备战2025届新高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第33讲多池或多室电化学装置及分析课件

这是一份备战2025届新高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第33讲多池或多室电化学装置及分析课件，共45页。PPT课件主要包含了课标指引，目录索引，素养发展进阶，必备知识•梳理，原电池，电解池，关键能力•提升，平衡电荷，闭合回路等内容，欢迎下载使用。

1.结合实例,掌握多池串联装置、多室电解装置的分析方法。2.了解离子交换膜的分类及特点,掌握离子交换膜的判断方法及作用。
考点一　多池串联装置及分析
考点二　离子交换膜电解池
1.电解池的串联装置
(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)Zn电极反应式为_______________,Fe电极反应式为________________。
Zn-2e-══ Zn2+
2H++2e- ══H2↑
2.原电池与电解池的串联装置
(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________,其余为________。 (2)图甲和图乙中,A均为原电池,B均为电解池。图乙中通入O2的电极反应式为____________________,b电极反应式为_______________________。
O2+4H++4e-══ 2H2O
2H2O+2e-══ H2↑+2OH-
[对点训练1] 下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是(　　)
解析 当X为MgSO4时,b极上生成H2,电极质量不增加,A错误;X为FeSO4,Y为Al2(SO4)3,b、d极上均产生气体,C错误;X为CuSO4,Y为AgNO3时,b极上析出Cu,d极上析出Ag,其中d极增加的质量大于b极增加的质量,D错误。
考向2 原电池和电解池的串联及分析例2(2022·山东卷,13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法错误的是(　　)
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐减小B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸C.乙室电极反应式为LiCO2+2H2O+e-═Li++C2++4OH-D.若甲室C2+减少200 mg,乙室C2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
[对点训练2] 我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(装置如图甲所示),既能实现乙炔加氢又能发电;同时开发新型催化剂,实现CO2电催化加氢制备C3H6(装置如图乙所示)。下列说法错误的是(　　)
A.甲、乙两装置相互连接时,a口应接c口B.离子交换膜M与N不能选择相同的交换膜C.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2O═C2H4+2OH-D.甲、乙两装置相互连接时,理论上每消耗1 ml CO2,b极质量增大48 g
解析 甲装置中,Zn被氧化,所以b电极为负极,a电极为正极;乙池中d电极上H2O被氧化为O2,所以d电极为阳极,c电极为阴极,与电源负极相连,即与b口相连,A错误;装置甲中通过氢氧根迁移来平衡电荷,离子交换膜为阴离子交换膜,装置乙中通过氢离子迁移平衡电荷,为质子交换膜,B正确;a电极上C2H2被还原为C2H4,根据电子守恒、元素守恒可得电极反应为C2H2+2e-+2H2O═C2H4+2OH-,C正确;c电极上的反应为3CO2+18e-+18H+═ C3H6+6H2O,b电极的反应为Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2O,增重为O原子的质量,消耗1 ml CO2转移6 ml电子,b电极上增重3 ml O原子的质量,即48 g,D正确。
1.离子交换膜的种类
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)能选择性地通过离子,起到________________、形成________________的作用。 3.离子交换膜的应用
A.直流电源为铅酸蓄电池时,Pb极连接Y电极B.Y电极发生还原反应C.当产生14 g N2时,有6 ml H+跨膜而过D.阳极电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+
[对点训练1] (2023·广东汕尾统考)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
考向2 多膜电解池及分析例2(2021·广东卷)钴(C)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(　　)
考向3 双极膜电解池及分析例3(2023·广东实验中学检测)可充电水系Zn-CO2电池用锌和催化剂材料作两极,电池工作示意图如图所示,其中双极膜是由阳膜和阴膜制成的复合膜,在直流电场的作用下,双极膜复合层间的H2O电离出的H+和OH-可以分别通过膜移向两极。下列说法不正确的是(　　)
A.放电时,电极a为负极,发生氧化反应B.放电时,b极的电极反应为CO2+2H+-2e-═HCOOHC.充电时,若电路中通过1 ml e-则有0.5 ml HCOOH转化为CO2D.充电时,阴极区溶液pH增大
解析 由图可知,a极为负极,Zn失电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-═Zn2+,b极为正极,发生还原反应,电极反应式为CO2+2H++2e-═HCOOH,双极膜复合层间的H2O电离出的H+通过膜移向b极,OH-通过膜移向a极,充电时a极为阴极,电极反应式为Zn2++2e-═Zn,b极为阳极,电极反应式为HCOOH-2e-═CO2+2H+。由分析可知,放电时,a极为负极,Zn失电子发生氧化反应,A正确;放电时,b极为正极,发生还原反应,电极反应式为CO2+2H++2e-═HCOOH,B错误;由分析可知,充电时b极电极反应式为HCOOH-2e-═CO2+2H+,若电路中通过1 ml e-,则有0.5 ml HCOOH转化为CO2,C正确;充电时,a极为阴极,电极反应式为Zn2++2e-═Zn,阴极区溶液pH增大,D正确。
