鲁科版高中化学选择性必修第一册第1章第3节第3课时“有膜”电解池题型的解题方法能力课课件

第3课时“有膜”电解池题型的解题方法(能力课)第1章化学反应与能量转化第3节电能转化为化学能——电解1．掌握有隔膜电解池的工作原理，知道隔膜在电解池中的应用。2．形成“有膜”

电解池的解题思路，增强发现问题解决问题的能力。学习任务

旧知回顾1．电解精炼或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极──阳极；电极质量增加的电极必为阴极。2．电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度不变。电解精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增加的质量不等于阳极减少的质量，溶液中c(Cu2+)减小。3．电解的计算，以电路中通过4mole－为桥梁构建关系式：4e－～

～

(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)。1．交换膜的功能及工作原理(1)功能：使离子选择性定向移动，目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷。探究要点典例导航(2)工作原理(以阳离子交换膜为例)：交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。2．离子交换膜的作用及意义(1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。(2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。(3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的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－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。3．有膜电解池试题的解题思路(1)确定电解池的阴、阳极：根据外接电源的正负极、电子流向、电极现象等确定电解池的阴、阳极。(2)根据交换膜的类型确定移动的离子及移动方向：①阳离子交换膜：只有阳离子由阳极移向阴极；②阴离子交换膜：只有阴离子由阴极移向阳极；③质子交换膜：只有氢离子由阳极移向阴极。(3)根据移动的离子书写判断电极反应式，判断溶液离子浓度、质量、pH的变化，判断电极产物等。

A．电池工作时，甲池、乙池用导线连接的顺序为a连c，b连dB．电池工作一段时间后甲池中pH减小C．乙池工作时，质子将从B电极室移向A电极室D．若B电极上转化1.5molCO2，则甲池中溶解4molAl

√

题后反思“串联”类电池的解题流程1．(双选)以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置如图所示，此装置工作时，下列有关说法不正确的是(

)A．乙池电极接电源负极，气体X为H2B．Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池C．NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小D．甲池电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑√√

2．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是(

)A．P极、Q极分别为阴极、阳极B．A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜C．a极上的反应为CH4－4e－＋4O2-===CO2＋2H2OD．理论上，a极消耗2.24L甲烷，P极产生0.4molCl2

√

√

知能反馈随堂评估√243题号1

243题号1

23题号14√

23题号14

23题号41√

23题号414．重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过)：243题号1

243题号1阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)2∶10.1mol[解析]

(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y，则钾原子的物质的量为2x＋2y，铬原子物质的量为x＋2y，依据两原子个数比为3∶2，可求出两物质的物质的量之比为2∶1；根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2mol，tmin后两物质的物质的量之比为2∶1，则铬酸钾为0.1mol，重铬酸钾为0.05mol，根据离子方程式可知，生成0.05mol的重铬酸钾的反应中转移电子为0.05×2mol＝0.1mol。243题号1一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求)1．我国科学家开发出了一种Zn－NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(

)课时分层作业(九)

“有膜”电解池题型的解题方法题号13524687A．电极电势：Zn/ZnO电极<MoS2电极B．Zn/ZnO电极的反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2OC．电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小D．电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极题号13524687C

[Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；正极区消耗的H＋源于双极膜解离出的H＋，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；电子流向：负极→负载→正极，D正确。]√2．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是(

)A．电极B连接电源正极B．A极区电解液为LiCl溶液C．阳极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．每生成1molH2，有1molLi＋通过该离子交换膜题号13524687√B

[由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于电极B生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液，A项错误，B项正确；阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1molH2，有2molLi＋通过该离子交换膜，D项错误。]题号135246873．双极膜(BP)是一种能将水分子解离成H＋和OH－的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂[Fe2(OH)n(SO4)3－n/2]m(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是(

)A．M为阴离子交换膜，乙为OH－B．电极a的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑C．电流密度过大，会使PFS产品含量降低D．若制得1mol[Fe(OH)SO4]3，理论上转移的电子为2mol题号13524687√D

[若制得1mol[Fe(OH)SO4]3，则有3molOH－进入到硫酸铁室中，理论上转移的电子为3mol，故D错误。]二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)4．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述不正确的是(

)题号13524687A．电极a为纯铜，电极b为粗铜B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区D．当电路中通过1mol电子时，可生成32g纯铜题号13524687BC

[由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为纯铜，电极b是阳极，为粗铜，A项正确；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1mol电子时，可生成0.5mol纯铜，其质量为32g，D项正确。]√√5．电渗析法是海水淡化的方法之一，具有选择性离子交换膜交错排列构成的多层式电渗析槽，其工作原理如图所示(a、b为不同离子交换膜)。下列有关说法错误的是(

)A．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜B．阴极区电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．X为淡盐水，Y为浓盐水D．该方法可得到副产品NaOH题号13524687√A

[根据题意，图中左侧是电解池的阳极，阴离子向左侧迁移，相反阳离子向右侧迁移，则a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，A项错误；阴极区电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；X为淡盐水，Y为浓盐水，C项正确；根据电解原理可知，该方法可得到副产品NaOH，D项正确。]题号135246876．某地海水中主要离子的质量浓度如下表，现利用“电渗析法”对海水进行淡化，技术原理如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法正确的是(

)题号13524687离子Na＋K＋Ca2+Mg2+质量浓度/(mg·L-1)9360832001100160001200118A．甲室的电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑B．淡化过程中易在戊室形成水垢C．乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为cD．当戊室收集到22.4L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2mol题号13524687√√

题号13524687三、非选择题7．(1)某学习小组将“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理(图示中的电极均为石墨)。图中，电解一段时间后，气球b中的气体是_____(填化学式)，U形管_____(填“左”或“右”)边的溶液变红。题号13524687H2右(2)二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。如图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。题号13524687①阳极产生ClO2的电极反应为_______________________________。②当阴极产生标准状况下112mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为________。Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋0.01mol[解析]

(1)根据图中电子流向可知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上水放电生成氢气，同时阴极附近产生NaOH。(2)①依据题干信息，阳极上Cl－被氧化为ClO2，根据得失电子守恒和电荷守恒可写出电极反应。②电极上得到或失去一个电子，电解质溶液中必然有一个Na＋通过阳离子交换膜，因此当阴极产生标准状况下112mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为0.01mol。题号135246878．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。如图是某氯碱工业生产原理示意图：题号13524687(1)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式：_________________________________________________________________________。