高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題2 化學(xué)基本理論 突破點7 原電池與電解池-人教高三化學(xué)試題
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1、突破點7 原電池與電解池 提煉1 原電池與電解池工作原理 1.原電池和電解池的比較 2.原電池正、負極的判斷方法 3.電解池陰、陽極的判斷方法 提煉2 電極反應(yīng)式書寫及電極產(chǎn)物分析 1.原電池電極反應(yīng)式的書寫 (2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫 如CH4堿性燃料電池負極反應(yīng)式的書寫: CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O……總反應(yīng)式 2O2+4H2O+8e-===8OH-……正極反應(yīng)式 CH4+10OH--8e-===7H2O+CO……負極反應(yīng)式 2.電解池電極反應(yīng)式的書寫步驟 提示:(1)Fe作陽極時,電極反應(yīng)式為
2、:Fe-2e-===Fe2+。 (2)Fe3+在陰極放電時,電極反應(yīng)式為:Fe3++e-===Fe2+。 3.燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法 (1)找位置、寫式子:負極反應(yīng)式應(yīng)符合“還原劑-ne-―→氧化產(chǎn)物”的形式;正極反應(yīng)式符合“氧化劑+ne-―→還原產(chǎn)物”的形式。燃料中的碳、氫元素及助燃劑氧氣在不同介質(zhì)中放電后的具體存在形式不同。①酸性介質(zhì):碳、氫元素分別轉(zhuǎn)化為CO2、H+;O2轉(zhuǎn)化為H2O。②堿性介質(zhì):碳、氫元素分別轉(zhuǎn)化為CO、H2O;O2轉(zhuǎn)化為OH-。 (2)查電荷,添離子:檢查(1)中電極反應(yīng)式的電荷是否守恒,若是在溶液中進行的反應(yīng),則可通過添加OH-或H+的方法使電荷守
3、恒,但要注意,在酸性溶液中不添加OH-,在堿性溶液中不添加H+。若是在熔融態(tài)電解質(zhì)中進行的反應(yīng),則可添加熔融態(tài)電解質(zhì)中的相應(yīng)離子。 (3)查原子,添物質(zhì):檢查是否符合原子守恒,若是在溶液中進行的反應(yīng),可添加H2O使原子守恒。 (4)對于較復(fù)雜的電極反應(yīng),可用總反應(yīng)式減去較簡單一極的電極反應(yīng)式得到。 4.可充電電池原理分析 (1)充電時電極的連接:充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力,因此負極應(yīng)與電源的負極相連以獲得電子,可簡記為負接負后作陰極,正接正后作陽極。 (2)工作時的電極反應(yīng)式:同一電極上的電極反應(yīng)式,在充電與放電時,形式上恰好是相反的;同一電極周圍的溶液,充電與放電時pH的變化
4、趨勢也恰好相反。 提煉3 金屬的腐蝕與防護1.金屬腐蝕快慢程度的判斷方法 2.金屬電化學(xué)保護的兩種方法 回訪1 (2016·全國乙卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na+和SO可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。 下列敘述正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:14942031】 A.通電后中間隔室的SO離子向正極遷移,正極區(qū)溶液pH增大 B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品 C.負極反應(yīng)為2H2O-4e-===O2+4H+,
5、負極區(qū)溶液pH降低 D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時,會有0.5 mol的O2生成 B [A項正極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于生成H+,正極區(qū)溶液中陽離子增多,故中間隔室的SO向正極遷移,正極區(qū)溶液的pH減小。B項負極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,陰離子增多,中間隔室的Na+向負極遷移,故負極區(qū)產(chǎn)生NaOH,正極區(qū)產(chǎn)生H2SO4。C項由B項分析可知,負極區(qū)產(chǎn)生OH-,負極區(qū)溶液的pH升高。D項正極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O-4e-===O2↑+4H+,當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時,生成0.25 mol O2。] 回訪2 (201
