电化学的综合计算
[知识梳理] 电化学的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量、根据产物的量求电荷量等等，不论哪类计算，均可采用下列三种方法：
[知识探究]
方法一：依据电子守恒，突破分阶段计算
1．用惰性电极电解100 mL 4 mol·L－1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。停止电解，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)( )
A．0.75 mol·L－1 B．3 mol·L－1 C．4 mol·L－1 D．3.75 mol·L－1
2． 500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO－3)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(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(Na＋)＝0.2 mol·L－1 B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
方法二、依据总反应式，建立等量关系进行计算
3．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．4×10－3mol·L－1 B．2×10－3mol·L－1 C．1×10－3mol·L－1 D．1×10－7mol·L－1
4．用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后进行如下操作。
(1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
方法三：利用电子守恒，突破电化学多池“串联”的计算
5．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化：A：________，B：________，C：________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(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)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
[知识落实]
6．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池，RFC工作原理如图。下列有关说法正确的是( )
A．当有0.1 mol电子转移时，a电极产生1.12 L O2(标准
状况下)
B．b电极上发生的电极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
C．d电极上发生的电极反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．c电极上进行还原反应，B池中的H＋可以通过隔膜进入A池
7．某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验研究。
(1)利用下图装置探究金属的电化学腐蚀，接通电路发现灵敏电流计指针发生偏转，盐桥中K＋
向________槽(填“a”“b”或“c”)移动。写出正极的电极反应___________________。
(2)如何检验a槽中生成的阳离子_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在c槽中欲实现Cu＋2H2O===Cu (OH)2＋H2↑的反应，
则电极________(填“M”或“N”)一定是铜电极。c槽中电
解质X可以是下列________物质(填选项)。
A．H2SO4B．NaNO3 C．MgCl2 D．KOH
8．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。回答下列问题：
(1)直流电源中，M为________极。
(2)Pt电极上生成的物质是________，其质量为________g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的
物质的量之比为2∶____∶____∶____。
(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH________，H2SO4溶液的浓度________，H2SO4溶液的pH________。
9．(2016·烟台模拟)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为______________________________。
(2)丙池中F电极为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，该池的总反应方程式为____________________________________________________________________。
(3)当乙池中C极质量减轻10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为_______ mL(标准状况)。
(4)一段时间后，断开电键K，下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是________(填选项字母)。
A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．Cu2(OH)2CO3
10．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。
请回答：
(1)B极是电源的______________，一段时间后，
甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐
变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明
