化学课件（通用版）第21讲多池多室的电化学装置

第21讲多池、多室的电化学装置复

习

目

标1．掌握多池连接的分析应用；2.了解离子交换膜的分类及特点；3.理解离子交换膜在装置中的作用；4.熟悉电化学综合计算中的常用方法。考点一多池串联的模型及原理分析必备知识整理1.有外接电源电池类型的判断方法有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如图：则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。2．无外接电源电池类型的判断方法(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，甲池为原电池，其余为电解池。(2)根据电池中的电极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个金属电极一个碳棒电极；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。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。[思维建模]串联电路的解题流程对点题组训练1.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是（）A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu答案：A解析：电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，因此，装置①、②与盐桥形成的原电池中Al作负极，Ⅱ作正极，装置③中Ⅲ是阳极，Ⅳ是阴极。A项，电流是从正极沿导线流向负极，即电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，正确；B项，电极Ⅰ的电极反应式为Al－3e－===Al3＋，发生氧化反应，错误；C项，电极Ⅱ是正极，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，故电极Ⅱ质量逐渐增大，错误；D项，电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误。2．一种用铅蓄电池进行电絮凝净水装置如图所示，回答下列问题：

PbO2X

Al－3e－===Al3＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

考点二离子交换膜在电化学装置中的应用必备知识整理1.离子交换膜的种类阳离子交换膜只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过阴离子交换膜只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过质子交换膜只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过双极膜由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阴膜和阳膜，作为H＋和OH－的离子源2.离子迁移方向的判断（1）离子从“生成区”移向“消耗区”以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。右侧：通入CO2，生成HCOOH，发生还原反应，多孔锡作阴极，电极反应为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗从左侧迁移过来的H＋。左侧“Pt片”作阳极，水电离产生的OH－放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。离子移动方向：H＋通过阳离子交换膜从左侧移向右侧。

（3）离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极。

对点题组训练题组一

“隔膜”在新型电池中的应用1．2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是（）A．放电时，B电极反应式：I2＋2e－===2I－B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜D．充电时，A极增重65g时，C区增加的离子数为4NA答案：C解析：放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A项正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以电解质储罐中的离子总浓度增大，B项正确；离子交换膜的作用是防止I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋，正极区生成I－，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C项错误；充电时，A极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65g，转移2mol电子，所以C区增加2molK＋、2molCl－，离子总数为4NA，D项正确。2．二甲醚（CH3OCH3）燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是（）A．该装置能实现化学能100%转化为电能B．电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极C．a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋D．当b电极消耗22.4LO2时，质子交换膜有4molH＋通过答案：C

答案：B

4．某科研小组研究采用BMED膜堆（示意图如下），模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜（A、D）。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是（）A．电极a连接电源的正极B．B为阳离子交换膜C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生D．Ⅱ口排出的是淡水答案：B解析：根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。特别提醒（1）含离子交换膜电化学装置题的解题步骤（2）在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子（或分子）的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。考点三电化学原理的相关计算必备知识整理1.计算类型原电池和电解池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的计算。产物的量与电量关系的计算等。2．电化学计算的三种方法如以电路中通过4mole－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）该关系式具有总揽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。特别提醒（1）电化学计算中，常利用Q＝I·t和Q＝n（e－）·NA××10－19C来计算电路中通过的电量。（2）串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电池计算的根本依据。对点题组训练题组一根据总反应式建立等量关系进行计算1．常温下，用铂作电极电解1L1mol·L－1的氯化钠溶液，当收集到1.12L氯气（标准状况）时，溶液的pH约为（不考虑气体溶解，忽略溶液体积变化）（）A．1

B．7

C．13

D．14答案：C

2．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通过一定时间后，某一电极增重0.064g（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－1B．2×10－3mol·L－1C．1×10－3mol·L－1D．1×10－7mol·L－1答案：A

题组二“膜电池”中膜两侧溶液质量变化的计算3．氨硼烷（NH3·BH3）电池装置如图所示（起始未加入氨硼烷之前，两极室内液体质量相等），该电池工作时的总反应为NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。

答案：B

4．如某甲醇燃料电池的工作原理如图所示，质子交换膜（只有质子能够通过）左右两侧的溶液均为1L2mol·L－1H2SO4溶液。当电池中有1mol电子发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为

g（假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。12解析：根据电极反应式，结合电子守恒法和差量法进行计算。通入甲醇的一极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

Δm

6mol

44g－32g＝12g

1mol

2g通入氧气的一极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O

Δm4mol

32g1mol

8g1mol电子发生转移时，左侧还有1molH＋穿过质子交换膜进入右侧，即左侧减少1gH＋，右侧增加了1gH＋，故Δm左(减少)＝3g，Δm右(增加)＝9g。两侧溶液的质量之差为Δm右(增加)＋Δm左(减少)＝9g＋3g＝12g。题组三依据电子守恒，突破“串联电池”计算5．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5%NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100g10%K2SO4溶液，电极均为石墨电极。（1）接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则①电源的N端为

极；②电极b上发生的电极反应为_______________________；③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为

L；④电解前后丙中溶液的pH

（填“增大”“减小”或“不变”）。（2）乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：

.（填“能”或“不能”），原因是___________________________________________________。正4OH－－4e－===O2↑＋2H2O不变能CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，实质电解水

6．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，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”），通入CH3OH电极的电极反应式为___________________________________。（2）乙池中A（石墨）电极的名称为

（填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”），总反应式为__________________________________。原电池

阳极

（3）当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为

mL（标准状况下），丙池中

极析出

g铜。（4）若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将

（填“增大”“减小”或“不变”，下同）；丙中溶液的pH将

。280D减小增大

新

情

境

新

高

考离子交换膜在电解中的应用硼酸溶于水、酒精、甘油、醚类及香精油中，水溶液呈弱酸性。大量用于玻璃工业，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短熔融时间；H3BO3可以通过电解NaB（OH）4溶液的方法制备，其工作原理如图：[问题探究]（1）请书写M室发生的电极反应式。__________________________________________________________（2）比较N室中a%和b%的大小关系。____________________________________________________________________________________________________________________2H2O－4e－===O2↑＋4H＋a%<b%。N室为阴极室，溶液中水电离出的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%<b%。（3）b膜为哪种离子交换膜？___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（4）理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下气体的体积是多少？__________________________________________________________________________________________________________________

11.2L。每生成1mol产品，转移电子1mol，阴极室生成0.5mol氢气，其标准状况下为11.2L。本讲真题研练1．[2022·山东卷]（双选）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。下列说法正确的是（）A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大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：BD2.[2021·全国乙卷]沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。下列叙述错误的是（）A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需