高中化学选择性必修1《化学反应原理》第4章第1、二节提升课　第2课时-电化学计算模型　多池、多室装置学案

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.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.216mg2.500mLKCl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3∶7D.阳极收集到的气体为Cl2和O2二、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.如图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，下列说法正确的是()A.该装置工作时，乙池中石墨电极上有红色固体析出B.甲池中负极反应为N2H4-4e-=N2+4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均减小D.当甲池中消耗0.1molN2H4时，乙池中理论上最多产生6.4g固体2.(2025·大同高二期末)如图所示的电解装置，通电一段时间后，发现C端变为蓝色。下列说法正确的是()A.F为电源负极B.甲池中铁电极反应：Fe-2e-=Fe2+C.电子流向：E→D→C→FeD.通电一段时间后，乙池中出现蓝色沉淀3.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。类别作用阳离子交换膜只允许阳离子通过，不允许阴离子通过阴离子交换膜只允许阴离子通过，不允许阳离子通过质子交换膜只允许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，水解离的产物H+和OH-可在电场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++2H2O2Co+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.科研人员发明了一种Al⁃PbO2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浓度逐渐增大B.K+通过X膜由M区移向R区C.N区电极反应为PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2HD.每消耗1.8gAl，N区电解质溶液减少19.2g2.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.(2024·辽阳期末)香港城市大学、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳大学合作，证明了TiO2纳米片在酸性条件下具有本征差的析氢活性，展现出快速选择性地将硝酸根离子还原为氨的催化性能。下列有关装置放电过程(如图所示)的叙述错误的是()A.电子由a极经用电器流向b极B.a极为负极，b极发生还原反应C.b极上的电极反应式为NO3-+8e-+6H2O=NH3D.a极质量减少2.6g时，双极膜中有0.08molH+向a极区迁移答案精析一、应用体验1.B2.D[阳极Cl-先放电，然后是H2O电离出的OH-放电，即2Cl--2e-===Cl2↑，2H2O-4e-===O2↑+4H+；阴极Cu2+先放电，然后H+放电，即Cu2++2e-===Cu，2H++2e-===H2↑。结合两极均收集到5.6L(标准状况下)气体，则阴极收集到0.25molH2，原混合溶液中n(Cu2+)=0.2mol·L-1×0.5L=0.1mol，Cu2+放电共转移0.2mol电子，生成H2时转移0.5mol电子，故阴极共转移0.7mol电子。设阳极生成Cl2、O2分别为xmol和ymol，则x+y=0.25，2x+4y=0.7，解得x=0.15，y=0.1。根据Cl原子守恒，原混合溶液中含0.3molCl-，c(Cl-)=0.3mol0.5L=0.6mol·L-1，A错误；电解时得到的无色气体为H2和O2，物质的量为0.25mol+0.1mol=0.35mol，有色气体为Cl2，物质的量为0.15mol，则无色气体与有色气体的体积比为0.35mol∶0.15mol=7∶3，C错误。二、1.(1)原电池Fe-2e-===Fe2+有无色气泡生成(2)电解池2H++2e-===H2↑有淡黄绿色气泡生成增大(3)Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-2.(1)原电池电化学(2)A极：负极，CH4-8e-+10OH-===CO32-+7HB极：正极，O2+4e-+2H2O===4OH-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↓应用体验1.C2.D3.(1)负(2)0.025mol·L-1(3)13解析(1)铜电极增重，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。(2)C中铜电极增重2.16g，即析出0.02molAg，线路中通过0.02mol电子；由4e-~O2可知，B中阳极产生的O2只有0.005mol，即112mL；但B中共收集到224mL气体，说明还有112mL是H2，即全部Cu2+在阴极放电后，H+接着放电产生了112mLH2，则通过0.01mol电子时，Cu2+已被电解完；由2e-~Cu2+，可知n(Cu2+)=0.005mol，则c(CuSO4)=0.005mol0.2L=0.025mol·L-1。(3)由得失电子守恒知，A中生成0.02molOH-，则c(OH-)=0.02mol0.2L=0.1mol·L-1，三、例12a>解析负极电极反应式为Ag-e-+Cl-===AgCl，原电池工作时，电路中转移amol电子，则负极消耗amolCl-，形成闭合回路移向正极的n(H+)为amol，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2amol离子；正极区电极反应为Cl2+2e-===2Cl-，生成n(HCl)=amol，所以交换膜右侧溶液c(HCl)增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)>1mol·L-1。例2D[分析可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜后，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误。]例3(1)2H2O-4e-===O2↑+4H+(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3(3)PO43-H2PO2-(或H3跟踪训练1.D2.B[根据图示可知，在a极上CH3COO-失去电子被氧化，生成CO2和H+，碳元素化合价升高，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A、C正确；a