_____________________，在电场作用下向Y极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有
一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。
(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是______________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
11．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO－3、SO2－4、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH 与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________(写化学式)。
(2)计算电极f上生成的气体在标准状况下体积为________L。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若电解后甲溶液的体积为10 L，则该溶液的pH为________。
考点六辨析多池组合、突破电化学计算 李仕才 1．辨析多池组合 (1)直接判断：非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。 (2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断： 原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。 (3)根据电极反应现象判断： 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C 极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D
是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧 化反应。 2．突破电化学计算 原则：电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电 池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 关键：a.电极名称要区分清楚；b.电极产物要判断准确； c．各产物间量的关系遵循电子得失守恒。 方法：(1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 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。 注意在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×N A××10－19 C来计算电路中通过 的电量。 [思维深化] 如图所示，图中装置甲是，乙是，若电路中有 mol电子转移，则Zn极溶 解，Cu极上析出 (标准状况)，Pt极上析出 mol，C极上析出Cu
超级电容器的两个比电容计算公式？ 作者: Azrael-218(站内联系TA)发布: 2011-07-23 C=4it/amu(i:放电电流；t:放电时间；a:实际有用的电极材料百分含量；m:电极材料总质量；u:扣除电压降的那部分电压。 另外一个公式：C=it/amu. 这两个公式区别就是少乘一个4。这是什么情况啊？请各位虫友帮忙。。。谢谢了！ 举报删除此信息 liucheng200883(站内联系TA) 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍，质量也是两倍 所以比容量只有1/4 个人愚见！！！仅供参考！ shang_qing(站内联系TA) 帖子真精彩! 已经收录到淘贴专辑《超级电容器》 杨仁立(站内联系TA) 626857楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 ... 我还是没弄懂这个是怎么回事？？是前边是后边的四倍还是后边是前边的四倍呢？？请不吝赐教！！:P li_qqiong(站内联系TA) 楼主，这两个公式针对的电极体系是不一样的，有4倍的关系，有4的那个是利用3电极体系测出来数据计算的，另外一个是2电极体系的，也即是：Cspec-3E=4*Cspec-2E,请参考：Studies of activated carbons used in double-layer capacitors. wuanri(站内联系TA) 2楼 : Originally posted by liucheng200883 at 2011-07-23 22:34:33 对于组装的完整超级电容器，C=4it/amu为计算单电极的比容量，C=it/amu计算整个电容器的比容量，并且后者一般是前者的4倍。对于对称的双电层电容，单电极和完整电容的电量是相同的，但是完整电容的电压是单电极的两倍 ... 为什么全电容的电压是半电容电压的两倍？我觉得不对吧。 原因应该是全电容与单电极是半数关系，C总=C单*1/2； 但以全部质量计算出比电容量则是Cs总=C总/2m=C单/4m=Cs单*1/4； 所以全电容比电容是三电极测试的半电容的四分之一，但只是理论，实际上是有相差的。通过CV图与放电曲线计算的比容差别很大，什么原因？ 循环伏安变化的是电压，而响应的电流是随时间变化的;而充放电通常在恒电流下进行的，电压随之变化。因此，材料得失电子的速率不同，这是电极动力学的问题。 举个例子，你根据放电时间算的话，假设你沉积的活性物质重量是1mg，你的充放电电流大小为1mA，那么你的放电电流密度就是1A g-1，算成面积（假设沉积面积是2cm2）就是0.5mA cm-2，但如果你用积分做的话，换算成电流密度，很可能不是1A g-1或0.5mA cm-2，所以二者根本不具有可比性。一般是按照充放电曲线来算的，最好不要用积分曲线来算。循环伏安cyclic voltammetry (CV)