6、6·全國甲卷)Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是( ) A.負極反應(yīng)式為Mg-2e-===Mg2+ B.正極反應(yīng)式為Ag++e-===Ag C.電池放電時Cl-由正極向負極遷移 D.負極會發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑ B [Mg-AgCl電池的電極反應(yīng):負極Mg-2e-===Mg2+,正極2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-,A項正確,B項錯誤。在原電池的電解質(zhì)溶液中,陽離子移向正極,陰離子移向負極,C項正確。Mg是活潑金屬,能和H2O發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2和H2,D項正確。] 回訪3 (2015·全國卷Ⅰ)微
7、生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是( ) A.正極反應(yīng)中有CO2生成 B.微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C.質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū) D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O A [圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應(yīng)的一極為正極,發(fā)生還原反應(yīng),因為有質(zhì)子通過,故正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+===2H2O,C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,負極上有CO2產(chǎn)生,故A不正確。B.微生物電池
8、是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,所以微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移,故B正確。C.質(zhì)子是陽離子,陽離子由負極區(qū)移向正極區(qū),故C正確。D.正極的電極反應(yīng)式為6O2+24e-+24H+===12H2O,負極的電極反應(yīng)式為C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,故D正確。] 回訪4 (2014·新課標(biāo)全國卷Ⅰ節(jié)選)次磷酸(H3PO2)是一種精細磷化工產(chǎn)品,具有較強的還原性。H3PO2也可用電滲析法制備?!八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過): (1)寫出陽極
9、的電極反應(yīng)式____________________________________。 (2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因___________________________。 (3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2:將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜,從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有_____雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是______。 [解析] (1)陽極發(fā)生氧化反應(yīng),在反應(yīng)中OH-失去電子,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-===4H++O2↑。 (2)H2O放電產(chǎn)生H+,H+進入產(chǎn)品室,原料室中的H2PO穿過陰膜
10、擴散至產(chǎn)品室,二者發(fā)生反應(yīng):H++H2POH3PO2。 (3)如果撤去陽膜,H2PO或H3PO2可能被氧化。 [答案] (1)2H2O-4e-===O2↑+4H+ (2)陽極室的H+穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室,原料室的H2PO穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室,二者反應(yīng)生成H3PO2 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化 熱點題型1 新型化學(xué)電源 1.(2016·廈門質(zhì)檢)鋰-空氣電池是高能量密度的新型電池,結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是( ) A.固體電解質(zhì)只有Li+可通過 B.電池反應(yīng)為4Li+O22Li2O C.充電時,水性電解液的pH將升高 D.放電時,若外電路有0.1
