1、电化学组合装置专题分析将原电池和电解池结合在一起，综合考查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、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH 的变化以及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。解答该类试题，透彻理解电化学原理是基础，准确判断电池种类是关键，灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。具体可按以下三个步骤进行：第一步：多池串联装置中电池类型的判断(1)直接判断：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。如下图中，A 为原电池，B 为电解
2、池。(2)根据电池中的电极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个为金属电极另一个碳棒做电极；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。如下图中，B 为原电池，A 为电解池。(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
3、、C 极发生氧化反应。第二步：利用相关概念进行分析判断在确定了原电池和电解池后，利用有关概念作分析和判断，如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH 的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析即可。第三步：串联装置中的数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各支路电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。上图中，装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有 0.2 mol 电子转移，则 Zn极溶解 6.5 g， Cu 极上析出 H2 2.24 L(标准状况)，
4、Pt 极上析出 Cl2 0.1 mol，C 极上析出Cu 6.4 g。甲池中 H 被还原，产生 H2，负极 Zn 氧化生成 ZnSO4溶液，pH 变大；乙池中是电解 CuCl2溶液，由于 Cu2 浓度的减小使溶液 pH 微弱增大，电解后再加入适量 CuCl2固体可使溶液复原。【典例解析】1烧杯 A 中盛放 0.1 mol/L 的 H2SO4溶液，烧杯 B 中盛放 0.1 mol/L 的 CuCl2溶液(两种溶液均足量)，组成的装置如图所示。下列说法不正确的是( )AA 为原电池，B 为电解池BA 为电解池，B 为原电池C当 A 烧杯中产生 0.1 mol 气体时，B 烧杯中产生气体的物质的量也
5、为 0.1 molD经过一段时间，B 烧杯中溶液的 pH 增大解析：选 B 构成 A 装置的是活泼性不同的两电极，两电极均浸在电解质溶液中，两极形成了闭合回路，所以 A 装置为原电池装置，且 A 装置为 B 装置提供电能。A 装置中的电极反应式：正极：2H 2e =H2，负极：Fe2e =Fe2 。B 装置中的电极反应式：阴极：Cu 2 2e =Cu，阳极： 2Cl 2e =Cl2。装置 B 是电解氯化铜溶液，铜离子浓度减小，水解程度减小，溶液的 pH 增大。2.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题：(1)甲池为
6、_(填“原电池” “电解池”或“电镀池”)，通入 CH3OH 电极的电极反应为_。(2)乙池中 A(石墨)电极的名称为_(填“正极” “负极” “阴极”或“阳极”)，总反应式为_。(3)当乙池中 B 极质量增加 5.40 g 时，甲池中理论上消耗 O2的体积为_mL(标准状况)，丙池中_极析出_g 铜。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成 NaCl 溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的 pH将_(填“增大” “减小”或“不变”)；丙中溶液的 pH 将_(填“增大” “减小”或“不变”)。解析 (1)甲池为原电池，通入 CH3OH 的电极为负极，电极反应为：CH3OH6e 8OH =CO 6H2O
7、。23(2)乙池中为用惰性电极电解 AgNO3溶液，其中 A 作阳极，B 作阴极，总反应为：4AgNO32H 2O 电解,4AgO 24HNO 3。(3)根据各电极上转移的电子相同，则 n(Ag)4 n(O2)2 n(Cu)，故 V(O2) 22.4 L0.28 L280 mL， m(Cu) 64 g1.60 g。14 5.40108 12 5.40108(4)若丙中电极不变，将其溶液换成 NaCl 溶液，根据丙中总反应 2NaCl2H 2O2NaOHH 2Cl 2，溶液 pH 增大，而甲中总反应为= = = = =电 解 2CH3OH3O 24KOH= =2K2CO3 6H2O，溶液 pH
8、减小。答案 (1)原电池 CH3OH6e 8OH =CO 6H 2O (2)阳极 4AgNO 32H 2O23电解,4AgO 24HNO 3 (3)280 D 1.6 (4)减小 增大专项训练1. (2014广东高考)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为 Al，其他均为 Cu，则( )A电流方向：电极 电极 AB电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu 2 2e =Cu解析：选 A 当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A 项，电子移动方向：电极 电极，电流方向与电子移动方向相反，A 正确。B 项，原
9、电池负极在工作中失电 A子，被氧化，发生氧化反应，B 错误。C 项，原电池正极为得电子极，铜离子在电极上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C 错误。D 项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为 Cu2e =Cu2 ，D 错误。2(2014天津高考)已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi 1 xCoO2 CLiCoO 2，锂硫电池的总反应为：2LiS Li2S。有关上 放 电 充 电 放 电 充 电述两种电池说法正确的是( )A锂离子电池放电时，Li 向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两