V C n E Hg Cl Hg M M M n n 100.0)lg 059.0(/'/122=-+=++??θV C n E Hg Cl Hg M M M n n 050.0)50lg 059.0(/' /222=-+=++??θ1、将pH 玻璃电极与饱和甘汞电极浸入pH=6.86的标准缓冲溶液中，测得电动势为0.352V ；测定另一未知试液时，测得电动势为0.296V 。计算未知试液的pH 。 解：F RT E E pH pH s x s x /303.2-+= 公式中 玻甘??-=E ，2.303RT/F 便是斜率S 。 91.5059.0352.0296.086.6=-+ =-+=∴S pH pH x s s x ?? 2、自发电池Hg | Hg 2Cl 2(s), Cl －(饱和)|| M n+ | M 。在25℃时，测得电动势为0.100V ，如将 M n+浓度稀释50倍，电池电动势下降为0.050V ，金属离子M n+的电荷n 为何值？ 解：电池电动势： 稀释前： 稀释后： 两式相减，变形，可求得 n=2 3、用氟离子电极测定饮用水中F 一 含量时，取水样20.00ml ，加总离子强度调节缓冲液20.00ml ，测得电动势为140.0mV ；然后在此溶液中加入浓度为1.00×10-2mol/L 的氟标准溶 液1.00m1，测得电动势为120.0mV 。若氟电极的响应斜率为58.5mV/pF ，求饮用水中F 一的 浓度。 解：V mV E 020.0 0.200.1400.120-=-=-=? 由 1/10-???? ? ??+-+=S X X S E S X S S X V V V V V V C C L mol /1099.300.100.4000.401000.100.4000.1100.1410585.0/020.02-----?=??? ??+-+??=
2019届二轮复习电极反应式的书写及电化学有关计算作业(全国通用)
热点5电极反应式的书写及电化学有关计算1．原电池是化学对人类的一项重大贡献。 (1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： ①电池的负极是______(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为______。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式： －4e－===4CO2； 负极反应式：2CO＋2CO2－ 3 正极反应式：__________________________________________； 电池总反应式：________________________________________。 答案(1)①a CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O②减小 (2)O2＋2CO2＋4e－===2CO2－32CO＋O2===2CO2 解析(1)CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。 (2)正极发生还原反应，故正极电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，根据正极反应式＋负极反应式＝总电池反应，可推知电池总反应式应为2CO＋O2===2CO2。 2．某高校的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2零排放，其基本原理如图所示：
电化学计算 电化学计算 1、电解质溶液的p Ｈ变化：电解时，由于ＯＨ或Ｈ不断放电，或使得原电解质溶液 的浓度的改变；或使得c （Ｈ）或c （ＯＨ）浓度发生改变，溶液的p Ｈ也会发生变化。 若电解时，只生成Ｈ２，而不生成Ｏ２，溶液的p Ｈ； 若只生成Ｏ２，而不生成Ｈ２，溶液的p Ｈ； 若既生成Ｈ２又生成Ｏ２，实际上就是电解；此时， 若原溶液为弱酸性，其p Ｈ，若为碱性，其p Ｈ，若为中性，其p Ｈ不变；若既不生成Ｈ２，也不生成Ｏ２，溶液的p Ｈ。 2、现有500 mL食盐水，其中含有少量的NaOH ，该溶液的pH 值等于10，用石墨电 极电解，当阴极产生的气体体积为5.60升（标况）时停止电解，此时溶液的pH 值约为（忽略溶液的体积变化）A 、13 B、12.3 C、12 D、14 3、用铂电极电解CuSO 4溶液，在阳极收集到0.32gO 2，加水稀释到400mL 是溶液 的pH 为 4、以惰性电极电解CuSO 4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.0100 mol，则阴极上析出 Cu 的质量为A ．0．64 g ... B ．1．28 g C ．2．56 g D ．5．12 g 5、将分别盛有熔融的KCl ，MgCl 2，Al 2O 3三个电解槽串联，在一定条件下通电 一段时间后，析出K ，Mg ，Al 的物质的量之比为 A ．1：2：3 B ．3：2：1 C ．6：3：1 D ．6：3：2 6、用质量均为100 g的Cu 作电极，电解AgNO 3溶液。稍电解一段时间后，两电极 的质量相差 28 g，此时两电极的质量分别为 A 、阳极100 g，阴极128 g B、阳极93.6 g，阴极121.6 g C 、阳极91.0 g，阴极119.0 g D、阳极86.0 g，阴极114.0 g 7、将0.1 L含有0.02mol CuSO4和0.01molNaCl 的水溶液用惰性电极电解。电解一 段时间后， 一个电极上得到0.01 mol Cu，另一电极析出的气体
电化学的基本计算 思考并填空。 1．计算的原则 (1)阳极_______的电子数＝阴极________的电子数。 (2)串联电路中通过各电解池的电子总数__________。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数__________。 2．计算的方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 (3)根据关系式计算：根据_________________守恒的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。如电解计算时常用的定量关系为4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－。 3．计算步骤 首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)；其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。 