11、 mol e-通過時,理論上將消耗1.12 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況) A [A項,固體電解質(zhì)只有Li+可通過,形成閉合回路,正確;B項,電池反應(yīng):4Li+O2+2H2O4LiOH,錯誤;C項,充電時,水性電解液中的電極反應(yīng)式為4OH--4e-===O2↑+2H2O,消耗OH-,pH降低,錯誤;D項,通過0.1 mol電子時,消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為×22.4 L·mol-1=0.56 L,錯誤。] 2.(2016·黃岡調(diào)研)如圖甲是利用一種微生物將廢水中的尿素(H2NCONH2)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能并生成環(huán)境友好物質(zhì)的裝置,同時利用此裝置的電能在鐵上鍍銅。下列說法正確的是( )
12、甲 乙 A.H+透過質(zhì)子交換膜由右向左移動 B.銅電極應(yīng)與X相連接 C.M電極反應(yīng)式:H2NCONH2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+ D.當(dāng)N電極消耗0.25 mol氣體時,鐵電極增重16 g C [根據(jù)圖中信息可知,N極發(fā)生的電極反應(yīng)式:O2+4H++4e-===2H2O,故M為負極,N為正極,X為陰極,Y為陽極。A項,H+透過質(zhì)子交換膜由負極向正極移動,錯誤;B項,銅電極失電子作陽極應(yīng)與Y相連接,鐵電極作陰極與X相連接,錯誤;C項,M電極失電子,電極反應(yīng)式:H2NCONH2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+,正確;D項,鐵電極上銅離子得電子生成銅
13、,當(dāng)N電極消耗0.25 mol氣體時,轉(zhuǎn)移1 mol電子,鐵電極增重32 g,錯誤。] 3.(2016·全國丙卷)鋅-空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,反應(yīng)為2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)。下列說法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:14942032】 A.充電時,電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動 B.充電時,電解質(zhì)溶液中c(OH-)逐漸減小 C.放電時,負極反應(yīng)為:Zn+4OH--2e-===Zn(OH) D.放電時,電路中通過2 mol電子,消耗氧氣22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況) C [A項,充電時裝置為電解池,溶液中的陽離子向陰極移動。B項
14、,充電時的總反應(yīng)為放電時的逆反應(yīng):2Zn(OH)===2Zn+O2+4OH-+2H2O,c(OH-)逐漸增大。C項,放電時負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),由放電時的總反應(yīng)可知,負極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-===Zn(OH)。D項,由放電時的總反應(yīng)可知,電路中通過2 mol電子時,消耗0.5 mol O2,其體積為11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。] 4.(2016·東北三省四市一模)高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途。 高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種理想的水處理劑,高鐵電池的研制正在進行中。如圖甲是高鐵電池的模擬實驗裝置: 甲 乙 (1)該電池放電時正極的電極反應(yīng)式為______
15、_______________________; 若維持電流強度為1 A,電池工作十分鐘,理論消耗Zn________ g。(已知F=96 500 C/mol) (2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向________(填“左”或“右”)移動;若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動。 (3)圖乙為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電過程曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有_________________________________。 [解析] (1)根據(jù)高鐵電池裝置可確定Zn和C分別作負極和正極,放電時FeO在正極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)式
16、為FeO+4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH-;電池工作十分鐘,Q=It=1 A×600 s=600 C,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e-)=≈0.006 2 mol,反應(yīng)中1 mol Zn轉(zhuǎn)移2 mol電子,根據(jù)正比關(guān)系=,即求得m(Zn)=0.2 g。(2)原電池工作時,鹽橋中陰離子向負極移動,即Cl-向右移動,改用陽離子交換膜代替鹽橋,陽離子向正極移動,即K+向左移動。(3)從圖乙可看出高鐵電池和高能堿性電池相比,具有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定的優(yōu)點。 [答案] (1)FeO+4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH- 0.2 (2)右 左 (3)使用時間長、工作電壓穩(wěn)定
