第3課時(shí)“有膜”電解池題型的解題方法(能力課)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第3節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解1．掌握有隔膜電解池的工作原理，知道隔膜在電解池中的應(yīng)用。2．形成“有膜”

電解池的解題思路，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。學(xué)習(xí)任務(wù)

舊知回顧1．電解精煉或電鍍時(shí)，電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極──陽極；電極質(zhì)量增加的電極必為陰極。2．電鍍時(shí)，陽極(鍍層金屬)失去電子的數(shù)目與陰極鍍層金屬離子得到電子的數(shù)目相等，因此電鍍液的濃度不變。電解精煉銅時(shí)由于陽極發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，陰極增加的質(zhì)量不等于陽極減少的質(zhì)量，溶液中c(Cu2+)減小。3．電解的計(jì)算，以電路中通過4mole－為橋梁構(gòu)建關(guān)系式：4e－～

～

(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)。1．交換膜的功能及工作原理(1)功能：使離子選擇性定向移動(dòng)，目的是平衡整個(gè)溶液的離子濃度或電荷。探究要點(diǎn)典例導(dǎo)航(2)工作原理(以陽離子交換膜為例)：交換膜上有很多微孔，“孔道”上有許多帶負(fù)電荷的基團(tuán)，陽離子可以自由通過“孔道”，由濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動(dòng)。陰離子移動(dòng)到“孔道”處，受到“孔道”帶負(fù)電荷基團(tuán)的排斥而不能進(jìn)入“孔道”中，因而不能通過交換膜。這就是“選擇性”透過的原因。其構(gòu)造與工作示意圖如圖所示：陰離子交換膜的構(gòu)造和工作原理與此相同，只不過是“孔道”中帶正電荷基團(tuán)而已。2．離子交換膜的作用及意義(1)隔離某些物質(zhì)，防止發(fā)生反應(yīng)，常用于物質(zhì)制備。(2)限制某些離子的移動(dòng)，常用于物質(zhì)制備及純化。(3)雙極膜：由一張陽膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽復(fù)合膜。該膜的特點(diǎn)是在直流電的作用下，陰、陽膜復(fù)合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源。3．有膜電解池試題的解題思路(1)確定電解池的陰、陽極：根據(jù)外接電源的正負(fù)極、電子流向、電極現(xiàn)象等確定電解池的陰、陽極。(2)根據(jù)交換膜的類型確定移動(dòng)的離子及移動(dòng)方向：①陽離子交換膜：只有陽離子由陽極移向陰極；②陰離子交換膜：只有陰離子由陰極移向陽極；③質(zhì)子交換膜：只有氫離子由陽極移向陰極。(3)根據(jù)移動(dòng)的離子書寫判斷電極反應(yīng)式，判斷溶液離子濃度、質(zhì)量、pH的變化，判斷電極產(chǎn)物等。

A．電池工作時(shí)，甲池、乙池用導(dǎo)線連接的順序?yàn)閍連c，b連dB．電池工作一段時(shí)間后甲池中pH減小C．乙池工作時(shí)，質(zhì)子將從B電極室移向A電極室D．若B電極上轉(zhuǎn)化1.5molCO2，則甲池中溶解4molAl

√

題后反思“串聯(lián)”類電池的解題流程1．(雙選)以純堿溶液為原料，通過電解的方法可制備小蘇打，原理裝置如圖所示，此裝置工作時(shí)，下列有關(guān)說法不正確的是(

)A．乙池電極接電源負(fù)極，氣體X為H2B．Na＋由乙池穿過交換膜進(jìn)入甲池C．NaOH溶液Z的濃度比NaOH溶液Y的小D．甲池電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑√√

2．利用CH4燃料電池電解制備Ca(H2PO4)2并得到副產(chǎn)物NaOH、H2、Cl2，裝置如圖所示。下列說法正確的是(

)A．P極、Q極分別為陰極、陽極B．A膜、C膜均為陽離子交換膜，B膜為陰離子交換膜C．a(chǎn)極上的反應(yīng)為CH4－4e－＋4O2-===CO2＋2H2OD．理論上，a極消耗2.24L甲烷，P極產(chǎn)生0.4molCl2

√

√

知能反饋隨堂評(píng)估√243題號(hào)1

243題號(hào)1

23題號(hào)14√

23題號(hào)14

23題號(hào)41√

23題號(hào)414．重鉻酸鉀又名紅礬鉀，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的一種重要分析試劑。工業(yè)上以鉻酸鉀(K2CrO4)為原料，采用電化學(xué)法制備重鉻酸鉀(K2Cr2O7)。制備裝置如圖所示(陽離子交換膜只允許陽離子透過)：243題號(hào)1

243題號(hào)1陽極產(chǎn)生無色氣體，溶液由黃色逐漸變?yōu)槌壬?OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)2∶10.1mol[解析]

(2)直接設(shè)K2CrO4和K2Cr2O7物質(zhì)的量分別為x、y，則鉀原子的物質(zhì)的量為2x＋2y，鉻原子物質(zhì)的量為x＋2y，依據(jù)兩原子個(gè)數(shù)比為3∶2，可求出兩物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶1；根據(jù)鉻酸鉀的質(zhì)量可求出鉻原子總物質(zhì)的量為0.2mol，tmin后兩物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶1，則鉻酸鉀為0.1mol，重鉻酸鉀為0.05mol，根據(jù)離子方程式可知，生成0.05mol的重鉻酸鉀的反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子為0.05×2mol＝0.1mol。243題號(hào)1一、選擇題(每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1．我國科學(xué)家開發(fā)出了一種Zn－NO電池系統(tǒng)，該電池具有同時(shí)合成氨和對(duì)外供電的功能，其工作原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是(

