2024版化学新教材鲁科版（闽粤皖京豫）教师用书配套课件第6章化学反应与能量转化第6章第39讲　多池、多室的电化学装置

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第39 讲　多池、多室的电化学装置

[复习目标]　1.了解串联装置的连接特点，了解离子交换膜的特点及作用。2.掌握多池、多

室问题分析的一般方法。3.能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。

考点一　多池串联的两大模型及原理分析

1．常见多池串联装置图

模型一　外接电源与电解池的串联(如图)

A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。

模型二　原电池与电解池的串联(如图)

甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。

2．二次电池的充电

(1)可充电电池原理示意图

充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作“正接正，

负接负”。

(2)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、

放电不是可逆反应。

(3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相

反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。

例：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，放电时负极的电极反应式为 Fe－2e－＋2OH－

===Fe(OH)2，则充电时阴极的电极反应式为 Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。

3．电化学计算的三种方法

如以电路中通过 4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：

(式中 M为金属，n为其离子的化合价数值)

该关系式具有总览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。

1．如图所示，甲池的总反应式为 N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正

确的是(　　)

A．该装置工作时，Ag 电极上有气体生成

B．甲池中负极反应式为 N2H4－4e－===N2＋4H＋

C．甲池和乙池中溶液的 pH 均减小

D．当甲池中消耗 3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生 6.4 g 固体

答案　C

解析　该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解

池，石墨电极为阳极，Ag 电极为阴极，阴极上 Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；

甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现 H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电

解液被稀释，故碱性减弱，pH 减小，乙池的总反应式为 2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑

＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH 减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为 0.1 mol，转移电

子的物质的量为 0.4 mol，产生 0.2 mol Cu，质量为 12.8 g，D错误。

2．铅蓄电池是典型的可充电电池，正、负极是惰性材料，电池总反应式为 Pb＋PbO2＋

2H2SO42PbSO4＋2H2O，回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：

(1)放电时，正极的电极反应式是__________________。电解液中 H2SO4的浓度将变_______

_；当外电路通过 1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加________ g。

(2)在完全放电耗尽 PbO2和Pb 时，若按如图连接，电解一段时间后，则在 A电极上生成___

_____，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正、负极的极性将________(填“不变”或

“对换”)。

答案　(1)PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　小　48　(2)Pb　PbO2　对换

解析　(1)根据总反应式可知放电时，正极 PbO2得到电子，电极反应式是 PbO2＋4H＋＋SO＋

2e－===PbSO4＋2H2O，负极电极反应式是 Pb＋SO－2e－===PbSO4；由反应式知放电时消耗

H2SO4，则 H2SO4浓度变小；当外电路通过 1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加 0.5

mol×96 g·mol－1＝48 g。(2)若按题图连接，B为阳极，失去电子发生氧化反应，A为阴极，

得到电子发生还原反应，B电极上发生的反应为 PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，A

电极发生的反应为 PbSO4＋2e－===Pb＋SO，所以 A电极上生成 Pb，B电极上生成 PbO2，此

时铅蓄电池的正、负极的极性将对换。

3．在如图所示的装置中，若通直流电 5 min 时，铜电极的质量增加 2.16 g。试回答下列问题。

(1)电源中 X为直流电源的________极。

(2)pH 变化：A__________( 填 “ 增大 ” “ 减小 ” 或 “ 不变 ” ，下同 )，

B________，C________。

(3)通电 5 min 时，B中共收集 224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为 200 mL，则通电前

CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。

(4)常温下，若 A中KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的 pH 为__________

(设电解前后溶液体积无变化)。

答案　(1)负　(2)增大　减小　不变　(3)0.025 mol·L－1　(4)13

解析　(1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成

Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知 X是电源负极。

(2)电解 KCl 溶液生成 KOH，溶液 pH 增大；电解 CuSO4、K2SO4溶液生成 H2SO4，溶液 pH

减小；电解 AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋在阴极不断析出，AgNO3溶液浓度基

本不变，pH 不变。

(3)通电 5 min 时，C中析出 0.02 mol Ag，电路中通过 0.02 mol 电子；B中共收集 0.01 mol 气

体，若该气体全为氧气，则电路中需通过 0.04 mol 电子，电子转移不守恒，因此，B中电解

分为两个阶段，先电解 CuSO4溶液，生成 O2，后电解水，生成 O2和H2，B中收集到的气体

是O2和H2的混合物。设电解 CuSO4溶液时生成 O2的物质的量为 x mol，电解 H2O时生成 O2

的物质的量为 y mol，则 4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解得 x

＝y＝0.002 5，所以 n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－

1。

(4)常温下，通电 5 min 时，A中放出 0.01 mol H2，溶液中生成 0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝

0.1 mol·L－1，pH＝13。

考点二　多室装置的分析

为实现特定功能需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池分隔成两个或多

个相对独立的室。

1．离子交换膜的分类和应用

2．分析某室质量变化的关键

分析某室质量的变化，既要考虑该区(或该电极)的化学反应，又要考虑通过“交换膜”的离

子带来的质量变化。

1．钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电

池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：

下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，Na＋通过交换膜向 N极移动

B．充电时，光照可促进电子的转移

C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为 3I－－2e－===I

D．放电时，若负极室有 2 mol 阴离子发生反应，则电路中转移 2 mol 电子

答案　D

解析　由图中信息知，放电时，电极 N为正极，电极 M为负极，Na＋由M极移向 N极，A

正确；根据题图：TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，光可以促进 I－在

TiO2光电极上转移电子，B正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，根据图示，阳极

电极反应式为 3I－－2e－===I，C正确；充电时 Na2S4被还原为 Na2S，电极反应式为 S＋6e－

===4S2－，则放电时负极反应式为 4S2－－6e－===S，由此可知若负极室有 2 mol 阴离子发生

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第39讲　多池、多室的电化学装置[复习目标]　1.了解串联装置的连接特点，了解离子交换膜的特点及作用。2.掌握多池、多室问题分析的一般方法。3.能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。考点一　...

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