《2025年高中总复习优化设计高中化学》

1. 电解池的串联装置

(1)A、B为两个串联电解池,相同时间内,通过各个电极的电子数相等。
(2)Zn电极反应式为Zn - 2e⁻ ⟶ Zn²⁺,Fe电极反应式为2H⁺ + 2e⁻ ⟶ H₂↑。

答案： 1.
(2)$Zn - 2e^- \longrightarrow Zn^{2+}$ $2H^+ + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow$

2. 原电池与电解池的串联装置
(1)装置中无外加直流电源时,一般情况下,两极金属的活动性相差较大的电池(或燃料电池)为原电池,其余为电解池。
(2)图甲和图乙中,A均为原电池,B均为电解池。图乙中通入O₂的电极反应式为________,b电极反应式为________。

答案： 2.
(1)原电池　电解池　$O_2 + 4H^+ + 4e^- \longrightarrow 2H_2O$ $2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

例1 (2023·安徽宿州一模)我国科学家设计了一种CO₂捕获和利用一体化装置,利用含NO₃⁻的废水和CO₂制备甲酸铵(HCOONH₄)其原理过程示意图如下。有关说法错误的是(B)


A.NO₃⁻参与的电极反应:NO₃⁻+8e⁻+6H₂O=NH₃+9OH⁻
B.生成HCOO⁻的电极反应:HCO₃⁻+H₂O-2e⁻=HCOO⁻+2OH⁻
C.装置Ⅱ中OH⁻穿过阴离子交换膜由左向右迁移
D.空气的作用是作为载气将含NH₃的气体吹出反应器

答案： 例1B　解析由图可知,$NO_3^-$被还原生成$NH_3$,参与的电极反应为$NO_3^- + 6H_2O + 8e^- \longrightarrow NH_3 + 9OH^-$,A正确;$HCO_3^-$被还原生成$HCOO^-$,则生成$HCOO^-$的电极反应为$HCO_3^- + H_2O + 2e^- \longrightarrow HCOO^- + 2OH^-$,B错误;装置III中左侧为阴极,右侧为阳极,故$OH^-$穿过阴离子交换膜由左向右迁移,C正确;由题干装置可知,空气的作用是作为载气将含$NH_3$的气体吹出反应器,D 正确。

[对点训练1] 下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b＞d。符合上述实验结果的盐溶液是(B)

答案： 对点训练1B　解析当X为$MgSO_4$时,b极上生成$H_2$,电极质量不增加,A错误;X为$FeSO_4$,Y为$Al_2(SO_4)_3$,b、d极上均产生气体,C错误;X为$CuSO_4$,Y为$AgNO_3$时,b极上析出$Cu$,d极上析出$Ag$,其中d极增加的质量大于b极增加的质量,D错误。

例2 (2022·山东卷,13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO₂,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO₂(s)转化为Co²⁺,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法错误的是(C)


A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO₂+2H₂O+e⁻=Li⁺+Co²⁺+4OH⁻
D.若甲室Co²⁺减少200mg,乙室Co²⁺增加300mg,则此时已进行过溶液转移

答案： 例2C　解析电池工作时,左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为$CO_2$气体,$Co^{2+}$在另一个电极上得到电子,被还原产生$Co$单质,$CH_3COO^-$失去电子后,$H^+$、金属阳离子通过阳膜移向甲室,甲室溶液pH减小,A正确;对于乙室,正极上$LiCoO_2$得到电子,被还原为$Co^{2+}$,同时得到$Li^+$,电极反应式为$LiCoO_2 + e^- + 4H^+ \longrightarrow Li^+ + Co^{2+} + 2H_2O$,C错误;依据电子守恒,乙室消耗的$H^+$比负极$CH_3COO^-$反应产生的$H^+$多,因而需补充盐酸,B正确;根据转移电子守恒,可知没有进行溶液转移时，乙室$Co^{2+}$增加的质量是甲室$Co^{2+}$减少质量的2倍,而实际二者倍数为$\frac{300m}{200m}$=1.5＜2,故此时已进行过溶液转移,D 正确。