例1、将含有0.4 mol CuSO4和0.2 mol NaCl的水溶液1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3 mol Cu，另一个电极上析出气体在标准状况下的体积为() A．4.48 L B．5.6 L C．6.72 L D．13.44 L (1)若不考虑电解质溶液体积的变化，此时溶液中c(H＋)为多少？ (2)若电极上得到0.1 mol Cu时不再电解，加入何物质能使电解质溶液复原？其物质的量是多少？ 练习1．把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通直流电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是() A．27 mg B．54 mgC．108 mg D．216 mg
电化学计算 1．总体原则 电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 2．解题关键 (1)电极名称要区分清楚。 (2)电极产物要判断准确。 (3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。 3．计算方法 (1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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。 如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解6.5 g，Cu极上析出H22.24 L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu 6.4 g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。 (2)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 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。 [注意]在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×N A×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。
[典例] 以石墨电极电解200 mL CuSO 4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n (e － )与产生气体总体积V (标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是( ) A ．电解前CuSO 4溶液的物质的量浓度为2 mol·L － 1 B ．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c (H ＋ )＝2 mol·L － 1 C ．当n (e － )＝0.6 mol 时，V (H 2)∶V (O 2)＝3∶2 D ．向电解后的溶液中加入16 g CuO ，则溶液可恢复到电解前的浓度 [解析] 电解CuSO 4溶液时，阳极反应式为2H 2O －4e － ===O 2↑＋4H ＋ ，阴极反应式为Cu 2＋ ＋2e － ===Cu ，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H ＋ ＋2e － ===H 2↑。当转移0.4 mol 电子时，Cu 2＋恰好完全析出，n (Cu 2＋ )＝0.4 mol 2＝0.2 mol ，根据铜原子守恒得，c (CuSO 4)＝ c (Cu 2＋)＝0.2 mol 0.2 L ＝1 mol·L － 1，A 项错误；当转移0.4 mol 电子时，生成n (H 2SO 4)＝0.2 mol ， 随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c (H ＋ )＝0.2 mol ×20.2 L ＝2 mol·L － 1，B 项正确；当n (e － )＝0.6 mol 时，发生反应：2CuSO 4＋2H 2O=====电解 2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4、2H 2O=====电解 2H 2↑＋O 2↑，n (H 2)＝0.1 mol ，n (O 2)＝0.1 mol ＋0.05 mol ＝0.15 mol ，所以V (H 2)∶V (O 2)＝0.1 mol ∶0.15 mol ＝2∶3，C 项错误；因电解后从溶液中析出Cu 、O 2、H 2，所以只加入CuO 不能使溶液恢复到电解前的浓度，D 项错误。 [答案] B [解题方略] 电子守恒法的解题流程 (1)找出氧化剂(正极或阴极反应物质)、还原剂(负极或阳极反应物质)及相应的还原产物和氧化产物。 (2)根据相关信息，找准一个电极上原子或离子得失电子数(注意化学式中粒子的个数)。 (3)根据串联电路中各电极转移电子相等列出等式。 [过关训练] 1．500 mL NaNO 3和Cu(NO 3)2的混合溶液中c (NO － 3)＝6 mol·L － 1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体22.4 L(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 (Na ＋ )＝6 mol·L － 1 B ．电解后溶液中c (H ＋ )＝4 mol·L － 1
