高考化学一轮复习第四辑考点五十七电化学定量计算含解析1 10页

考点五十七 电化学定量计算 聚焦与凝萃 1．掌握利用守恒关系计算转移电子数及产物的用量计算； 2．掌握串联电路中计算方法。 解读与打通 常规考点 与电解有关的计算 （1）根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、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：凡是总反应式中反映出的物质的量关系都可以列比例式计算。 （3）根据关系计算：由得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需 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。 （4）在电化学计算中，还常利用 Q＝I·t 和 Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C 来计算电路中通过的 电量。 隐性考点 原电池、电解池、电镀池的比较： 类别 性质 原电池 电解池 电镀池 定义（装置特点） 将化学能转变成电 能的装置 将电能转变成化学能 的装置 应 用 电 解 原 理 在 某 些 金 属 表 面 镀 上 一 层 其 他 金 属 的装置 反应特征 自发反应 非自发反应 非自发反应 装置举例 装置特征 无电源，两极材料 不同 有电源，两极材料可同 可不同 有电源 形成条件 1.活动性不同的两 极（连接） 2.电解质溶液（两 极插入其中并与电 极自发反应） 3.形成闭合回路 1.两电极连接电流电 源 2.两电极插入电解质 溶液中 3.形成闭合回路 1. 镀 层 金 属 接 电 源正极，待镀金属 接电源负极 2. 电 镀 液 必 须 含 有 镀 层 金 属 的 离 子 电极名称（电极构成） 负极：较活泼金属 （电子流出的极） 正极：较不活泼的 金属（或能导电的 非金属）（电子流入 的极） 阳极：与电源正极相连 的极阴极：与电源负极 相连的极 名称同电解，但有 限制条件 阳极：必须是镀层 金属 阴极：镀件 电极反应 负极：氧化反应， 金属失电子 正极：还原反应， 溶液中的阴离子得 电子或者氧气得电 子（吸氧腐蚀） 阳极：氧化反应、溶液 中的阴离子失电子，或 电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液 中的阳离子得电子 阳极：金属电极失 电子 阴极：电镀液中阳 离子得电子 电子流向 负极 正极 电源负极 阴极电 源正极 阳极 （同电解池） 溶液中带电粒子的移动 正离子向正极移动 负离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 （同电解池） 融合与应用 例 1．将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电 一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为 ( ) A．6∶3∶2 B．6∶3∶1 C．1∶2∶3 D．3∶2∶1 解析：串联电路通过各电解池的电子总数相等。 答案：A 例 2．在 0 ℃和 1×105Pa 下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生 6.4 g 铜时，阳极放 出 ( ) A．1.12 L 氢气 B．1.12 L 氧气 C．2.24 L 氢气 D．2.24 L 氧气 解析：电解池中，阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 答案：B 例 3．用 Pt 做电极，电解含 c(Cu2＋)∶c(Na＋)∶c(Cl－)＝1∶2∶4 的混合溶液，在任何情况 下，阴、阳两极下不可能．．．同时发生的反应是 ( ) A．阴极：2H＋＋2e－=H2↑ 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ B．阴极：2H＋＋2e－=H2↑ 阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑ C．阴极：Cu2＋＋2e－=Cu 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ D．阴极：Cu2＋＋2e－=Cu 阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑ 答案：C 扫描与矫正 【正误判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)（每个判断 2 分，共 40 分） （ ）1．用石墨作电极电解氯化钠稀溶液，阴、阳两极收集到的气体物质的量之比一定为 1∶ 1 （ ）2．用石墨作电极电解足量氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原 （ ）3．根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等 （ ）4．电解精炼铜时，若阳极质量减少 6.4 g，则电路中转移电子数为 0.2NA （ ）5．将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电 一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为 6∶3∶2 （ ）6．