05发展素养(十一)模型认知-电化学中的“多池”与“多室”【正文】听课手册

发展素养(十一)模型认知——电化学中的“多池”与“多室”多池串联电化学装置及分析1.电解池的串联模型及分析(1)A、B为两个串联电解池,相同时间内,通过各个电极的电子数相等。(2)电极名称:Zn、Cu2电极是阳极,Fe、Cu1电极是阴极。(3)电极反应式:Zn电极反应式为Zn-2e-Zn2+,Fe电极反应式为2H++2e-H2↑。2.原电池与电解池的串联模型及分析(1)装置中无外加直流电源时,一般情况下,两极金属的活动性相差较大的电池(或燃料电池)为原电池,其余为电解池。(2)图甲中,A为原电池,Zn是负极,Cu1是正极;B是电解池,Fe是阴极,Cu2是阳极。(3)图乙中通入O2的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,b电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。3.解答电池串联问题的思维流程例1[2025·天津部分区重点校调研]某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行电解饱和食盐水,如图所示。有关说法正确的是 ()A.燃料电池工作时,通入甲烷电极的电极反应式为CH4+2H2O-8e-CO2+8H+B.闭合开关K后,b电极上有Cl2生成C.若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况),且反应完全,理论上最多能产生氯气的体积为8L(标准状况)D.电解饱和食盐水总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑变式题1[2025·河北邢台名校联盟联考]利用氢氧燃料电池,以镍、铁作电极电解NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4,其在浓碱中稳定存在)的装置如图所示。已知固体电解质是掺杂Y2O3的ZrO2晶体,在高温下能传导O2-。下列说法正确的是 ()A.电极b的电极反应为H2-2e-2H+B.电极d材料是铁电极,电极反应为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2C.理论上,固体电解质中每迁移0.3molO2-,可以制得16.6gNa2FeO4D.为提高Na2FeO4的产率,应使用阳离子交换膜变式题2[2025·浙江名校协作体联考]浓差电池指利用两极电解质溶液中浓度不同引起的电势差放电。实验室利用浓差电池实现电解丙烯腈(CH2CHCN)合成己二腈[NC(CH2)4CN],装置如图所示(实验前,隔膜两侧溶液均为100mL,铜电极质量均为100g)。下列说法不正确的是 ()A.Cu(2)极为负极,其电极反应为Cu-2e-Cu2+B.隔膜为阴离子交换膜C.上述装置理论上可制备0.4mol己二腈D.生成己二腈的电极反应式为2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN“多室”电化学装置及分析1.离子交换膜的分类与作用2.含膜电化学装置的思路分析例2[2024·北京朝阳区三模]利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH,用于捕集烟气中的CO2,制备NaHCO3。电解原理如图所示:已知:双极膜为复合膜,可在直流电的作用下,将膜间的H2O解离,提供H+和OH-。下列说法正确的是 ()A.阴极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-B.Ⅰ为阴离子交换膜,Ⅱ为阳离子交换膜C.电路中转移2mol电子时共产生2molNaOHD.该装置总反应的方程式为4H2O2H2↑+O2↑+2H++2OH-变式题1[2024·广东韶关一模]我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合,实现协同转化。协同转化装置如图所示。在电场作用下,双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+,并向两极迁移。下列分析正确的是 ()A.双极膜的a侧应为阳离子交换膜,b侧为阴离子交换膜B.每脱除标准状况下11.2L的SO2,双极膜处有2mol的H2O解离C.反应过程中不需补加稀H2SO4D.协同转化的总反应为SO2+O2+2H2OH2O2+H2SO4变式题2用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是()A.阴极与阳极产生气体的体积比为1∶2B.b极的电极反应式为2H2O-2e-O2↑+4H+C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-B(OH)4D.每增加1molH3BO3产品,NaOH溶液质量增加22g多池与多室中的电子守恒计算1.根据总反应式计算先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。2.根据电子守恒计算(1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。(2)用于混合溶液中电解的分阶段计算。3.根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)例3[2024·河北石家庄联考]我国科学家采用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂,通过电解法将CO2转化为乙烯,装置示意图如图所示。已知:电解效率η(B)=n(生成B下列说法正确的是 ()A.电极a上有O2产生B.电极b连接电源的负极C.单原子Ni催化剂上发生反应:CO2+2H2O+2e-CO+2OH-D.若乙烯的电解效率为75%,电路中每通过10mol电子,产生0.625mol乙烯变式题1[2024·湖南衡阳三校联考]氯碱工业是高耗能产业,将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能,装置如图所示,下列叙述错误的是(注:假定空气中氧气的体积分数为20%) ()A.A池为电解池,B池为燃料电池B.c>a>bC.X为Cl2,Y为H2D.若生成标准状况下22.4LX,则理论上消耗标准状况下空气28L变式题2[2025·广东广州铁一中学检测]一种自生酸和碱的电化学回收体系如图所示。PO表示H2PO4-等含磷微粒,HAP为Ca10(PO4)6(OH)2(M=1004g·mol-1)