電化學(xué)--各類(lèi)電化學(xué)裝置的工作原理

1、電化學(xué)電化學(xué)串聯(lián)電路中各類(lèi)電化學(xué)裝置串聯(lián)電路中各類(lèi)電化學(xué)裝置的工作原理的工作原理 將原電池和電解池結(jié)合在一起，綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的將原電池和電解池結(jié)合在一起，綜合考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，是能量變化、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，是高考試卷中電化學(xué)部分的重要題型。該類(lèi)題目的考查內(nèi)容通高考試卷中電化學(xué)部分的重要題型。該類(lèi)題目的考查內(nèi)容通常有以下幾個(gè)方面：電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、常有以下幾個(gè)方面：電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液離子的移動(dòng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液離子的移動(dòng)、pHpH的變化及電解質(zhì)溶液的變化及電解質(zhì)溶液的

2、恢復(fù)、運(yùn)用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。注重考查學(xué)生對(duì)知的恢復(fù)、運(yùn)用電子守恒處理相關(guān)數(shù)據(jù)等。注重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力、靈活應(yīng)用能力、運(yùn)用化學(xué)用語(yǔ)的能力。識(shí)的遷移能力、靈活應(yīng)用能力、運(yùn)用化學(xué)用語(yǔ)的能力。 解答該類(lèi)試題時(shí)電池種類(lèi)的判斷是關(guān)鍵，整個(gè)電路中各個(gè)電解答該類(lèi)試題時(shí)電池種類(lèi)的判斷是關(guān)鍵，整個(gè)電路中各個(gè)電池工作時(shí)電子守恒，是數(shù)據(jù)處理的法寶。池工作時(shí)電子守恒，是數(shù)據(jù)處理的法寶。1.1.多池串聯(lián)裝置中電池類(lèi)型的判斷多池串聯(lián)裝置中電池類(lèi)型的判斷(1)(1)直接判斷：非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池直接判斷：非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如下圖：等在電路

3、中，則其他裝置為電解池。如下圖：A A為原電池，為原電池，B B為電解池。為電解池。(2)(2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷：根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷：原電池一般是兩種不同的金屬電極或一原電池一般是兩種不同的金屬電極或一種金屬電極一個(gè)碳棒做電極；而電解池種金屬電極一個(gè)碳棒做電極；而電解池則一般都是兩個(gè)惰性電極，如兩個(gè)鉑電則一般都是兩個(gè)惰性電極，如兩個(gè)鉑電極或兩個(gè)碳棒。原電池中的電極材料和極或兩個(gè)碳棒。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

4、圖：解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖：B B為原電池，為原電池，A A為電解池。為電解池。(3)(3)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷：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(lèi)型，如圖：判斷電池類(lèi)型，如圖：若若C C極溶解，極溶解，D D極上析出極上析出CuCu，B B極附近溶液變紅，極附近溶液變紅，A A極上放出黃極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，綠色氣體，則可知乙是原電池，D D是正極，是正極， C C是負(fù)極；甲是電是負(fù)極；甲是電解池，解池， A A是陽(yáng)極，是陽(yáng)極，B B是陰極。是陰極。B B、D D極發(fā)生還原反

5、應(yīng)，極發(fā)生還原反應(yīng)，A A、C C極發(fā)極發(fā)生氧化反應(yīng)。生氧化反應(yīng)。2.2.有關(guān)概念的分析判斷有關(guān)概念的分析判斷在確定了原電池和電解池后，有關(guān)概念的分析和判斷如：電在確定了原電池和電解池后，有關(guān)概念的分析和判斷如：電極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液極的判斷、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述、溶液離子的移動(dòng)、離子的移動(dòng)、pHpH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)等。只要按照各的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)等。只要按照各自的規(guī)律分析就可以了。自的規(guī)律分析就可以了。 3.3.綜合裝置中的有關(guān)計(jì)算綜合裝置中的有關(guān)計(jì)算原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計(jì)算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)

6、計(jì)算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時(shí)要注意兩點(diǎn)：移的守恒，分析時(shí)要注意兩點(diǎn)：(1)(1)串聯(lián)電路中各支路電流相串聯(lián)電路中各支路電流相等；等；(2)(2)并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。 在此基礎(chǔ)在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。如圖所示：上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。如圖所示：圖中裝置甲是原電池，乙是電解池，若電路中有圖中裝置甲是原電池，乙是電解池，若電路中有0.2 mol0.2 mol電子電子轉(zhuǎn)移，則轉(zhuǎn)移，則ZnZn極溶解極溶解6.5 g6.5 g，CuCu極上析出極上析出H H2 2 2.24 L( 2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況) )，PtPt極上析出

7、極上析出ClCl2 2 0.1 mol 0.1 mol，C C極上析出極上析出Cu 6.4 gCu 6.4 g。甲池中。甲池中H H+ +被還被還原，生成原，生成ZnSOZnSO4 4, ,溶液溶液pHpH變大；乙池中是電解變大；乙池中是電解CuClCuCl2 2，由于，由于CuCu2+2+濃度的減小使溶液濃度的減小使溶液pHpH微弱增大，電解后再加入適量微弱增大，電解后再加入適量CuClCuCl2 2固體固體可使溶液復(fù)原。可使溶液復(fù)原。 【訓(xùn)練【訓(xùn)練1 1】認(rèn)真觀察下列裝置，回答下列問(wèn)題：】認(rèn)真觀察下列裝置，回答下列問(wèn)題：(1)(1)裝置裝置B B中中PbOPbO2 2 上發(fā)生的電極反應(yīng)為上

