第1章　第2、3节复习课　第2课时　多池、多室装置的分析 课件(共37张PPT)-高中化学鲁科版选择性必修第一册

(共37张PPT)
第2课时　多池、多室装置的分析
第1章　第2、3节复习课　
1.了解离子交换膜的类型及作用(重点)。
2.掌握多池连接装置的形式及分析思路(重点)。
3.掌握电子守恒规律在电化学中的应用(难点)。
学习目标
离子交换膜与多室电化学装置工作原理分析
一
1.常见的离子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。
离子交换膜分为
(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜：只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜：只允许H＋通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离的产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
2.离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
例1
3.典例剖析
某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl，当电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少____ mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)____(填“>”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。
答案　2a　>
负极电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，原电池工作时，电路中转移a mol电子，则负极消耗a mol Cl－，形成闭合回路移向正极的n(H＋)为a mol，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2a mol离子；
正极区电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，生成n(HCl)＝a mol，所以交换膜右侧溶液c(HCl)增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)>1 mol·L－1。
(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
例2
下列说法错误的是
A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===
B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子为2 mol
C.充电时，电池总反应为 ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D.充电时，阳极溶液中OH－浓度升高
√
由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－=== ，A项正确；
放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子为2 mol，B项正确；
充电时阳极上发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

(1)写出阳极的电极反应式：__________________________________。
例3
答案　2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：___________________________
__________________________________________________________。
答案　阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________________。
多池连接装置的分析
二
1.一池两用
用如图所示装置进行实验：
(1)若开始时K与N连接，则构成原电池，铁棒上发生的电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋ ；石墨电极产生的现象为有无色气泡生成。
(2)若开始时K与M连接，则构成电解池，铁棒上发生的电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑；石墨电极产生的现象为有淡黄绿色气泡生成。一段时间后，溶液的pH增大。
(3)若用铝条和镁条分别代替图中的石墨和铁棒电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：_____________
_________________。
Al＋4OH－－
2.多池串联
判断电池类型
①有外接电源时，各电池均为电解池。
②无外接电源时，燃料电池、铅蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。
③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。
④根据电极反应现象判断。
例1
3.典例剖析
如图所示装置：

回答下列问题：
(1)甲池是______，乙池是将________能转化为______能的装置。
答案　原电池　电　化学
(2)写出甲、乙、丙池中各电极的电极名称和电极反应式。
答案　A极：负极，CH4－8e－＋10OH－=== ＋7H2O
B极：正极，O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Cu极：阳极，Cu－2e－===Cu2＋
Ag极：阴极，Cu2＋＋2e－=== Cu
Pt(Ⅰ)极：阳极，2Cl－－2e－=== Cl2↑
Pt(Ⅱ)极：阴极，Mg2＋＋2H2O＋2e－=== H2↑＋Mg(OH)2↓
氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置如图所示，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)
例2
A.A池为电解池，B池为燃料电池
B.c>a>b
C.X为Cl2，Y为H2
D.若生成标准状况下22.4 L X，则理
论上消耗标准状况下空气28 L
√
由图可知，A池左侧通入的精制饱和氯化钠溶液变为稀氯化钠溶液，则A池为电解池，生成X的一极为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则X为氯气，生成Y的电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，阴极附近氢氧根离子浓度增大，则Y为氢气，氢氧化钠溶液的浓度：a%>b%；
B池为燃料电池，B池中通入空气的电极为燃料电池的正极，空气中氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正极附近氢氧根离子浓度增大，则氢氧化钠溶液的浓度：c%>a%，通入氢气的一极为负极，碱性条件下氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，负极附近溶液的氢氧根离子浓度减小。
D项，若生成标准状况下22.4 L氯气，假定空气中氧气的体积分数为
20%，由得失电子守恒可知消耗标准状况下空气的体积为 ＝56 L，错误。
电化学计算的基本方法
三
1.电化学计算的基本方法
例1
2.典例剖析
如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
答案　负
铜电极增重，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝______________。
答案　0.025 mol·L－1
C中铜电极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子；由4e－～O2可知，B中阳极产生的O2只有0.005 mol，即112 mL；
但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即全部Cu2＋在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已被电解完；
由2e－～Cu2＋，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝ ＝
0.025 mol·L－1。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解5 min时溶液中仍有Cl－，则电解后溶液的c(OH－)＝__________________。
答案　0.1 mol·L－1
由得失电子守恒知，A中生成0.02 mol OH－，则c(OH－)＝ ＝0.1 mol·L－1。
例2
利用微生物电池除去废水中的乙酸钠和氯苯，其原理如图所示，下列说法正确的是
A.b极发生还原反应
B.该电池在高温下进行效率更高
C.a极的电极反应为C6H5Cl＋H＋－2e－===C6H6＋Cl－
D.当外电路中有0.3 mol e－转移时，通过质子交换膜的H＋个数为0.3NA
√
CH3COO－到CO2，C的化合价升高，发生氧化反应，所以b极为负极，A错误；
高温下，微生物不能存活，效率更低，B错误；
a极为正极，发生还原反应：C6H5Cl＋2e－＋H＋===C6H6＋Cl－，C错误；
通过质子交换膜的H＋为n(H＋)＝n(e－)＝0.3 mol，N(H＋)＝0.3NA，D正确。
1
2
3
1.用如图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极)，供选择的有4组电解液，要满足下列要求：①工作一段时间后A烧杯中OH－浓度增大；②b、c两极上反应的离子的物质的量相等，应选择的电解质溶液是
A.A烧杯NaOH溶液；B烧杯CuSO4溶液
B.A烧杯AgNO3溶液；B烧杯CuCl2溶液
C.A烧杯Na2SO4溶液；B烧杯AgNO3溶液
D.A烧杯NaCl溶液；B烧杯AgNO3溶液
自我测试
√
铂电极是惰性电极，工作一段时间后，电解Na2SO4溶液的实质是电解水，OH－浓度不变；电解AgNO3溶液时，生成Ag、O2和HNO3，H＋浓度增大，故B、C错误；
b是阳极，c是阴极，b、c两极上反应的离子的物质的量相等，若B烧杯是CuSO4溶液，c电极上消耗1 mol Cu2＋时转移2 mol电子，则b电极上消耗
2 mol OH－，不符合要求，A错误；
若A烧杯是NaCl溶液，B烧杯是AgNO3溶液，b电极上有1 mol Cl－被氧化时转移1 mol电子，同时c电极上有1 mol Ag＋被还原，且工作一段时间后，A烧杯的pH上升，B烧杯的pH下降，D正确。
自我测试
1
2
3
1
2
3
自我测试
2.有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为
A.4∶1 B.1∶1
C.4∶3 D.3∶4
√
1
2
3
自我测试
串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出电极上生成何种气体及生成一定物质的量该气体所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒判断气体体积之比。第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(H2和O2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。
3.(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是
1
2
3
自我测试
A.X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜
B.a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－
===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C.b极为正极
D.当电路中转移1 mol电子时，在b极室
可以生成40 g NaOH
√
自我测试
根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化，生成CO2和H＋，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则Y为阳离子交换膜，A、C正确；
1
2
3
自我测试
a极为负极，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；
当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol
Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。
1
2
3