第四章 第一、二节提升课 第2课时　电化学计算模型　多池、多室装置

第2课时电化学计算模型多池、多室装置[核心素养发展目标]1.掌握电子守恒规律在电化学中的应用。2.掌握多池连接装置的形式及分析思路。3.了解离子交换膜的类型及其作用。一、电化学计算模型1．电化学常涉及的计算问题原电池和电解池的计算常涉及两极产物定量计算，电路中转移电子数的计算、溶液pH的计算、电解前后电极或电极区质量的差值计算等。2．电化学计算模型1．500mLKCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2＋)＝0.2mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两电极均收集到5.6L(标准状况下)气体，假设电解后溶液的体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．原混合溶液中c(Cl－)＝0.3mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.5mol电子C．电解得到的无色气体与有色气体的体积比为7∶3D．阳极收集到的气体为Cl2和O22．把两支惰性电极插入500mL硝酸银溶液中，通电电解。当电解质溶液中c(H＋)从10－6mol·L－1变为10－3mol·L－1时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是()A．27mg B．54mgC．108mg D．216mg3．(2023·重庆南开中学高二期中)光电池在光照条件下可产生电流，如图装置可以实现光能源的充分利用，双极膜可将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法不正确的是()A．该装置可利用光能实现水的分解B．光照过程中阴极区溶液的pH变小C．再生池中的反应为2V2＋＋2H＋催化剂,2V3＋＋H2↑D．电路中每有2mol电子通过，阳极区溶液质量增加2g二、多池装置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________，铁棒上发生的电极反应式为________________________________________________________________________；石墨电极产生的现象为____________________________________________________。(2)若开始时K与M连接，则构成________，铁棒上发生的电极反应式为_________________；石墨电极产生的现象为_________________，一段时间后，溶液的pH________。(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：_________________________________________________________。2．多池串联如图所示装置：回答下列问题：(1)甲池是______，乙池是将________能转化为______能的装置。(2)写出甲、乙、丙池中各电极的电极名称和电极反应式。______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．多池装置的解题模型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烧杯的pH上升，B烧杯的pH下降；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2．某兴趣小组设计如图所示实验装置，两个相同的玻璃管中盛满NaCl稀溶液(滴有酚酞)，闭合S1一段时间后，两极均有气泡产生，Cu电极一侧液面比C电极一侧的低；断开S1，闭合S2，电流表指针发生偏转。下列叙述正确的是()A．闭合S1时，Cu电极产生气泡的原因为2Cl－－2e－=Cl2↑B．闭合S1时，若铜电极接直流电源的正极，两极均有气泡产生C．断开S1、闭合S2时，C电极作负极D．断开S1、闭合S2时，Cu电极上发生反应：H2－2e－＋2OH－=2H2O3．如图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加2.16g。试回答下列问题：(1)电源中X极是__________(填“正”或“负”)极。(2)通电5min时，B中共收集到224mL(标准状况)气体，溶液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝______________。(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液的pH＝________(Kw＝1.0×10－14)。三、多室装置——离子交换膜的作用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。3．典例剖析例1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amol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“＝”)1mol·L－1(忽略溶液体积变化)。例2(2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋例3H3PO2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：__________________________________________________。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：__________________________________________。(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_____________________________________。1．(2023·山东师大附中期中)科研人员发明了一种Al­PbO2电池，通过X和Y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域，电解质分别为KOH、K2SO4、H2SO4，结构示意图如图(已知a＞b)。该电池放电时，下列说法错误的是()A．R区K2SO4浓度逐渐减小B．K＋通过X膜由M区移向R区C．N区电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2OD．每消耗1.8gAl，N区电解质溶液减少19.2g2．(2023·苏州高二月考)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()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1mol电子时，在b极室可以生成40gNaOH3．科学家近年发明了一种新型Zn­CO2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