17、 解決新型化學(xué)電源問題的關(guān)鍵 1.電池類型:可充電電池首先明確放電方向是原電池,充電方向是電解池。 2.電極名稱:放電時是原電池,為正極、負極;充電時是電解池,為陽極、陰極。 3.電極材料和電極反應(yīng):電極反應(yīng)物、電極產(chǎn)物及其狀態(tài),電極材料是否參與電極反應(yīng);電子或電流的流動方向,離子的移動方向。 4.電解質(zhì)溶液:電解質(zhì)溶液是否參與電池反應(yīng);電解質(zhì)溶液是否與電極產(chǎn)物反應(yīng)。 5.反應(yīng)式:電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式。 6.反應(yīng)的量的關(guān)系:電極質(zhì)量的變化、電極產(chǎn)物的量、轉(zhuǎn)移電子的量等。 熱點題型2 電解原理及其應(yīng)用 1.(2016·濟南調(diào)研)用電解法處理含硝酸根離子(NO)廢水的原理
18、如圖所示。下列說法錯誤的是( ) A.鉛蓄電池的A極為正極,電極材料為PbO2 B.鉛蓄電池放電時負極質(zhì)量增加 C.該電解池的陰極反應(yīng)為2NO+12H++10e-===N2↑+6H2O D.若電路中通過2 mol電子,則陽極室溶液質(zhì)量減少32 g(忽略氣體的溶解) D [根據(jù)圖示,電解池的右側(cè)區(qū)域硝酸根離子被還原為氮氣,所以應(yīng)為電解池的陰極,進而確定A、B電極分別是鉛蓄電池的正、負極。A項正確,鉛蓄電池的反應(yīng)原理是Pb+PbO2+4H++2SO2PbSO4+2H2O,A為正極,反應(yīng)為PbO2+2e-+4H++SO===PbSO4+2H2O;B項正確,負極反應(yīng)為Pb-2e-+SO
19、===PbSO4,放電過程中固體電極質(zhì)量增加;C項正確,陰極發(fā)生還原反應(yīng),硝酸根離子被還原為氮氣;D項錯誤,陽極區(qū)溶液中,水電離的氫氧根離子放電2H2O-4e-===O2↑+4H+,電路中每通過2 mol電子,則溶液質(zhì)量損失16 g。] 2.(2016·北京高考)用石墨電極完成下列電解實驗。 實驗一 實驗二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍;b處變紅,局部褪色;c處無明顯變化 兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生;n處有氣泡產(chǎn)生…… 下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是( ) A.a(chǎn)、d處:2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.b處:2Cl--2e-===Cl2↑
20、C.c處發(fā)生了反應(yīng):Fe-2e-===Fe2+ D.根據(jù)實驗一的原理,實驗二中m處能析出銅 B [根據(jù)a、d處試紙變藍,可判斷a、d兩點都為電解池的陰極,發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A選項正確;b處變紅,局部褪色,說明b為電解池的陽極,2Cl--2e-===Cl2↑,氯氣溶于水生成鹽酸和次氯酸:Cl2+H2O===HCl+HClO,HCl溶液顯酸性,HClO具有漂白性,B選項不正確;c處為陽極,鐵失去電子生成亞鐵離子,發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-2e-===Fe2+,C選項正確;實驗一中ac形成電解池,db形成電解池,所以實驗二中也形成電解池,銅珠的左端為電解池的陽極
21、,銅失電子生成銅離子,m、n是銅珠的右端,為電解池的陰極,開始時產(chǎn)生氣體,后來銅離子得到電子生成單質(zhì)銅,故D選項正確。] 3.(2016·杭州質(zhì)檢)如圖所示的陰、陽離子交換膜電解槽中,用惰性電極電解Na2SO4溶液可制得硫酸和氫氧化鈉溶液。下列說法不正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:14942033】 A.陽極反應(yīng)式為2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.N為陰離子交換膜 C.進口b補充的是稀NaOH溶液 D.電解過程中陽極附近的pH不斷降低 A [A項,電解Na2SO4溶液,實際上是電解水,所以陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,錯誤;B項,由H2出口知電極