电化学计算 一．选择题（共1小题）溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的1．用铂作电极电解1000mL 0.1mol/L AgNO3）代表阿伏加德罗常数的值）（N质量减少了13.4g．下列有关叙述正确的是（A 0.1NA．电解过程中流经外电路的电子数目为A气体B．在标准状况下，两极共产生3.92L 为2（假设溶液体积不变）C．电解后溶液的pH CO可将溶液彻底复原D．加入13.8g Ag32 小题）二．解答题（共3．利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一．某研究小组设计了如下图2反应体系所示的循环系统实验光分解水制氢．反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，2+等可循环使用．Fe中I和2反应的离子方程式．和光催化反应池中、电解池（1）写出电解池B A 2+标准状况）B中生成Fe．的物质的量试计算电解池2（）若电解池A中生成3.36L H（，2和a mol/LHI浓度分别为若循环系统处于稳定工作状态时，3）电解池A中流入和流出的（3+（流量为单Qc mol/min，光催化反应生成Fe，循环系统中溶液的流量为的速率为b mol/L ．位时间内流过的溶液体积）．试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q 3．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义． （1）研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl，CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用．采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀．如将糊状AgO涂在被腐蚀部位，2AgO与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为．2（2）如图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意 图． ；）”c“或”b“或”a“（填图中字母腐蚀过程中，负极是①． ﹣环境中的Cl扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈②，其离子方程式为；OHCu（）Cl321﹣Cl （标准状况）），则理论上耗氧体积为．LM=214.5g③若生成4.29g Cu（OH）（?mol32，测得1HNO）3）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓中组
常用的电化学计算公式 (1) Cottrell 方程: 2 /12/12 /10)(t C nFAD t i π= 施加恒电势，即从无电化学反应的电势阶跃到发生电化学反应的电势，过程中电流与时间的变化关系。根据电流随时间的衰减规律可以判断电极过程的控制步骤；常用于测定溶液态物质的扩散系数或定量地研究修饰电极膜内的电荷传输过程。使用该方程必须满足半无限扩散的条件。 (2) Rendle-Sevcik 方程: C nFAD RT nF i p 2/12/14463.0ν??????= 半无限扩散的条件下的线性扫描可逆波方程式，表示了电流与电势扫描速度的关系。常用此方程测定物质的扩散系数或测定电极的电化学面积。 (3) Heyrovsky-Ilkovic 方程: ()()RT E E nF i i i 3.2log 2/1lim ?=? ????? 应用于扩散控制的可逆电化学反应，以E 对i i i ?lim lg 作图为一直线，由直线的斜率可以求得n 值。由直线在0lg lim =?i i i 时的截距可以求得E 1/2。 (4)Butler-V olmer 方程: ()()()? ?????????????Γ???????Γ=RT E E nF RT E E nF nFAk i R O s E ' 0'01exp exp αα 该式包括了电极反应动力学和热力学过程及其电化学性质以及各有关参数， 如电流(i )， E ，k s ，α以及浓度之间的关系。在特定的条件下，即平衡的情况（i =0），该式为Nernst 公式。 (5) Levich 方程: C nFA D i Lev 6/12/13/262.0γω= 对于可逆的电化学反应，使用旋转园盘电极，如果选择一定值范围且符合层流要求，可以得到稳态对流扩散过程。利用电流与ω1/2成正比，可以判断电极反应的控制步骤，还可利用I-ω1/2关系的斜率来估计反应电子数。 (6) Michaelis-Menten 方程: M cat cat K C C k nFA i +Γ= 此方程与酶促反应的动力学的表达形式一致，其应用条件要求酶促反应的速度比扩散过程慢，即催化电流受酶促反应的动力学控制，常用该方程求算米氏常数。
电解原理的有关计算 1.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液 一般为H 2SO 4 -H 2 C 2 O 4 混合溶液。下列叙述错误的是( ) A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 1.选C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al 2O 3 薄膜，即待加工 铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C 项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。 2.利用右图所示装置，以NH 3 做氢源，可实现电化 学氢化反应。下列说法错误的是( ) A．a电极为阴极 B．b电极反应式为2NH 3－6e－===N 2 ＋6H＋ C．电解一段时间后，装置内H＋数目增多 D．每消耗1 mol NH 3 ，理论上可生成1.5 mol ArOHR 2.选C。A项，由所示装置图可知，b电极上NH 3转化为N 2 ，所以b电极 为阳极，a电极为阴极，正确；B项，b电极的电极反应式为2NH 3－6e－===N 2 ＋6H ＋，正确；C项，a电极的电极反应式为＋6e－＋6H＋===3，结合b电极的电极反应式可知，电解过程中H＋数目不变，错误；D项，由两个电极的电极反