10、种电池的比能量相同D右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电解析：选 B 锂离子电池放电时，为原电池，阳离子 Li 向正极移动，A 错误。锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成 Li，B 正确。电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误。由图可知，锂离子电池的电极材料为 C 和 LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为 Li 和 S，应为充电完全所得产物，故此时不是锂离子电池给锂硫电池充电的过程，D 错误。3(2015江苏高考10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 ( )
11、A反应 CH4H 2O 3H2CO,每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子B电极 A 上 H2参与的电极反应为H22OH 2e 2H2OC电池工作时,C 向电极 B 移动O2-3D电极 B 上发生的电极反应为O22CO 24e 2CO2-3【解析】选 D。根据化学反应方程式,每有 1 mol 甲烷参与反应转移电子数为 6 mol,A 项错误;因为电解质为熔融态的碳酸盐,所以电极 A 上 H2参与的电极反应式为H22e C H2OCO 2,B 项错误;根据原电池工作原理,电极 A 是负极,电极 B 是正极,O2-3阴离子向负极移动,碳酸根离子向负极移动(A 电极),C 项错误;电极
12、B 上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子,因此电极反应式为 O24e 2CO 2 2C ,D 项正确。O2-34(2015扬州调研)如图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关 S 后，以下表述正确的是( )A电流表指针不发生偏转BAl、Pt 两极有 H2产生C甲池 pH 减小，乙池 pH 不变DMg、C 两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应解析：选 D 甲池 Al 能与 NaOH 溶液反应，所以为原电池，乙池 Pt、C 均不与 NaOH 溶液反应，故乙池为电解池，电流表指针偏转。甲池中 Mg 为正极，产生 H2，Al 为负极溶解，Pt 作阴极产
13、生 H2，C 作阳极产生 O2，甲池消耗 NaOH，pH 减小，乙池消耗水，pH 增大。根据电子转移数目相等，则 Mg、C 两极产生的 O2、H 2体积比为 12，在一定条件下可以完全反应。5铅蓄电池的工作原理为： PbPbO 22H 2SO4=2PbSO42H 2O。研读下图，下列判断不正确的是( )A. K 闭合时，d 电极反应式：PbSO 42H 2O2e =PbO24H SO 24B. 当电路中转移 0.2 mol 电子时，中消耗的 H2SO4为 0.2 molC. K 闭合时，中 SO 向 c 电极迁移24D. K 闭合一段时间后，可单独作为原电池，d 电极为正极解析：选 C 选项
14、A，K 闭合时为原电池，为电解池，中发生充电反应，d 电极为阳极发生氧化反应，其反应式为 PbSO4 2H 2O 2e = PbO2 4H SO 正确。24选项 B，在上述总反应式中，得失电子总数为 2e ，当电路中转移 0.2 mol 电子时，可以计算出中消耗的硫酸的量为 0.2 mol，正确。选项 C， K 闭合时 d 是阳极，阴离子向阳极移动，错误。选项 D，K 闭合一段时间，也就是充电一段时间后可以作为原电池，由于 c表面生成 Pb，放电时做电源的负极，d 表面生成 PbO2，做电源的正极，所以 D 项正确。6(2013海南高考)下图所示的电解池和中，a、b、c 和 d 均为 Pt 电
15、极。电解过程中，电极 b 和 d 上没有气体逸出，但质量均增大，且增重 bd。符合上述实验结果的盐溶液是( )选项 X YA MgSO4 CuSO4B AgNO3 Pb(NO3)2C FeSO4 Al2(SO4)3D CuSO4 AgNO3解析：选 D 题意表明 b、d 没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中(H)以后，只有 D 符合题意。7用铅蓄电池电解 AgNO3、Na 2SO3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)PbO 2(s)2H 2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H 2O(l)，通电时 a 电 放 电 充 电极质量增
16、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 gB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)2H 2O(l)24Cc、d 电极产生气体的物质的量之比为 12DX 极为负极解析：选 A 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；B 项，所写电极反应式为正极的电极反应式；C 项，c 为阴极放出 H2，d 为阳极放出 O2，物质的量之比为 21。8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
17、向 A 极。下列分析正确的是( )24A溶液中 c(A2 )减小BB 极的电极反应：B2e =B2CY 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：选 D 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24极反应为 A2e =A2 ，溶液中 c(A2 )增大，A 错误；B 极为正极，发生还原反应，B 错误；Y 电极为阳极，为 Cl 放电，发生氧化反应：2Cl 2e =Cl2，有 Cl2产生，C 错误；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
18、此会产生 Al(OH)3白色胶状沉淀，D 正确。9(2015杭州模拟)假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。为各装置中的电极编号。下列说法错误的是( )A当 K 闭合时，A 装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源B当 K 断开时，B 装置锌片溶解，有氢气产生C当 K 闭合后，整个电路中电子的流动方向为；D当 K 闭合后，A、B 装置中 pH 变大，C、D 装置中 pH 不变解析：选 A 当 K 闭合时，B 装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为；B 装置中消耗 H ，pH 变大，A 装置中电解饱和食盐水，pH 变大；C 装置中相当于在银上镀铜，pH