8、發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)。連接裝置連接裝置B B、C C的的U U形管中裝填含有瓊脂的形管中裝填含有瓊脂的KClKCl飽和溶液，其作飽和溶液，其作用是用是_。(2)(2)裝置裝置A A中總反應(yīng)的離子方程式為中總反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。(3)(3)若裝置若裝置D D的目的是在銅上鍍銀，則的目的是在銅上鍍銀，則X X為為_(kāi)，極板，極板N N的材的材料為料為_(kāi)?！窘馕觥窘馕觥勘绢}的關(guān)鍵是判斷哪些裝置為原電池，哪些裝置為本題的關(guān)鍵是判斷哪些裝置為原電池，哪些裝置為電解池。本題所涉及的情形如類(lèi)型電解池。本題所涉及的情形如類(lèi)型(2)(2)。由鹽橋可知裝置。由鹽橋可知裝置B B、C C構(gòu)成原電池。構(gòu)成原電池。PbP

9、b作負(fù)極：作負(fù)極：Pb-2ePb-2e- -+SO+SO4 42-2-=PbSO=PbSO4 4 。 PbOPbO2 2作正作正極：極：PbOPbO2 2+2e+2e- -+SO+SO4 42-2-+4H+4H+ +=PbSO=PbSO4 4 +2H +2H2 2O O。裝置。裝置A A中與中與PbOPbO2 2相相連的連的CuCu電極為電解池的陽(yáng)極：電極為電解池的陽(yáng)極：Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+，PtPt電極為陰極：電極為陰極：2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2，總反應(yīng)為，總反應(yīng)為Cu+2HCu+2H+ + CuCu2+2+H+H2 2。裝置。裝置D D若若為電

10、鍍裝置，鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，極板為電鍍裝置，鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，極板M M為陰極，為陰極，應(yīng)為銅，極板應(yīng)為銅，極板N N為陽(yáng)極，應(yīng)為銀，溶液為為陽(yáng)極，應(yīng)為銀，溶液為AgNOAgNO3 3溶液。溶液。 電解電解=答案：答案：(1)PbO(1)PbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2-+2e+2e- -=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O O 使裝置使裝置B B、C C中中的溶液連成通路的溶液連成通路(2)Cu+2H(2)Cu+2H+ + CuCu2+2+H+H2 2(3)AgNO(3)AgNO3 3 AgAg 電解電解=【訓(xùn)練【訓(xùn)練2 2】與甲醇燃料電池相比

11、，乙醇燃料電池具有毒性低、理】與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池。論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池。如圖所示是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖。乙池中的兩個(gè)如圖所示是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖。乙池中的兩個(gè)電極均為石墨電極，乙池中盛有電極均為石墨電極，乙池中盛有100 mL 3.00 molL100 mL 3.00 molL-1-1的的CuSOCuSO4 4溶液。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：溶液。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)N(1)N的電極反應(yīng)式為的電極反應(yīng)式為_(kāi)。(2)(2)在此過(guò)程中，乙池中某一電極析出金屬銅在此過(guò)程中

12、，乙池中某一電極析出金屬銅6.4 g6.4 g時(shí)，甲池時(shí)，甲池中理論上消耗氧氣中理論上消耗氧氣_L(_L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下標(biāo)準(zhǔn)狀況下) )。(3)(3)在此過(guò)程中，若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)在此過(guò)程中，若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)( (標(biāo)準(zhǔn)狀況下標(biāo)準(zhǔn)狀況下) )，理論上需通入乙醇，理論上需通入乙醇_g_g?！窘馕觥窘馕觥?1)(1)解答本題的關(guān)鍵是判斷甲池為原電池，乙池為電解答本題的關(guān)鍵是判斷甲池為原電池，乙池為電解池。如以上所舉的類(lèi)型解池。如以上所舉的類(lèi)型(1)(1)。甲池為燃料電池，甲池中的總。甲池為燃料電池，甲池中的總反應(yīng)式為反應(yīng)式為C C2 2H H5 5OH+3OOH

13、+3O2 2+4KOH=2K+4KOH=2K2 2COCO3 3+5H+5H2 2O O，加入乙醇的電極，加入乙醇的電極為負(fù)極，通入為負(fù)極，通入O O2 2的電極為正極。乙池中的電極為正極。乙池中N N接甲池電源的正極作接甲池電源的正極作陽(yáng)極，陰離子在此發(fā)生氧化反應(yīng)：陽(yáng)極，陰離子在此發(fā)生氧化反應(yīng)：4OH4OH- -4e-4e- -=O=O2 2+2H+2H2 2O O。(2)(2)根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)可得關(guān)系式根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)可得關(guān)系式O O2 22Cu2Cu，由此可知當(dāng)析出，由此可知當(dāng)析出6.4 g Cu6.4 g Cu時(shí)需時(shí)需0.05 mol O0.05 mol O2 2，即需標(biāo)準(zhǔn)狀況下，即需

14、標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12 L O1.12 L O2 2。(3)(3)乙池中總反應(yīng)式為乙池中總反應(yīng)式為2CuSO2CuSO4 4+2H+2H2 2O O 2Cu+O2Cu+O2 2+2H+2H2 2SOSO4 4，當(dāng)，當(dāng)兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)，說(shuō)明兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)，說(shuō)明CuSOCuSO4 4已電解完，又已電解完，又繼續(xù)電解水。設(shè)電解了繼續(xù)電解水。設(shè)電解了x mol Hx mol H2 2O O，陽(yáng)極氣體：，陽(yáng)極氣體：n(n(陽(yáng)陽(yáng)) ) =(0.15+x/2) mol=(0.15+x/2) mol，陰極氣體：，陰極氣體：n(n(陰陰) =x mol) =x mol，0.15+x/2=x0.15+x/2=x，解得解得x=0.3x=0.3，電解時(shí)共轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為，電解時(shí)共轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(en(e- -) =0.3) =0.32