应式可得数量关系，所以每消耗 1 mol NH 3 ，理论上生成 1.5 mol ，正确。 3．按如图所示装置连接，X、Y均为惰性电极，常温下，当Zn极质量减少3.25 g时，X极生成气体840 mL(标准状况)，若此时烧杯中溶液的体积为500 mL，则此时烧杯中溶液的pH(不考虑生成气体溶于水及与溶液的反应)( ) A．11 B．12 C．13 D．14 3.选C。装置中若转移1 mol电子，如果全部生成氯气则有0.5 mol氯气生成，如果全部生成氧气则有0.25 mol氧气生成。现n(Zn)＝3.25 g÷65 g·mol－1＝0.05 mol，转移电子为0.1 mol，X极生成气体的物质的量为0.84 L ÷22.4 L·mol－1＝0.037 5 mol，说明生成气体为氯气和氧气的混合物，设生成x mol氯气，y mol氧气，则x＋y＝0.037 5，2x＋4y＝0.1，解之得x＝0.025， y＝0.012 5，由2NaCl＋2H 2O===== 电解 2NaOH＋H 2 ↑＋Cl 2 ↑，可知生成0.05 mol NaOH， 则c(OH－)＝0.1 mol·L－1，pH＝13。 4．将两个铂电极插入500 mL CuSO 4 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
电化学计算 一.选择题(共1小题) 1.用铂作电极电解1000mL 0、1mol/L AgNO3溶液,通电一段时间后关闭电源,测得溶液的质量减少了13、4g.下列有关叙述正确的就是(N A代表阿伏加德罗常数的值)() A.电解过程中流经外电路的电子数目为0、1N A B.在标准状况下,两极共产生3、92L气体 C.电解后溶液的pH为2(假设溶液体积不变) D.加入13、8g Ag2CO3可将溶液彻底复原 二.解答题(共3小题) 2.利用太阳光分解水制氢就是未来解决能源危机的理想方法之一.某研究小组设计了如下图所示的循环系统实验光分解水制氢.反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供,反应体系中I2与Fe2+等可循环使用. (1)写出电解池A、电解池B与光催化反应池中反应的离子方程式. (2)若电解池A中生成3、36L H2(标准状况),试计算电解池B中生成Fe2+的物质的量. (3)若循环系统处于稳定工作状态时,电解池A中流入与流出的HI浓度分别为a mol/L与b mol/L,光催化反应生成Fe3+的速率为c mol/min,循环系统中溶液的流量为Q(流量为单位时间内流过的溶液体积).试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q. 3.我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值与历史价值,但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复与防护具有重要意义. (1)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl,CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用.采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀.如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为. (2)如图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意图. ①腐蚀过程中,负极就是(填图中字母“a”或“b”或“c”); ②环境中的Cl﹣扩散到孔口,并与正极反应产物与负极反应产物作用生成多孔粉状锈
电化学的计算 1、能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。 (1)在25℃、101 kPa时，16 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ，则CH4燃烧的热化学方程式为_______________________________。 (2)已知： C(s)+O2(g)===CO2(g)；ΔH＝-437.3 kJ·mol-1 H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g)；ΔH＝-285.8 kJ·mol-1 CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)；ΔH＝-283.0 kJ·mol-1 则煤气化反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) 的焓变ΔH＝________kJ·mol-1。 （3）如下图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH4为负极，O2和CO2的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO4溶液的体积为200 mL。 ①甲装置中气体A为_____ （填“CH4”或“O2和CO2”），d极上的电极反应式为_____________。 ②乙装置中a极上的电极反应式为____________________________。若在a极产生112mL(标准状况)气体，则甲装置中消耗CH4________ mL (标准状况)，乙装置中所得溶液的pH=__________。（忽略电解前后溶液体积变化） ③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na2SO4·10H2O 晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为________(用含w、a的表达式表示，不必化简)。 答案 （1） CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.31kJ·mol-1 （2）131.5 （3）① CH4；O2+4e-+2CO2=2CO32- ②4OH- -4e- = O2↑+2H2O ；56 ；1 ③(w×142/322)/( w+18a)×100% 2、在如图用石墨作电极的电解池中，放入500mL含一种溶质的某蓝色硫酸盐溶液进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成。请回答下列问题 （1）请写出B极板的名称：____________电极反应式________________________写出电解时反应的总离子方程式________________________ （2）若当溶液中的原有溶质完全电解后，停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量、电极增重1.6g。电
