【步步高】高考化学(通用版)二轮：专题7 电化学考点5利用“电子守恒”思想突破电化学的计算(含解析)

考点五利用“电子守恒”思想突破电化学的计算
电化学计算的基本方法和技巧：
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

通常有下列三种方法：
1．根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

2．根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

3．根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

题组一无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算
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===CO2－3＋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
题组二有明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算
2．在如图所示的装置中，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________________________(假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______________(假设电解前后溶液体积无变化)。

失误防范
两种“串联”装置图比较
图1中无外接电源，其中必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活泼性差异大者为原电池装置，如图1中左边为原电池装置，右边为电解池装置。

图2中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过两池的电子数目相等。

题组三2015高考题汇编
3．[2015·重庆理综，11(5)]如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__________________________________________________；
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。

4．[2015·全国卷Ⅱ，26(1)(2)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。

该电池放电过程产生MnOOH。

(1)该电池的正极反应式为________________________________________________，
电池反应的离子方程式为__________________________________________________。

(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。

(已知F＝96 500 C·mol －1)
考点五
题组集训
1．D[甲池为原电池，作为电源，乙池、丙池为两个电解池。

根据原电池的形成条件，通入CH3OH的一极为负极，通入O2的一极为正极，所以石墨、Pt(左)作阳极，Ag、Pt(右)作阴极；B项，负极反应：CH3OH－6e－＋8OH－===CO2－3＋6H2O；C项，应加入CuO或CuCO3；D项，丙池中：MgCl2＋2H2O电解,Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，消耗0.012 5 mol O2，转移0.05 mol电子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其质量为1.45 g。

]
2．(1)负
(2)增大减小不变
(3)0.025 mol·L－1
(4)13
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变为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pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，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，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＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 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，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。

3．①c②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓
③0.448
解析①“青铜器的腐蚀”，如图铜为负极被腐蚀生成Cu2＋，正极氧气发生吸氧腐蚀生成OH－。

②正极反应产物为OH－，负极反应产物为Cu2＋与Cl－作用生成Cu2(OH)3Cl。

③n[Cu2(OH)3Cl]＝4.29 g
214.5 g·mol－1
＝0.02 mol，所以有0.04 mol Cu被氧化，根据电子得失守恒
n (O 2)＝0.04 mol ×2e －
4e －＝0.02 mol ，标准状况下V (O 2)＝0.02 mol ×22.4 L·mol －1＝0.448 L 。

4．(1)MnO 2＋e －＋H ＋===MnOOH Zn ＋2MnO 2＋2H ＋===Zn 2＋＋2MnOOH (2)0.05
解析 (1)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极Zn 失去电子生成Zn 2＋
，正极MnO 2得到电子生成MnOOH ，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下将两极反应式加合可得电池反应的离子方程式。

(2)电池工作5分钟，通过的电量Q ＝0.5 A
×5 min ×60 s·min －1＝150 C ，因此通过电子的物质的量n (e －)＝Q F ＝150 C 96 500 C·mol －1
≈1.554×10－3
mol ，则理论消耗Zn 的质量是m (Zn)＝1.554×10－3 mol 2×65 g·mol －1＝0.05 g 。