22、A為陰極,電極B為陽極,陽極水中的OH-放電,故要不斷補充陰離子,故N為陰離子交換膜,正確;C項,電極A為陰極,水中的H+放電,大量的氫氧化鈉在陰極附近生成,故在b口加入稀氫氧化鈉以增強導(dǎo)電性,正確;D項,陽極反應(yīng)不斷地消耗水中的氫氧根離子,故pH不斷降低,正確。] 4.(2016·咸陽一模節(jié)選)制備KMnO4的最佳方法是電解法,實驗室以鎳片(不參與反應(yīng))和鐵片作電極,電解K2MnO4溶液(綠色)制備KMnO4,裝置如圖: 請回答下列問題: (1)A應(yīng)與直流電源________極相連接,鐵片電極上有氣體放出,電極反應(yīng)式為________________________________
23、______________________________。 (2)電解過程中可觀察到溶液由綠色變?yōu)開_______。 (3)電解一段時間后,溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 [解析] (1)電解K2MnO4溶液(綠色)制備KMnO4,MnO發(fā)生氧化反應(yīng),則Ni作陽極,而Fe作陰極,故Fe與直流電源的負極相連,鐵片上H+得電子發(fā)生還原反應(yīng),故有氣體放出。(2)電解一段時間后,MnO轉(zhuǎn)化為MnO,溶液由綠色變?yōu)樽仙?3)電解總反應(yīng)式為2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑,則電解一段時間后,生成KOH,溶液的pH增大。 [答案] (1)負
24、 2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-) (2)紫色 (3)增大 1.有關(guān)電解池的分析思路 2.電解池中電極反應(yīng)式的書寫步驟 熱點題型3 電化學(xué)原理的綜合應(yīng)用 1.(2016·山西四校聯(lián)考)用酸性甲醛燃料電池為電源進行電解的實驗裝置如圖所示,下列說法中正確的是( ) A.當(dāng)a、b都是銅作電極時,電解的總反應(yīng)方程式為2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑ B.燃料電池工作時,正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH- C.當(dāng)燃料電池消耗2.24 L甲醛氣體時,電路中理論上轉(zhuǎn)移0.2 mol e- D.燃料電池工
25、作時,負極反應(yīng)為HCHO+H2O-2e-===HCOOH+2H+ D [A項,若a、b都是銅作電極,則陽極是Cu放電,而不是電解質(zhì)溶液中的OH-放電,錯誤;B項,酸性介質(zhì)中不可能生成大量OH-,錯誤,正確的為O2+4H++4e-===2H2O;C項,未說明氣體是否在標(biāo)準(zhǔn)狀況下而無法計算,錯誤;D項,負極是燃料(HCHO)在酸性條件下失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),正確。] 2.(2016·棗莊滕州月考)用下列裝置能達到預(yù)期目的的是( ) A.甲圖裝置可用于電解精煉鋁 B.乙圖裝置可得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流 C.丙圖裝置可達到保護鋼閘門的目的 D.丁圖裝置可達到保護鋼閘門的目的 D [電解
26、精煉鋁時,粗鋁作陽極,純鋁作陰極,但電解質(zhì)溶液不能是氯化鋁溶液,否則陰極上會析出氫氣,可以用熔融的氧化鋁作電解質(zhì),A項錯誤;原電池可以產(chǎn)生電流,但不能提供持續(xù)、穩(wěn)定的電流,B項錯誤;丙中形成原電池,鋼閘門是負極,易被腐蝕,不能達到保護鋼閘門的目的,C項錯誤;丁中形成電解池,鋼閘門是陰極,不易被腐蝕,可達到保護鋼閘門的目的,D項正確。] 3.(2016·湖南益陽三模)用惰性電極電解2 L 0.5 mol/L的硝酸銀溶液,當(dāng)在電路中通過0.1 mol電子后,調(diào)換正、負極,電路中又通過了0.2 mol電子,此時溶液pH為(假設(shè)溶液體積不變)( ) A.1 B. 2 C.3
27、 D. 無法確定 A [2 L 0.5 mol/L的硝酸銀溶液含n(Ag+)=1 mol,調(diào)換正、負極前,陽極電極反應(yīng)式為4OH--4e-===2H2O+O2↑;陰極電極反應(yīng)式為4Ag++4e-===4Ag,則電路中通過0.1 mol e-時生成0.1 mol Ag,同時反應(yīng)0.1 mol OH-,得到0.1 mol H+;調(diào)換正、負極后,陽極電極反應(yīng)式為4Ag-4e-===4Ag+(先),4OH--4e-===2H2O+O2↑(后);陰極電極反應(yīng)式為4Ag++4e-===4Ag,故總共得到0.2 mol H+,c(H+)==0.1 mol/L,pH=-lg c(H+)=1。] 4.(20
28、16·河南商丘二模)電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法:保持污水的pH在5.0~6.0之間,通過電解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3膠體有吸附性,可吸附水中的污染物而沉積下來,具有凈化水的作用,其原理如圖所示。下列說法正確的是( ) A.石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.根據(jù)圖示,物質(zhì)A為CO2 C.甲烷燃料電池中CO向空氣一極移動 D.為增強污水的導(dǎo)電能力,可向污水中加入適量乙醇 B [甲烷發(fā)生氧化反應(yīng),所在電極為電源的負極,故石墨為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),A項錯誤;甲烷在負極的反應(yīng)為CH4-8e-+4CO===5CO2+2H2O,A為CO2,B項正確;CO在工作過程中向負極