有关电化学的定量计算 类型一 依据电子守恒，突破分阶段计算 根据电子守恒，用电极反应式计算 例1、500 mL NaNO 3和Cu(NO 3)2的混合溶液中c (NO － 3)＝0.3 mol ·L － 1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(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 (Na ＋)＝0.2 mol·L －1 B ．电解后溶液中c (H ＋)＝0.2 mol·L －1 C ．上述电解过程中共转移0.4 mol 电子 D ．电解后得到的Cu 的物质的量为0.1 mol 练习1、用石墨作电极电解200 mL CuSO 4溶液，电解过程中电子转移的物质的量n(e － )与产生气体的体积V(g)(标 准状况)的关系如图所示，回答下列问题： （1）电解前CuSO 4溶液的物质的量浓度为mol/L （2）电解后所得溶液中c(H ＋ )＝mol/L （3）当n(e － )＝0.6 mol 时，V(H 2)：V(O 2)＝ 类型二：依据总反应式，建立等量关系进行计算 （一）反应后溶液中氢离子浓度的计算 例2、将两个铂电极插入500 mL CuSO 4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 － 1C ．1×10－ 3 mol·L － 1 D ．1×10－ 7 mol·L － 1 练习2、两个惰性电极插入500 mL AgNO 3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H 2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mg 。 （二）解决溶液复原问题 例3、用惰性电极电解400 mL 一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后进行如下操作。 (1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO 后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH ，电解过程中转移的电子为________mol 。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH ，电解过程中转移的电子为________mol 。 练习3、如果向上述所得的溶液中加入0.1 mol Cu 2(OH)2CO 3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH ，电解过程中转移的电子为________mol 。 类型三 根据电子守恒，突破电池的“串联”计算 例4、甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。 如图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A 、B 、D 均为石墨电极，C 为铜电极。工作一段时间后，断开K ，此时A 、B 两极上产生的气体体积相同。 (1)甲中负极的电极反应式为________________。 (2)乙中A 极析出的气体在标准状况下的体积为________。 (3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L －1 NaOH 溶液。 巩固练习 1. 用惰性电极电解100 mL 4 mol·L － 1Cu(NO 3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L 。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe 2＋ 浓度为(设溶液的体积不变)( ) A ．0.75 mol·L － 1 B ．3 mol·L － 1C ．4 mol·L － 1 D ．3.75 mol·L － 1 2．用惰性电极电解2 L 0.5 mol/L 的硝酸银溶液，当在电路中通过0.1 mol 电子后，调换正、负极，电路中又通过了0.2 mol 电子，此时溶液pH 为(假设溶液体积不变)( ) A ．1 B ．2 C ．3 D ．无法确定 3.按如图所示装置进行电解实验，A 极是铜锌合金，B 极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。 通电一段时间后，若A 极恰好全部溶解，此时B 极的质量增加7.68 g ，溶液的质量增加0.03 g ，则铜锌合金中Cu 、Zn 原子的个数比为( ) A ．3∶1 B ．4∶1 C ．2∶1 D ．任意比 4．在如图所示的装置中，若通直流电5 min 时，铜电极质量增加2.16 g 。试回答下列问题。 (1)电源中X 电极为直流电源的________极。 (2)pH 变化：A ：________，B ：________，C ：________。 (填“增大”“减小”或“不变”) (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CuSO 4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)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)。
