2024-2025学年新教材高中化学第1章化学反应与能量转化微专题4“有膜”电解池题型的解题方法学案鲁科版选择性必修1

PAGEPAGE3微专题4“有膜”电解池题型的解题方法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。(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”上有很多带负电荷的基团，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”透过的缘由。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．离子交换膜的类型(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过；(2)阴离子交换膜：只允许阴离子通过；(3)质子交换膜：只允许质子通过。3．有膜电解池试题的解题思路(1)确定电解池的阴、阳极：依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)依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)依据移动的离子书写推断电极反应式，推断溶液离子浓度、质量、pH的改变，推断电极产物等。【例题】纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注。采纳离子交换膜限制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up8(通电))Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是()A．钛电极上发生氧化反应B．阳极旁边溶液的pH渐渐增大C．离子交换膜应采纳阳离子交换膜D．阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2OD[钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；依据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极旁边溶液的pH减小，B项错误、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O，则应采纳阴离子交换膜，C项错误。]离子交换膜的推断依据题给信息“采纳离子交换膜限制电解液中OH－的浓度制备Cu2O”，结合电极反应式：2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O，电解时OH－移动至阳极反应，应采纳阴离子交换膜。1．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3PO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－=B(OH)eq\o\al(－,4)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是()A．a与电源的正极相连接B．阳极的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．当电路中通过3mol电子时，可得到1molH3BO3D．B(OH)eq\o\al(－,4)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室C[与a相连的石墨为阳极，则a与电源的正极相连接，故A正确；阳极上水失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，故B正确；电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入阴极室，原料室中的B(OH)eq\o\al(－,4)通过阴膜进入产品室，故D正确；阳极室中氢离子通过阳膜进入产品室，理论上每生成1molH3BO3，须要1molH＋、1molB(OH)eq\o\al(－,4)，故须要转移1mol电子，故C错误。]2．用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如图所示。下列说法错误的是()A．阳极主要发生反应：Fe2＋－e－=Fe3＋B．可用高纯铁电极作阴极C．电解液中的SOeq\o\al(2－,4)由右向左通过阴离子交换膜D．电解法制备高纯铁总反应：3Fe2＋eq\o(=,\s\up8(通电))Fe＋2Fe3＋C[依据图中信息可知，阳极亚铁离子失电子产生铁离子，发生的电极反应为Fe2＋－e－=Fe3＋，选项A正确；可用高纯铁电极作阴极，阴极上亚铁离子得电子产生铁单质析出在高纯铁电极上，选项B正确；电解池中阴离子SOeq\o\al(2－,4)定向移动到阳极，故由左向右通过阴离子交换膜，选项C错误；电解法制备高纯铁阳极电极反应式为2Fe2＋－2e－=2Fe3＋，阴极电极反应式为Fe2＋＋2e－=Fe，总反应为3Fe2＋eq\o(=,\s\up8(通电))Fe＋2Fe3＋，选项D正确。]3．重铬酸钾又名红矾钾，是化学试验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采纳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)：制备原理：2CrOeq\o\al(2－,4)(黄色)＋2H＋=Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙色)＋H2O。(1)通电后阳极室产生的现象为____________________________；其电极反应式是________________________________________________________________。(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrOeq\o\al(2－,4)＋4H2O=2Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋4OH－＋2H2↑＋O2↑，若试验起先时在右室中加入38.8gK2CrO4，tmin后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2，则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为________；此时电路中转移电子的物质的量为________。[解析](1)阳极发生氧化反应，溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)干脆设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；依据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2mol，又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