用惰性电极电解 M(NO3)x 的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L(标 准状况)氧气，从而可知 M 的相对原子质量是5.6 ax b （ ）7．在 0℃和 1×105Pa 下，用铂电极电解硫酸铜溶液,当阴极产生 6.4 g 铜时，阳极放出 1.12 L 氧气 （ ）8．用石墨作电极电解 CuSO4 溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应 向溶液中加入适量的 CuO (2011·大纲全国卷，10 C) （ ）9．某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液，用该电池电解 CuCl2 溶液，产生 2.24 L Cl2(标 准状况)时，有 0.1 mol 电子转移 （ ）10．用惰性电极电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1∶2 （ ）11．用惰性电极电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1∶1 （ ）12．在铁片上镀铜时，若铁片增重 3.2g，则电路中通过的电子的物质的量为 0.5mol （ ）13．用石墨作电极电解氯化钠稀溶液，阴、阳两极收集到的气体物质的量之比一定为 1∶ 1 （ ）14．用石墨作电极电解足量氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原 （ ）15．电解精炼铜时，若阴极得到 2 mol 电子，则阳极质量减少 64 g （ ）16．需要通电才可进行的有：电离、电解、电泳、电镀、电化学腐蚀 （ ）17．某溶液中含有两种溶质 NaCl 和 H2SO4，它们的物质的量之比为 3︰1，用石墨电极电 解该混合液。溶液 pH 不断增大，最后为 7 （ ）18．在 100mlH2SO4 与 CuSO4 的混合液中，用石墨作电极电解一段时间，两极上均收集到 2.24L 气体（标准状况），则原溶液中 Cu2+物质的量浓度为 1molL-1 （ ）19．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入 0.1mol 碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3］后恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑 CO2 的溶 解)。则电解过程中共转移电子的物质的量是 0.6 mol （ ）20．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定 的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 充电 放电 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，放电时每转移 3 mol 电子，则正极有 1mol K2FeO4 被氧化 实训与超越 【7+1 模式】 一、单选（7×6 分=42 分） 1．两个惰性电极插入 500 mL AgNO3 溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设 电解过程中阴极没有 H2 放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的 质量最大为 ( ) A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg 2．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．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1 C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L －1 3．500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO－ 3 )=0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当 通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L 气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为 500 mL, 下列说法正确的是 ( ) A．原混合溶液中 c(K＋)为 0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C．电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D．电解后溶液中 c(H＋)为 0.2 mol·L－1 4．用如图装置电解硫酸钾溶液制取氢气，氧气，硫酸和氢氧化钾。从开始通电时，收集 B 和 C 逸出的气体。1 min 后测得 B 口的气体体积为 C 口处的一半，下列说法不正确的是 ( ) A．电源左侧为正极 B．电解槽左侧的电极反应方程式为 2H2O－4e－=O2＋4H＋ C．D 口导出的溶液为 KOH 溶液，且浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度大 D．在标准状况下，若 1 min 后从 C 口处收集到的气体比 B 口处收集到的气体多 2.24 L，则 有 0.1NA 个 SO 2－ 4 通过阴离子膜 5．