第1章 绪论 1.测得25℃时，0.001mol/L 氯化钾溶液中，KCl 的当量电导为141.3Scm 2/eq ，若作为溶剂的水的电导率为1.0?10-6S/cm ，试计算该溶液的电导率。 解：由N c 1000κ λ=得cm c N KCl KCl /S 103.1411000 001 .03.14110006-?=?==λκ 所以该溶液电导率cm KCl /S 103.142101.0103.1416-66--?=?+?=+=水溶液κκκ 0231.07 .39002.9)()(0=== HAc HAc λλα Microsoft Office Lite Edition 2003 3.在25℃时，将水中的一切杂质除去，水的电导率将是多少？25℃时水的离子积Kw=1.008?10-14。下列各电解质的极限当量电导分别为：λ0(KOH)=27 4.4Scm 2/eq ，λ0 (HCl)=436.04 Scm 2/eq, λ0 (KCl)=149.82 Scm 2/eq 。 解：水的极限当量电导是 eq KCl HCl KOH O H /Scm 62.55082.14904.4264.274)()()()(200020=-+=-+=λλλλ 由c H+c OH-=K w =1.008?10-14=c 2，得到水电离浓度L mol c N /10004.110008.1714--?=?= cm c O H N O H /S 1053.51000 10004.162.5501000)(87202 --?=??== λκ 5.扣除了水的电导率后得到18℃下饱和Cu(OH)2溶液的电导率为1.19?10-5S/cm ，试用此值计算该温度下Cu(OH)2在水中的溶度积Ks 。已知Cu(OH)2的摩尔电导为87.3Scm 2/mol 。 解：由N c 1000κλ=得L mol c N /10363.13.871019.11000100045--?=??==λκ 由Cu(OH)2?Cu 2++2OH - 得K s =c Cu2+c OH-=c(2c)2=4c 3=4? (1.363?10-4)3=1.01?10-11(mol/L)3 7. 25℃时，冲淡度为32L/eq 的醋酸溶液的当量电导为9.02Scm 2/eq 、该温度下HCl,NaCl,NaAc 的极限当量电导分别为426.2Scm 2/eq,126.5 Scm 2/eq 和91.0 Scm 2/eq 。试计算醋酸的离解常数。 解：醋酸的极限当量电导为 eq NaCl HCl NaAc HAc /Scm 7.3905.1262.4260.91)()()()(20000=-+=-+=λλλλ 醋酸电离度0231.07 .39002 .9)()(0=== HAc HAc λλα, 醋酸总浓度c(HAc)=(1/32)mol/L 离解常数52221071.10231 .01) 32/1(0231.0)()1()]([][]][[--+?=-?=-== HAc c HAc c HAc Ac H K c αα 3141 1AC 1BC x R G R R R R = ==?
电化学的综合计算 [知识梳理] 电化学的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量、根据产物的量求电荷量等等，不论哪类计算，均可采用下列三种方法： [知识探究] 方法一：依据电子守恒，突破分阶段计算 1．用惰性电极电解100 mL 4 mol·L－1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。停止电解，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)( ) A．0.75 mol·L－1 B．3 mol·L－1 C．4 mol·L－1 D．3.75 mol·L－1 2． 500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO－3)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(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(Na＋)＝0.2 mol·L－1 B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1 C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol 方法二、依据总反应式，建立等量关系进行计算 3．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．4×10－3mol·L－1 B．2×10－3mol·L－1 C．1×10－3mol·L－1 D．1×10－7mol·L－1 4．用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后进行如下操作。 (1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。 方法三：利用电子守恒，突破电化学多池“串联”的计算 5．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。 (1)电源中X电极为直流电源的________极。 (2)pH变化：A：________，B：________，C：________。(填“增大”“减小”或“不变”) (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)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 [知识落实] 6．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池，RFC工作原理如图。下列有关说法正确的是( ) A．当有0.1 mol电子转移时，a电极产生1.12 L O2(标准 状况下) B．b电极上发生的电极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ C．d电极上发生的电极反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．c电极上进行还原反应，B池中的H＋可以通过隔膜进入A池 7．某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验研究。 (1)利用下图装置探究金属的电化学腐蚀，接通电路发现灵敏电流计指针发生偏转，盐桥中K＋ 向________槽(填“a”“b”或“c”)移动。写出正极的电极反应___________________。 (2)如何检验a槽中生成的阳离子_____________________________________________