答下列问题：（1）电源：a是________极，C槽是________池。
A槽的阴、阳极电极反应：____________________________________________C槽的阴、阳极电极反应：________________________________________2）如果B槽中共收集到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）室温下如果A槽溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程中溶液体积不变)，则通电后溶液的pH为________解析】（2）电极5发生的电极反应，Ag++e－===Ag，n(Ag)＝＝0.02mol，可知电路上通过0.02mol电子B槽电极4产生O2，n(O2)＝＝0.005mol，则B槽电极3产生的H2为－0.005mol＝0.005mol，由于2H++2e－===H2↑，所以Cu2+得到电子物质的量为0.01mol，所以n(Cu2+)＝0.005mol，c(Cu2+)＝＝0.025molL−13）A中c(OH－)＝＝0.100molL−1，故pH＝13答案】（1）负 电镀 阴极：2H++2e－===H2↑；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Ag++e－===Ag；阳极：Ag－e－===Ag+（2）0.025molL−1 （3）138．某研究性学习小组将下列装置如图连接，D、F、X、Y都是铂电极，C、E是铁电极。
将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色试回答下列问题：（1）电源B端的名称是________(填“正极”或“负极”)2）甲装置中电解反应的总化学方程式是___________________________________3）设电解质溶液过量，则同一时间内C、D电极上参加反应的单质与生成的单质的物质的量之比是__________4）欲用丙装置将粗铜(含少量铁、锌等杂质)精炼，G极材料应该是________(填“粗铜”或“精铜”)，电解液中原电解质的物质的量浓度将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)5）丁装置的现象是___________________________________________6）设装置甲中溶液的体积在电解前后都是500mL，当装置乙中F极所产生气体的体积为4.48L(标准状况)时，甲池中所生成物质的物质的量浓度为________ molL−1解析】（1）电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明是氢离子放电，溶液呈碱性，F极为阴极，也就是说B为负极2）铁为阳极，失去电子，溶液中的铜离子得到电子，则总反应式：CuSO4+FeCu+FeSO4。
3）由（2）可知铁、铜的物质的量相同4）粗铜的精炼，电解质溶液为CuSO4溶液，阳极G应该为粗铜，由于其中一些杂质金属放电，导致溶液中的铜离子的浓度减小6）由关系式H2～FeSO4可知装置甲中所生成的FeSO4的物质的量浓度为0.4molL−1答案】（1）负极 （2）CuSO4+FeCu+FeSO4（3）1∶1 （4）粗铜 变小 （5）Y极附近红褐色变深 （6）0.49．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如下图所示：请回答下列问题：（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣此 时，应向污水中加入适量的________a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH（2）电解池阳极的电极反应分别是①______________________；②4OH－－4e－===2H2O+O2↑。
3）电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是_________________4）该熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极①已知负极的电极反应是CH4+4CO－8e－===5CO2+2H2O正极的电极反应是_________________②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定为此电池工作时必须有部分A物质参加循环则A物质的化学式是__________5）实验过程中，若在阴极产生了44.8 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4(标准状况)__________L解析】（1）保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水、显中性的盐，答案选c2）活泼金属电极作电解池的阳极时，电极本身放电，所以阳极的电极反应为Fe－2e－===Fe2+3）Fe2+具有还原性，能被氧气氧化为Fe3+，则反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+4）①燃料电池中，正极反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质是熔融碳酸盐，所以正极的电极反应为O2+2CO2+4e－===2CO或2O2+4CO2+8e－===4CO；②电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳，所以A物质的化学式为CO2。
5）阴极的电极反应为2H++2e－===H2↑，阴极产生了44.8L(标准状况)即2mol的氢气，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH4+4CO－8e－===5CO2+2H2O，当转移4mol电子时，消耗CH4(标准状况)的体积V＝nVm＝0.5 mol22.4Lmol−1＝11.2L答案】（1）c （2）Fe－2e－===Fe2+（3）4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+（4）①O2+2CO2+4e－===2CO(或2O2+4CO2+8e－===4CO) ②CO2 （5）11.2。