用惰性电极电解 100 mL 4 mol·L－1 的 CuSO4 溶液,一定时间后在阳极收集到 1.12 L 气体,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,反应前 后均为标准状况)( ) A．2.7 mol·L－1 B．3 mol·L－1 C．4 mol·L－1 D．1 mol·L－1 6．【2013·天津，6】为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以 Al 作阳极、Pb 作阴极， 电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋ 2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)＋ 2H2O(l) 电解池：2Al＋3H2O===== 电解 Al2O3＋3H2↑ 电解过程中，以下判 断正确的是 ( ) 电池 电解池 A H＋移向 Pb 电极 H＋移向 Pb 电极 B 每消耗 3 mol Pb 生成 2 mol Al2O3 C 正极：PbO2＋4H＋＋2e－=Pb2＋＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋ D 7．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含 Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如图所示(a、b 为石墨电 极)。下列说法中，正确的是 ( ) A．电池工作时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ B．电解时，a 电极周围首先放电的是 Br－而不是 Cl－，说明当其他条件相同时前者的还原性 强于后者 C．电解时，电子流动的路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极 D．忽略能量损耗，当电池中消耗 0.02 g H2 时，a 极周围会产生 0.71 g Cl2 二、填空（18 分） 8．如图表示一个电解池，装有电解液 a；X、Y 是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回 答以下问题： （1）若 X、Y 是惰性电极，a 是饱和 NaCl 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞， 则： ①电解池中 X 极上的电极反应式是 ，X 极附近观察到的现象 是 。 ②Y 电极上的电极反应式是 ，检验该电极反应产物的方法 是 。 （2）若用电解方法精炼粗铜，电解液 a 选用 CuSO4 溶液，则： ①X 电极的材料是 ，电极反应式是 。 ②Y 电极的材料是 ，电极反应式是 (说明：杂质发生的电极反应 不必写出)。 ③当电路中有 0.04 mol 电子通过时，阴极增重 g。 考点五十七 电化学定量计算 【正误判断】 题号 正误 解析 1 × 电解氯化钠稀溶液开始 2NaCl＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2NaOH，后来 2H2O=====电解2H2↑＋O2↑，故阴、阳两极收集到的气体物质的量之比不一定为 1∶1。 2 × 电解饱和食盐水时从溶液中析出的是氢气和氯气，且物质的量之比是 1∶1，故可 向溶液中通入氯化氢气体，但不能加盐酸，如果加入一定浓度的盐酸，可能使浓 度复原，但是溶液的体积不能“复原”。 3 × 电解精炼铜时，阴极析出的只有 Cu，而阳极减少的有活泼的 Zn、Fe、Ni 等形成 阳离子存在于溶液中，不活泼的 Ag、Au 等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量 变化不相等。 4 × 错误电解精炼铜时，阳极除了铜被电解，Fe、Ni 等也被电解，所以转移电子数无 法判断 5 × 串联电路通过各电解池的电子总数相等 6 √ 7 √ 略 8 √ 依据 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4，欲使电解质溶液恢复到起始状态，应向 溶液中加入适量的 CuO。 9 √ 略 10 × 电解 Na2SO4 溶液时，在阳极发生反应：4OH－－4e－→H2O＋O2↑，在阴极发生反应： 4H＋＋4e－→2H2↑，由于两电极通过的电量相等，故析出 H2 与 O2 的物质的量之比 为 2∶1，C 不正确； 11 √ 电解 CuCl2 溶液时，阴极反应为 Cu2＋＋2e－→Cu，阳极反应为 2Cl－－2e－→Cl2↑， 两极通过电量相等时，Cu 和 Cl2 的物质的量之比为 1∶1。 12 × 在铁片上镀铜时，若铁片增重 3.2g，则电路中通过的电子的物质的量为 0.1mol 13 × 电解氯化钠稀溶液开始 2NaCl＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2NaOH，后来 2H2O=====电解2H2↑＋O2↑，故阴、阳两极收集到的气体物质的量之比不一定为 1∶1。 【7+1 模式】 题号 答案 解 析 1 B 首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极 4OH－ －4e－=O2↑＋2H2O；阴极 4Ag+＋4e－=4Ag，电解的总反应式 为 4AgNO3＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4HNO3。