19、 不变；D 装置中相当于铜的电解精炼，pH 不变。10.按如图所示装置进行实验，并回答下列问题：(1)判断装置的名称：A 池为_，B 池为_。(2)锌极为_极，电极反应式为_；铜极为_极，电极反应式为_；石墨棒 C1为_极，电极反应式为_；石墨棒 C2附近发生的实验现象为_。(3)当 C2极析出 224 mL 气体(标准状况)时，锌的质量_(填“增加”或“减少”)_g，CuSO 4溶液的质量_(填“增加”或“减少”)_g。解析：A 池中 Zn、Cu 放入 CuSO4溶液中构成原电池，B 池中两个电极均为石墨电极，在以 A 为电源的情况下构成电解池，即 A 原电池带动 B 电解池。A 池中 Zn
20、 为负极，Cu 为正极，B 池中 C1为阳极，C 2为阴极，阴极区析出 H2，周围 OH 富集，酚酞变红，且 n(H2)0.01 mol，故电路中转移电子的物质的量为 0.01 mol20.02 mol，0.224 L22.4 Lmol 1根据得失电子守恒，锌极有 0.01 mol Zn 溶解，即 Zn 极质量减少 0.01 mol65 gmol1 0.65 g，铜极上有 0.01 mol Cu 析出，即 CuSO4溶液增加了 0.01 mol(65 gmol1 64 gmol 1 )0.01 g。答案：(1)原电池 电解池(2)负 Zn2e =Zn2 正 Cu 2 2e =Cu 阳 2Cl
21、2e =Cl2 有无色气体产生，附近溶液出现红色 (3)减少 0.65 增加 0.0111.如图为相互串联的甲乙两个电解池，X、Y 为直流电源的两个电极。电解过程中，发现石墨电极附近先变红。请回答：(1)电源 X 极为_极(填“正”或“负”)，乙池中 Pt 电极上的电极反应式为_。(2)甲池若为电解精炼铜的装置，其阴极增重 12.8 g，则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积为_，电路中通过的电子为_ mol。(3)在(2)的情况下，若乙池剩余溶液的体积仍为 400 mL，则电解后所得溶液 c(OH )_。解析：(1)由题意得 X 极为正极，Pt 电极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl 2
22、e =Cl2。(2)甲池的阴极电极反应式：Cu 2 2e =Cu。乙池的阴极电极反应式：2H 2e =H2由电子守恒得：Cu 2e H 264 g 2 mol 22.4 L128 g n(e ) V(H2)则： n(e )0.4 mol V(H2)4.48 L(3)乙池发生反应：2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2= = = = =电 解 2 22.4 Ln(OH ) 4.48 Ln(OH )0.4 mol电解后所得溶液 c(OH )1 molL 1 。答案：(1)正 2Cl 2e =Cl2 (2)4.48 L 0.4(3)1 molL112如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y 都是惰
23、性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B 为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F 极附近呈红色。请回答：(1)B 极是电源的_，一段时间后，甲中溶液颜色_，丁中 X 极附近的颜色逐渐变浅，Y 极附近的颜色逐渐变深，这表明_，在电场作用下向 Y 极移动。(2)若甲、乙装置中的 C、D、E、F 电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为_。(3)现用丙装置给铜件镀银，则 H 应是_(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是_溶液。当乙中溶液的 pH 是 13 时(此时乙溶液体积为 500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为_，甲中溶液的 pH_(填“变大”
24、“变小”或“不变”)。(4)若将 C 电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为_。解析：(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F 极附近呈红色”知，F 极为阴极，则 E 极为阳极、D 极为阴极、C 极为阳极、G 极为阳极、H 极为阴极、X 极为阳极、Y极为阴极、A 极为正极、B 极为负极。甲装置是用惰性电极电解 CuSO4溶液，由于 Cu2 放电，导致 c(Cu2 )降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于 X 极附近的颜色逐渐变浅，Y 极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的 C、D、E、F 电极均只有一种单质生成时，C、
25、D、E、F 电极的产物分别为 O2、Cu、Cl 2、H 2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1222。(3)给铜件镀银，根据电镀原理，铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的 pH 是 13 时，则乙中 n(OH )0.1 mol/L0.5 L0.05 mol，即各电极转移电子0.05 mol，所以丙中析出银 0.05 mol；甲装置中由于电解产生 H ，导致溶液的酸性增强，pH 变小。(4)若将 C 电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe2e =Fe2 ，D 极发生：Cu2 2e =Cu，则总反应的离子方程式为 FeCu 2 CuFe 2 。= = = = =
26、电 解 答案：(1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶粒带正电荷(2)1222(3)镀件 AgNO 3(合理即可) 5.4 g 变小(4)FeCu 2 CuFe 2= = = = =电 解 13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，设计如图所示装置示意图。(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_。
