原电池和电解池的组合装置
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本章热点专题 原电池与电解池的组合装置
2．有关概念的分析判断 在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断， 如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、 溶液离子的移动、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就可以了。 3．综合装置中的有关计算 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：(1)串联电路中各支路电流相等；(2)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。如图所示：
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2.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－)＝________。
[答案] (1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－， CH4＋10OH－－8e－===CO23－＋7H2O (2)H2 2NaCl＋2H2O 电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)22.4 1L·Lmol－1×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104 C 4 L
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1．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：A为原 电池，B为电解池。
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(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：B为原电池，A为电 解池。
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[解析] (1)总反应式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO23－＋ 3H2O，正极反应式为 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，则负极反应 式由总反应式减正极反应式得到；由图可看出一二两池为串联 的电源，其中甲烷与氧气反应是还原剂，所在电极为负极，因 而与之相连的 b 电极为阴极，产生的气体为氢气；
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[典题例析] (2012·海南高考)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电
极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱 和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
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回答下列问题： (1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为____、 _________________________________________________。 (2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b 电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程 式为_____________________________________________。 (3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完 全，则理论上通过电解池的电量为__________________(法 拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1，列式计算)，最多能产生 的氯气体积为________L(标准状况)。
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(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。
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图中装置甲是原电池，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)，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，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。
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•
再见
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量也为0.1 mol D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大 解析：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：Fe－2e－===Fe2＋。B装置中的电极反应式： 阴极：Cu2＋＋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。 答案：B
(3)1 mol 甲烷氧化失去电子 8 mol，电量为 8×9.65×104C， 因题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个电池的甲 烷量计算，1 L 为 1/22.4 mol，可求电量；甲烷失电子是 Cl－ 失电子数的 8 倍，则得到氯气为 4 L(CH4～8Cl－～4Cl2)
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[针对训练] 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
()
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A．A为原电池，B为电解池 B．A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
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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－－2e－===Cl2↑。 (2)甲池的阴极电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。 乙池的阴极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ 由电子守恒得： Cu ～ 2e－ ～ H2 64 g 2 mol 22.4 L 12．8 g n(e－) V(H2) 则：n(e－)＝0.4 mol V(H2)＝4.48 L
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(3)乙池发生反应： 2Cl－＋2H2O=电==解==2OH－＋H2↑＋Cl2↑
2 22.4 L n(OH－) 4.48 L n(OH－)＝0.4 mol 电解后所得溶液 c(OH－)＝1 mol·L－1。 答案：(1)正 2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)4.48 L 0.4 (3)1 mol·L－1
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2．有关概念的分析判断 在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断， 如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、 溶液离子的移动、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就可以了。 3．综合装置中的有关计算 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：(1)串联电路中各支路电流相等；(2)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。如图所示：
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2.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－)＝________。
[答案] (1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－， CH4＋10OH－－8e－===CO23－＋7H2O (2)H2 2NaCl＋2H2O 电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)22.4 1L·Lmol－1×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104 C 4 L
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1．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：A为原 电池，B为电解池。
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(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：B为原电池，A为电 解池。
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[解析] (1)总反应式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO23－＋ 3H2O，正极反应式为 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，则负极反应 式由总反应式减正极反应式得到；由图可看出一二两池为串联 的电源，其中甲烷与氧气反应是还原剂，所在电极为负极，因 而与之相连的 b 电极为阴极，产生的气体为氢气；
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[典题例析] (2012·海南高考)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电
极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱 和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
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回答下列问题： (1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为____、 _________________________________________________。 (2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b 电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程 式为_____________________________________________。 (3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完 全，则理论上通过电解池的电量为__________________(法 拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1，列式计算)，最多能产生 的氯气体积为________L(标准状况)。
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(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。
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图中装置甲是原电池，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)，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，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。
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量也为0.1 mol D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大 解析：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：Fe－2e－===Fe2＋。B装置中的电极反应式： 阴极：Cu2＋＋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。 答案：B
(3)1 mol 甲烷氧化失去电子 8 mol，电量为 8×9.65×104C， 因题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个电池的甲 烷量计算，1 L 为 1/22.4 mol，可求电量；甲烷失电子是 Cl－ 失电子数的 8 倍，则得到氯气为 4 L(CH4～8Cl－～4Cl2)
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[针对训练] 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
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A．A为原电池，B为电解池 B．A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
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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－－2e－===Cl2↑。 (2)甲池的阴极电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。 乙池的阴极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ 由电子守恒得： Cu ～ 2e－ ～ H2 64 g 2 mol 22.4 L 12．8 g n(e－) V(H2) 则：n(e－)＝0.4 mol V(H2)＝4.48 L
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(3)乙池发生反应： 2Cl－＋2H2O=电==解==2OH－＋H2↑＋Cl2↑
2 22.4 L n(OH－) 4.48 L n(OH－)＝0.4 mol 电解后所得溶液 c(OH－)＝1 mol·L－1。 答案：(1)正 2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)4.48 L 0.4 (3)1 mol·L－1