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电化学组合装置及计算

角度一

多池串联装置中电池类型的判断

将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，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。解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒是数据处理的法宝。

1．直接判断

非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。

如图：A为原电池，B为电解池。

2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断

原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒做电极；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电极。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、C极发生氧化反应。

例1．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是(

)

A．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区

B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e===Fe2

－＋C．通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2－4e－＋2H2O===4OH－

D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变

解析：甲池甲醚电极为负极，O2为正极，故乙池Fe为阴极、C为阳极，丙池精铜为阴极、粗铜为阳极。反应一段时间后，乙装置中阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，因此生成的氢氧化钠在铁极区，A正确，B错误；通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；反应一段时间后，丙装置粗铜中比铜活泼的金属形成离子进入溶液中，故硫酸铜溶液的浓度减小，D错误。

角度二

应对电化学定量计算的三种方法

电化学的综合计算包括：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测定的计算、根据电荷量求产物的量、根据产物的量求电荷量等等，不论哪类计算，均可采用下列三种方法：

例如由关系式法通过4 mol e为基准可构建电极产物之间的如下关系式：

－

提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e)×NA×1.60×10－－19 C来计算电路中通过的电量。

类型1

依据电子守恒，突破分阶段计算

例2．用惰性电极电解100 mL 4 mol·L1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。－停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2浓度为(设溶液的体积不变)(

) ＋A．0.75 mol·L1

B．3 mol·L－－1

C．4 mol·L1

D．3.75 mol·L1

－－本题涉及的反应过程可分为两个阶段，第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液，第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应，注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁。电解后溶液中硝酸和硝酸铜分别为0.2 mol、0.3 mol，前者与足量的铁粉反应生成硝酸亚铁0.075 mol，后者与足量的铁粉反应生成0.3 mol硝酸亚铁。

答案：D 类型2

依据总反应式，建立等量关系进行计算

例3．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(

) A．4×103 mol·L1

B．2×103 mol·L－－－－1

C．1×103 mol·L1

D．1×107 mol·L1

－－－－解析：阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g Cu，应是Cu的质量，设生成H＋的物质的量为x，根据总反应方程式：

电解2＋＋2Cu＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋4H

2×64 g

4 mol

0.064 g

x x＝0.002 mol 0.002 molc(H＋)＝＝4×10－3

mol·L－1。

0.5 L答案：A 类型3

根据电子守恒，突破电解池的“串联”计算

例4．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。如图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为

石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

(1)甲中负极的电极反应式为________________。

(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为________。

(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L1

－NaOH溶液。

解析：(1)甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为CH3OH－6e＋8OH===CO3＋6H2O。(2)工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生

成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1 mol，电极反应为

Cu＋2e===Cu，

0．1 mol 0.2 mol 2H

＋

2e===H2↑，

2x

x

A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为

4OH－4e===2H2O＋O2↑，

4x

x

得到0.2＋2x＝4x，

－－＋－2＋－－－2－

x＝0.1 mol 乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无到有逐渐增多，铁离子物质的量逐渐减小，亚铁离子物质的量逐渐增大，①为Fe，②为Fe，③为Cu，依据(2)计算得到电子转移为0.4 mol，当电子转移为0.4 mol时，丙中阳极电极反应Cu－2e===Cu，生成Cu物质的量为0.2 mol，由图像分析可知：反应前，丙装置中n(Fe)＝0.4 mol，n(Fe)＝0.1 mol，当电子转移0.4 mol时，Fe完全反应，生成0.4 mol Fe，则反应结束后，Fe的物质的量为0.5 mol，Cu的物质的量为0.2 mol，所以需要加入NaOH溶液1.4 mol，所以NaOH溶液的体积为1.4 mol÷5 mol·L＝0.28 L＝280 mL。

答案：(1)CH3OH－6e＋8OH===CO3＋6H2O (2)2.24 L (3)Fe

280

2＋－－2－－12＋2＋2＋3＋2＋3＋－2＋2＋3＋2＋2＋