29、移動,通入空氣的一極為電源的正極,C項錯誤;乙醇為非電解質(zhì),不能增強水溶液的導(dǎo)電能力,D項錯誤。] 5.(名師押題)甲醇是一種重要的燃料,在電化學(xué)領(lǐng)域有著重要的用途。 請回答下列問題: (1)一種新型的甲醇燃料手機電池,其持續(xù)供電時間長達320小時,電池總反應(yīng)式為2CH3OH+4NaOH+3O2===2Na2CO3+6H2O。該電池的負極反應(yīng)式為 ______________________________________________________________。 (2)甲醇-空氣燃料電池的工作原理如圖甲所示(箭頭表示物質(zhì)的進入或排出): ①甲電極為該燃料電池的______
30、__(選填“正極”或“負極”)。 ②a、b、c、d四個進出口的物質(zhì)分別為________、________、________、________(填寫化學(xué)式或結(jié)構(gòu)簡式)。 ③用該電池作供電電源,用惰性電極電解足量的CuSO4溶液,若陰極增重19.2 g,則理論上消耗甲醇________g。電解后,溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 圖甲 圖乙 (3)尿素樹脂生產(chǎn)過程中所排放的廢水中往往含有甲醇,這種含甲醇的廢水會對環(huán)境造成污染。向該廢水中加入一定量的酸性CoSO4溶液,然后采用圖乙所示裝置進行電解即可除去甲醇,除甲醇的原理:電解產(chǎn)物Co3+將廢水中的甲
31、醇氧化為CO2。 ①陽極為_______(選填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)。陽極反應(yīng)式為_______。 ②請用離子方程式表示該法除甲醇的原理為_________________。 ③排放該電解后的廢水的鐵質(zhì)管道易被腐蝕,除與Co2+發(fā)生置換反應(yīng)外,還發(fā)生電化學(xué)腐蝕,發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)式為____________________。 [解析] (1)由電池總反應(yīng)式知,甲醇在負極失電子,被氧化為CO2,CO2在堿性條件下轉(zhuǎn)化成CO。 (2)①原電池中,陽離子從負極移向正極,該燃料電池中H+由甲電極移向乙電極,故甲電極為負極。②負極為甲醇失電子的氧化反應(yīng),故b口進入的是CH3OH,a口排出
32、的是CO2;正極為氧氣得電子被還原為水的反應(yīng),故c口進入的物質(zhì)是O2,d口排出的物質(zhì)是H2O。③電解CuSO4溶液時,陰極發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-===Cu,陰極增重19.2 g,則電路中通過電子的物質(zhì)的量為×2=0.6 mol,由該燃料電池的負極反應(yīng)式CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+可知,消耗甲醇的質(zhì)量為×32 g·mol-1=3.2 g。電解CuSO4溶液的總反應(yīng)式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,電解過程中有H2SO4生成,故溶液pH減小。 (3)①電解裝置中,連接電源正極的是陽極,陽極上發(fā)生氧化反應(yīng):Co2+失電子被氧化為Co3+。②根據(jù)題目提示,
33、除去甲醇的反應(yīng)中,反應(yīng)物為Co3+和甲醇,甲醇被氧化為CO2,而Co3+被還原為Co2+。③該電解后的廢水為酸性溶液,鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕。 [答案] (1)CH3OH+8OH--6e-===CO+6H2O (2)①負極?、贑O2 CH3OH O2 H2O?、?.2 減小 (3)①石墨Ⅰ Co2+-e-===Co3+ ②6Co3++CH3OH+H2O===6Co2++CO2↑+6H+?、?H++2e-===H2↑ 1.電化學(xué)計算的基本方法 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液的pH計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等,通常有下列幾種方法: 常見微粒間的計量關(guān)系式為4e-~4H+~4OH-~4Cl-~4Ag+~2Cu2+~2H2~O2~2Cl2~4Ag~2Cu。 2.兩種“串聯(lián)”裝置圖比較 圖1 圖2 圖1中無外接電源,其中必有一個裝置是原電池裝置(相當(dāng)于發(fā)電裝置),為電解池裝置提供電能,其中兩個電極活潑性差異大者為原電池裝置,如圖1中左邊為原電池裝置,右邊為電解池裝置。圖2中有外接電源,兩燒杯均作電解池,且串聯(lián)電解,通過兩池的電子數(shù)目相等。
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