A.电极N连接直流电源的负极B.电解一段时间后,硫酸溶液浓度降低C.电极M上的主要反应为I--2e-+2OH-═IO-+H2OD.每制备1 ml三碘甲烷,理论上双极膜内解离180 g H2O
解析 由图可知,该装置为电解池,氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气,双极膜中氢离子向阴极移动,电极N为电解池的阴极,与直流电源的负极相连,碱性条件下碘离子在阳极失去电子发生氧化反应生成次碘酸根离子,电极M为阳极,次碘酸根离子与乙醇反应生成三碘甲烷、碳酸根离子、碘离子、氢氧根离子和水,双极膜中氢氧根离子向阳极移动。由分析可知,电极N为电解池的阴极,与直流电源的负极相连,A正确;氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气,双极膜中氢离子向阴极移动,则电解一段时间后,阴极区硫酸浓度不变,B错误;电极M为阳极,碱性条件下碘离子在阳极失去电子发生氧化反应生成次碘酸根离子,电极反应式为I--2e-+2OH-═IO-+H2O,C正确;由得失电子数目守恒可知,每制备1 ml三碘甲烷,需要消耗5 ml次碘酸根离子,外电路转移10 ml电子,则理论上双极膜内解离180 g水, D正确。
思维建模1.分析“多室”电解池类题目的思维流程
2.判断离子交换膜种类的方法(1)判断离子交换膜的用途是制取物质,还是避免电极产物之间发生反应。(2)根据电解质溶液呈电中性的原则,判断离子交换膜的种类。明确电极反应及产物,写出阴、阳极上的电极反应式。(3)依据电极反应式判断该电极附近剩余哪种离子,考虑交换膜的用途,结合溶液呈电中性的原则,判断离子移动的方向,确定离子交换膜的种类。
进阶1 练易错·避陷阱1.(2023·广东广州检测)近期,我国科学家提出了一种双极膜硝酸盐还原工艺,原理如图。双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,在外加直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是(　　)
2.如图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2═N2+2H2O,下列关于该装置工作时的说法正确的是(　　)
A.该装置工作时,Ag电极上有气体生成B.甲池中负极反应式为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3.2 g N2H4时,乙池中理论上最多产生6.4 g固体
进阶2 练热点·提素能3.(2023·广东省实验中学三模)如下所示电解装置中,通电后Fe2O3逐渐溶解,装置温度升高,下列判断错误的是(　　)
A.a是电源的负极B.通电一段时间后,石墨电极Ⅱ附近可能收集到一种能使澄清石灰水变浑浊的气体C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大D.当0.01 ml Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
4.(2023·山西忻州一模)镍离子(Ni2+)和钴离子(C2+)性质相似,工业上可通过电化学装置将废水中的C2+和Ni2+分离,装置如图。已知C2+和乙酰丙酮不反应,下列说法错误的是(　　)
A.膜a为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜B.通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大C.Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3COCH2COCH3+2OH-═Ni(CH3COCHCOCH3)2+2H2OD.通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体,双极膜内减少18 g H2O
解析 根据电解池中离子移动方向,左侧石墨M为阳极,右侧石墨N为阴极,Ⅱ室为原料室,膜b为阳离子交换膜,C2+、Ni2+进入Ⅲ室,C2+和乙酰丙酮不反应,Ni2+和乙酰丙酮反应。膜a为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜,A正确;石墨N为阴极,2H++2e-═H2↑,Ⅳ室内消耗的H+与转移来的H+相等,故硫酸浓度不变,B错误;由题中信息可知,Ⅲ室中Ni2+参与的反应为Ni2++2CH3COCH2COCH3+2OH-═Ni(CH3COCHCOCH3)2+2H2O,C正确;通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体,即0.5 ml H2,透过双极膜H+ 1 ml,双极膜内减少18 g H2O,D正确。
进阶3 研真题·明考向5.(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x ml·h-1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h-1
解析 该装置工作时,b电极连接电源负极为阴极,电极上放出H2:2H2O+2e-═H2↑+2OH-,A正确;阳极无Cl2生成且KOH溶液浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-═O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,则离子交换膜为阴离子交换膜,B正确;电解的本质是电解水,而KOH浓度不变,PTFE膜不透液态水,则通过PTFE膜的水应为动能高的水分子(透汽),C正确;由电池总反应2H2O═2H2↑+O2↑可知,每生成1 ml H2要消耗1 ml H2O,电解生成H2的速率为x ml·h-1,故海水为电解池补水的速率为x ml·h-1,D错误。
6.(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图),可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-,有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　)
A.电解总反应:KNO3+3H2O═NH3·H2O+2O2↑+KOHB.每生成1 ml NH3·H2O,双极膜处有9 ml的H2O解离C.电解过程中,阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构可提高氨生成速率