考點(diǎn)一 多池串聯(lián)的兩大模型及原理分析
1．常見多池串聯(lián)裝置圖
模型一 外接電源與電解池的串聯(lián)(如圖)
A、B為兩個串聯(lián)電解池，相同時間內(nèi)，各電極得失電子數(shù)相等。
模型二 原電池與電解池的串聯(lián)(如圖)
甲、乙兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。
2．二次電池的充電
(1)可充電電池原理示意圖
充電時，原電池負(fù)極與外接電源負(fù)極相連，原電池正極與外接電源正極相連，記作“正接正，負(fù)接負(fù)”。
(2)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。充電、放電不是可逆反應(yīng)。
(3)放電時的負(fù)極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)相反，放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)相反。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。
例：Fe＋Ni2O3＋3H2Oeq \(,\s\up7(放電),\s\d5(充電))Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－＋2OH－
===Fe(OH)2，則充電時陰極的電極反應(yīng)式為Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－。
3．電化學(xué)計算的三種方法
如以電路中通過4 ml e－為橋梁可構(gòu)建以下關(guān)系式：
4e－～ SKIPIF 1 < 0 ～ SKIPIF 1 < 0
(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)
該關(guān)系式具有總覽電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。
1．如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列關(guān)于該裝置工作時的說法正確的是( )
A．該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成
B．甲池中負(fù)極反應(yīng)式為N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均減小
D．當(dāng)甲池中消耗3.2 g N2H4時，乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4 g固體
答案 C
解析 該裝置圖中，甲池為燃料電池，其中左邊電極為負(fù)極，右邊電極為正極，乙池為電解池，石墨電極為陽極，Ag電極為陰極，陰極上Cu2＋得電子生成銅，無氣體生成，A錯誤；甲池溶液呈堿性，電極反應(yīng)式不出現(xiàn)H＋，B錯誤；根據(jù)甲池的總反應(yīng)式可知有水生成，電解液被稀釋，故堿性減弱，pH減小，乙池的總反應(yīng)式為2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，電解液酸性增強(qiáng)，pH減小，C正確；3.2 g N2H4的物質(zhì)的量為0.1 ml，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4 ml，產(chǎn)生0.2 ml Cu，質(zhì)量為12.8 g，D錯誤。
2．鉛酸蓄電池是典型的可充電電池，正、負(fù)極是惰性材料，電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放電),\s\d5(充電))2PbSO4＋2H2O，回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：
(1)放電時，正極的電極反應(yīng)式是__________________。電解液中H2SO4的濃度將變________；當(dāng)外電路通過1 ml電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________ g。
(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按如圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成________，B電極上生成________，此時鉛酸蓄電池的正、負(fù)極的極性將________(填“不變”或“對換”)。
答案 (1)PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O 小 48 (2)Pb PbO2 對換
解析 (1)根據(jù)總反應(yīng)式可知放電時，正極PbO2得到電子，電極反應(yīng)式是PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，負(fù)極電極反應(yīng)式是Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；由反應(yīng)式知放電時消耗H2SO4，則H2SO4濃度變??；當(dāng)外電路通過1 ml電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加0.5 ml×96 g·ml－1＝48 g。(2)若按題圖連接，B為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，A為陰極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，B電極上發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)，A電極發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)，所以A電極上生成Pb，B電極上生成PbO2，此時鉛酸蓄電池的正、負(fù)極的極性將對換。
3．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題。
(1)電源中X為直流電源的________極。
(2)pH變化：A__________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B________，C________。
(3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為__________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
答案 (1)負(fù) (2)增大 減小 不變
(3)0.025 ml·L－1 (4)13
解析 (1)三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極，由此推知X是電源負(fù)極。
(2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH減小；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋在陰極不斷析出，AgNO3溶液濃度基本不變，pH不變。
(3)通電5 min時，C中析出0.02 ml Ag，電路中通過0.02 ml電子；B中共收集0.01 ml氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 ml電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒，因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時生成O2的物質(zhì)的量為x ml，電解H2O時生成O2的物質(zhì)的量為y ml，則4x＋4y＝0.02(電子轉(zhuǎn)移守恒)，x＋3y＝0.01(氣體體積之和)，解得x＝y(tǒng)＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 ml＝0.005 ml，c(CuSO4)＝eq \f(0.005 ml,0.2 L)＝0.025 ml·L－1。
(4)常溫下，通電5 min時，A中放出0.01 ml H2，溶液中生成0.02 ml KOH，c(OH－)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，pH＝13。
考點(diǎn)二 多室裝置的分析
為實(shí)現(xiàn)特定功能需求，在電化學(xué)裝置中增加離子交換膜，將原電池或電解池分隔成兩個或多個相對獨(dú)立的室。
1．離子交換膜的分類和應(yīng)用
2．分析某室質(zhì)量變化的關(guān)鍵
分析某室質(zhì)量的變化，既要考慮該區(qū)(或該電極)的化學(xué)反應(yīng)，又要考慮通過“交換膜”的離子帶來的質(zhì)量變化。
1．鈉離子電池具有資源豐富、成本低、安全性好、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，有望成為鋰離子電池之后的新型首選電池，如圖是一種鈉離子電池工作示意圖：
下列說法不正確的是( )
A．放電時，Na＋通過交換膜向N極移動
B．充電時，光照可促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移
C．充電時，TiO2光電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)
D．放電時，若負(fù)極室有2 ml陰離子發(fā)生反應(yīng)，則電路中轉(zhuǎn)移2 ml電子
答案 D
解析 由圖中信息知，放電時，電極N為正極，電極M為負(fù)極，Na＋由M極移向N極，A正確；根據(jù)題圖：TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，光可以促進(jìn)I－在TiO2光電極上轉(zhuǎn)移電子，B正確；充電時，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)圖示，陽極電極反應(yīng)式為3I－－2e－===Ieq \\al(－,3)，C正確；充電時Na2S4被還原為Na2S，電極反應(yīng)式為Seq \\al(2－,4)＋6e－===4S2－，則放電時負(fù)極反應(yīng)式為4S2－－6e－===Seq \\al(2－,4)，由此可知若負(fù)極室有2 ml陰離子發(fā)生反應(yīng)，則電路中轉(zhuǎn)移3 ml電子，D錯誤。
2．我國科學(xué)家開發(fā)出了一種Zn-NO電池系統(tǒng)，該電池具有同時合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是( )
A．電極電勢：Zn/ZnO電極

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