高考化学经典复习专题五电化学组合装置的破解策略完美

小专题五 电化学组合装置的破解策略 将原电池和电解池结合在一起，综合考查电化学反应中的 能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高 考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有 以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现 象的描述、溶液离子的移动、pH 的变化、电解质溶液的恢复及 运用电子守恒处理相关数据等。突破这类题型，面对多个装置 连接图，首先要判断装置类型，再单个分析其工作原理。 考向1 电解池串联 这类组合最明显标志是有外接电源，是串联的电解池。每 个单独的装置都按电解原理去分析。串联的装置中每个电极上 得到或失去的电子数均相等，依此来进行有关计算。 [典例 1]在如下图所示的装置中，若通直流电 5 min 时，铜 电极质量增加 2.16 g。试回答下列问题。 (1)电源中 X 电极为直流电源的________极。 (2)pH 变化：A________，B________，C________。(填“增 大”“减小”或“不变”) (3)通电 5 min 时，B 中共收集 224 mL(标准状况下)气体， 溶液体积为 200 mL，则通电前 CuSO4 溶液的物质的量浓度为 ________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后， 溶液的 pH 为________(设电解前后溶液体积无变化)。 pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基 解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO3 溶液时， Ag＋在阴极发生还原反应析出 Ag，所以质量增加的铜电极是阴 极，则银电极是阳极，Y 是正极，X 是负极。(2)电解 KCl 溶液 生成 KOH，溶液 pH 增大；电解 CuSO4 溶液生成 H2SO4，溶液 本不变，pH 不变。(3)通电 5 min 时，C 中析出 0.02 mol Ag，电 路中通过 0.02 mol 电子。B 中共收集 0.01 mol 气体，若该气体 全为氧气，则电路中需通过 0.04 mol 电子，电子转移不守恒。 因此，B 中电解分为两个阶段，先电解 CuSO4 溶液，生成 O2， 中生成 0.02 mol KOH，c(OH )＝ (3)0.025 mol·L 后电解水，生成 O2 和 H2，B 中收集到的气体是 O2 和 H2 的混合 物。设电解 CuSO4 溶液时生成 O2 的物质的量为 x，电解 H2O 时 生成 O2 的物质的量为 y，则 4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)， x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解得 x＝y＝0.0025 mol，所以 n(CuSO4)＝2×0.0025 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝ 0.005 mol 0.2 L ＝ 0.025 mol·L－1。(4)通电 5 min 时，A 中放出 0.01 mol H2，溶液 － 0.02 mol 0.2 L ＝0.1 mol·L－1，pH＝ 13。 答案：(1)负 (2)增大 减小 不变 －1 (4)13 考向2 没有盐桥的不同类装置串联 (1)直接判断：有直接说明或非常直观明显的装置，如燃料 电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图(A 为原电池，B 为电解池)： (2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断：原电池一般 是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而 电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。 原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原 反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如 图(A 为电解池，B 为原电池)： (3)根据电极反应现象判断：在某些装置中根据电极反应或 反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如下图，若 C 极 溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红，A 极上放出黄绿色 气体，则可知乙是原电池，D 是正极，C 是负极；甲是电解池， A 是阳极，B 是阴极。B、D 极发生还原反应，A、C 极发生氧 化反应。 [典例2]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 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 溶液恢复到原浓度 D.甲池中消耗 280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上 最多产生 1.45 g 固体 mol×58g·mol－1＝1.45g，D正确。 解析：甲池是燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙、 丙池是电解池，是将电能转化为化学能的装置，A 错误；在燃 料电池中，负极是甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质 电解池乙池中，电解后生成硫酸、铜和氧气，要想复原，要加 入氧化铜，C 错误；甲池中根据电极反应：O2 ＋2H2O ＋4e－ ===4OH－，消耗 280 mL(标准状况下 0.0125 mol)O2，则转移电 子 0.05 mol，丙池中，在阴极上是 H＋放电，所以 Mg2＋和 OH－ 之间反应生成氢氧化镁 ，理论上最多产生氢氧化镁 0.025 答案：D 考向3 有盐桥的不同类装置串联 在多装置组合中，如果有盐桥，则盐桥连接的两个装置组 成一个原电池，其他为电解池。 [典例3]某同学组装了如下图所示的电化学装置，电极Ⅰ为 Al，其他均为 Cu，则( )。 D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2+＋2e－===Cu 发生氧化反应，电极反应是Cu－2e－===Cu2＋，D错误。 A.电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 解析：由题意可知，该装置的Ⅰ、Ⅱ是原电池的两极，Ⅰ 是负极，Ⅱ是正极，Ⅲ、Ⅳ是电解池的两极，其中Ⅲ是阳极， Ⅳ是阴极，所以电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ，A 正确；电 极Ⅰ是原电池的负极，发生氧化反应，B 错误；电极Ⅱ是原电 池的正极，发生还原反应，有 Cu 析出，C 错误；电极Ⅲ是阳极， 答案：A