人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应与电能电化学中隔膜的应用与串联电池分析课件

电化学中隔膜的应用与串联电池分析1.通过比较能够识别原电池、电解池，并能解决多池串联问题。2.了解含隔膜的电化学装置的原理及应用。3.深入理解电解原理中的守恒关系的应用。2习学目标3离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。近几年全国卷的高考中，涉及离子交换膜的试题较多，且常考常新，涉及离子交换膜的题目主要考查学生学以致用的能力，下面我们一起学习一下离子交换膜的应用。情境导入1．离子交换膜的种类

知识点一离子交换膜的应用2．交换膜的功能及工作原理(1)功能(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。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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。知识点一离子交换膜的应用3．离子通过隔膜的定量关系4．离子交换膜类型的判断(1)通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中电子转移数。(2)离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型：（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。知识点一离子交换膜的应用（2）根据溶液呈电中性,判断出离子移动的方向,从而确定离子交换膜的类型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。知识点一离子交换膜的应用

知识点一离子交换膜的应用1.微生物电解池(MEC)是一种新型的且能兼顾氢气或甲烷回收的废水处理技术,将电化学法和生物还原法有机结合,MEC具有很好的应用前景。微生物电化学产甲烷法的装置如图所示。下列有关说法正确的是(

)A.“产电菌”极的电势比“产甲烷菌”极的低B.该微生物电解池工作时将化学能转化为电能C.阴极的电极反应式为CO2+8e-+8H+===CH4+2H2OD.若产生1molCH4,理论上阳极室生成CO2的体积为44.8L单膜电解池及分析C练一练知识点一离子交换膜的应用2.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的,模拟装置如图所示。下列说法正确的是(

)A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4练一练C多膜电解池及分析知识点一离子交换膜的应用3.为适应可再生能源的波动性和间歇性,我国科学家设计了一种电化学装置,其原理如下图所示。当闭合K1和K3、打开K2时,装置处于蓄电状态;当打开K1和K3、闭合K2时,装置处于放电状态。放电时,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是(

)

双极膜电解池及分析A.蓄电时,碳锰电极附近溶液pH减小

C.放电时,每消耗1molMnO2,理论上有4molH+由双极膜向碳锰电极迁移D.理论上,该电化学装置运行过程中不需要补充H2SO4和KOHC练一练知识点一离子交换膜的应用(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤知识点一离子交换膜的应用(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。(3)定量关系外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。知识点一离子交换膜的应用(3)若用铝条和镁条分别代替图中石墨和铁电极，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)若开始时K与M连接，则构成______，铁棒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_____。(1)若开始时K与N连接，则构成______，铁棒发生的电极反应式为_______________；石墨电极产生的现象为_______________。1．一池两用用如图所示装置进行实验：原电池Fe－2e－===Fe2＋有无色气泡生成

电解池2H＋＋2e－===H2↑有淡黄绿色气泡生成增大知识点二多池串联分析2．多池串联(1)判断电池类型知识点二多池串联分析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、铅酸蓄电池等作电源，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。(2)常用解题步骤知识点二多池串联分析例：根据如图所示，回答下列问题(1)甲池是______，乙池是将___能转化为

能的装置。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。提示

A极：负极，CH4－8e－＋10OH－===＋7H2OB极：正极，2O2＋8e－＋4H2O===8OH－Cu极：阳极，Cu－2e－===Cu2＋Ag极：阴极，Cu2＋＋2e－===CuPt(Ⅰ)极：阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑Pt(Ⅱ)极：阴极，Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓知识点二多池串联分析4.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是A.当K闭合时，甲装置在电路中作电源B.当K断开时，乙装置锌片溶解，有氢气产生C.当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④D.当K闭合后，甲、乙装置中pH变大，丙装置中pH不变B练一练知识点二多池串联分析19有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法【课堂小结】

B

随堂训练

C随堂训练3.如图装置闭合电键时，电流表的指针将发生偏转。试回答下列问题：(1)A池是

，Zn的电极名称是

；B池是

，Pt的电极名称是

。原电池负极电解池阳极(2)写出下列有关反应：Zn极的电极反应式：

；Pt极的电极反应式：______________________。Zn－2e