2020-2021高中化学鲁科版选择性1学案：第1章 微专题4“有膜”电解池题型的解题方法

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年高中化学新教材鲁科版选择性必修1学案：第1章微专题4“有膜”电解池题型的解题方法微专题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：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.【例题】纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注.采用离子交换膜控制电解液中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．阳极附近溶液的pH逐渐增大C．离子交换膜应采用阳离子交换膜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；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O,消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B项错误、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O,则应采用阴离子交换膜，C项错误。］离子交换膜的判断根据题给信息“采用离子交换膜控制电解液中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，应采用阴离子交换膜。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，需要1molH＋、1molB(OH）eq\o\al（－，4)，故需要转移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[根据图中信息可知,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）：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↑，若实验开始时在右室中加入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)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,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0.05mol，根据化学方程式可知,生成0。05mol的重铬酸钾的反应中转移电子为0.05×2mol.[答案](1)阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变