由电解的总反应 式可知，电解过程中生成的 n(Ag)＝n(HNO3)＝n(H+)＝(10 －3 mol·L－1－10－6 mol·L－1)×0.5 L≈5×10－4 mol，m(Ag) ＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。 2 A 根据 2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：n(H+)＝ 2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2× 0.064 g 64 g·mol－1＝0.002 mol，c(H+) 14 × 电解饱和食盐水时从溶液中析出的是氢气和氯气，且物质的量之比是 1∶1，故可 向溶液中通入氯化氢气体，但不能加盐酸，如果加入一定浓度的盐酸，可能使浓 度复原，但是溶液的体积不能“复原”。 15 × 精炼铜时，阳极失电子的有 Zn、Fe、Cu 等，当转移 2 mol 电子时，阳极消耗的 质量不一定为 64 g。 16 × 电离和电化学腐蚀不需要通电就可进行。 17 × 电解质溶液中 n(Na+):n(Cl-):n(H+):n(SO4 2-)=3:3:2:1，电解过程明显分为三个阶 段： 第一阶段相当于电解盐酸：2HCl=====电解Cl2↑＋H2↑ 第二阶段相当于电解氯化钠溶液：2NaCl＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2NaOH 第三阶段相当于电解水：2H2O=====电解2H2↑＋O2↑，可见不正确。 18 √ 阳极电极反应式为：4OH- - 4e- = 2H2O + O2↑ 阴极电极反应式为：（开始）Cu2+ + 2e- = Cu （最后）2H+ + 2e- = H2↑ 根据电子得失守恒： 21.0)(2 4.22 24.24 4.22 24.2 2 11    LCuc Lmol L Lmol L 12 1)(   molLCuc 。 19 √ 加入 0.1 mol 碱式碳酸铜 Cu2(OH) 2CO3］恢复原状，可将 0.1 molCu2(OH) 2CO3］分 解成 0.2 mol CuO、0.1 mol H2O、0.1 mol CO2(因它可从溶液中跑掉，可忽略)， 由此说明有 0.2 mol 硫酸铜电解完成后，又有 0.1 mol H2O 发生电解，故电子转 移的物质的量应为电解 CuSO4 和电解水电子转移的量之和：0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol。 20 × K2FeO4 被还原。 ＝0.002 mol 0.5 L ＝4×10－3 mol·L－1。 3 A 石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液，阳极反应式 为 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2+ ＋2e－=Cu，2H+＋2e－=H2↑。从收集到 O2 为 2.24 L 这个事 实可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子，而在生 成 2.24 L H2 的过程中转移 0.2 mol 电子，所以 Cu2+共得 到 0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol 电子，电解前 Cu2+的物质 的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。电解前 后分别有以下守恒关系：c(K+)＋2c(Cu2+)＝c(NO－ 3 )，c(K+) ＋c(H+)＝c(NO－ 3 )，不难算出：电解前 c(K+)＝0.2 mol·L －1，电解后 c(H+)＝0.4 mol·L－1。 4 D 5 C 惰性电极电解硫酸铜，生成物是氧气、硫酸和铜。加入铁 粉后发生氧化还原反应，生成硫酸亚铁，所以根据 S 原子 守恒可知，硫酸亚铁的物质的量浓度与原硫酸铜的物质的 量浓度应该是相等的，所以反应后溶液中 Fe2+浓度为 4 mol·L－1。 6 D 原电池中，Pb 为负极：Pb－2e－＋SO2－ 4 =PbSO4，PbO2 为正极： PbO2＋2e－＋SO2－ 4 ＋4H+=PbSO4＋2H2O，所以 H+向 PbO2 极移动。 电解池中，Pb 为阴极：2H+＋2e－=H2↑，Al 为阳极：3H2O ＋2Al－6e－=Al2O3＋6H+，所以 H+向 Pb 电极移动，A 错。每 消耗 3 mol Pb 时转移 6 mol e－，每生成 2 mol Al2O3 时， 转移 12 mol e－，B 错。根据 A 项分析，可知电池的正极 反应式书写错误，C 错。原电池中随时间增长，Pb 变为 PbSO4，质量增加，电解池中 Pb 极产生 H2，Pb 电极质量不 变，D 正确。 7 B A 项忽视了在酸性环境中不可能生成 OH－；电解时阳极发 生失电子氧化反应，还原性强的离子优先失电子，a 极产 物应首先得到 Br2，其次才能得到 Cl2，故 B 项正确，而 D 项错误；电解时，电子不是通过溶液转移，而是通过溶液 中的离子放电(阴离子失电子或阳离子得电子)转移的，C 项错误。 8 （1）①2H+＋2e－=H2↑ 有气 泡产生，溶液变红色 ②2Cl－－2e－=Cl2↑ 将湿润 的 KI淀粉试纸置于 c 口处， 试纸变蓝 （2） ①纯铜 Cu2+＋2e－=Cu ②粗铜 Cu－2e－=Cu2+ ③1.28