)課時(shí)分層作業(yè)(九)

“有膜”電解池題型的解題方法題號(hào)13524687A．電極電勢：Zn/ZnO電極<MoS2電極B．Zn/ZnO電極的反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2OC．電池工作一段時(shí)間后，正極區(qū)溶液的pH減小D．電子流向：Zn/ZnO電極→負(fù)載→MoS2電極題號(hào)13524687C

[Zn/ZnO電極為負(fù)極，MoS2電極為正極，正極電勢高于負(fù)極電勢，A正確；正極區(qū)消耗的H＋源于雙極膜解離出的H＋，且產(chǎn)生的NH3會(huì)部分溶解，所以正極區(qū)溶液的pH不會(huì)減小，C錯(cuò)誤；電子流向：負(fù)極→負(fù)載→正極，D正確。]√2．利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如圖所示。下列說法正確的是(

)A．電極B連接電源正極B．A極區(qū)電解液為LiCl溶液C．陽極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．每生成1molH2，有1molLi＋通過該離子交換膜題號(hào)13524687√B

[由題意知，電解LiCl溶液制備LiOH，由于電極B生成氫氣，A與B用陽離子交換膜隔開，所以B為陰極，B極區(qū)為LiOH溶液，A極區(qū)為LiCl溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，C項(xiàng)錯(cuò)誤；每生成1molH2，有2molLi＋通過該離子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]題號(hào)135246873．雙極膜(BP)是一種能將水分子解離成H＋和OH－的特殊離子交換膜。應(yīng)用雙極膜制取聚合硫酸鐵凈水劑[Fe2(OH)n(SO4)3－n/2]m(PFS)的電化學(xué)裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．M為陰離子交換膜，乙為OH－B．電極a的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑C．電流密度過大，會(huì)使PFS產(chǎn)品含量降低D．若制得1mol[Fe(OH)SO4]3，理論上轉(zhuǎn)移的電子為2mol題號(hào)13524687√D

[若制得1mol[Fe(OH)SO4]3，則有3molOH－進(jìn)入到硫酸鐵室中，理論上轉(zhuǎn)移的電子為3mol，故D錯(cuò)誤。]二、選擇題(每小題有一個(gè)或兩個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)4．普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì)，利用下面的雙膜(陰離子交換膜和過濾膜)電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關(guān)敘述不正確的是(

)題號(hào)13524687A．電極a為純銅，電極b為粗銅B．甲膜為過濾膜，可阻止陽極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)C．乙膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽離子進(jìn)入陰極區(qū)D．當(dāng)電路中通過1mol電子時(shí)，可生成32g純銅題號(hào)13524687BC

[由題意結(jié)合電解原理可知，電極a是陰極，為純銅，電極b是陽極，為粗銅，A項(xiàng)正確；甲膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽離子進(jìn)入陰極區(qū)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；乙膜為過濾膜，可阻止陽極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中通過1mol電子時(shí)，可生成0.5mol純銅，其質(zhì)量為32g，D項(xiàng)正確。]√√5．電滲析法是海水淡化的方法之一，具有選擇性離子交換膜交錯(cuò)排列構(gòu)成的多層式電滲析槽，其工作原理如圖所示(a、b為不同離子交換膜)。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(

)A．a(chǎn)為陽離子交換膜，b為陰離子交換膜B．陰極區(qū)電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．X為淡鹽水，Y為濃鹽水D．該方法可得到副產(chǎn)品NaOH題號(hào)13524687√A

[根據(jù)題意，圖中左側(cè)是電解池的陽極，陰離子向左側(cè)遷移，相反陽離子向右側(cè)遷移，則a為陰離子交換膜，b為陽離子交換膜，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極區(qū)電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B項(xiàng)正確；X為淡鹽水，Y為濃鹽水，C項(xiàng)正確；根據(jù)電解原理可知，該方法可得到副產(chǎn)品NaOH，D項(xiàng)正確。]題號(hào)135246876．某地海水中主要離子的質(zhì)量濃度如下表，現(xiàn)利用“電滲析法”對(duì)海水進(jìn)行淡化，技術(shù)原理如圖所示(兩端為惰性電極，陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過)。下列有關(guān)說法正確的是(

)題號(hào)13524687離子Na＋K＋Ca2+Mg2+質(zhì)量濃度/(mg·L-1)9360832001100160001200118A．甲室的電極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑B．淡化過程中易在戊室形成水垢C．乙室和丁室中部分離子的濃度增大，淡水的出口為cD．當(dāng)戊室收集到22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)，通過甲室陽膜的離子的物質(zhì)的量一定為2mol題號(hào)13524687√√

題號(hào)13524687三、非選擇題7．(1)某學(xué)習(xí)小組將“電解飽和食鹽水”的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行梳理(圖示中的電極均為石墨)。圖中，電解一段時(shí)間后，氣球b中的氣體是_____(填化學(xué)式)，U形管_____(填“左”或“右”)邊的溶液變紅。題號(hào)13524687H2右(2)二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色氣體，是國際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。如圖是目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝。題號(hào)13524687①陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)為_______________________________。②當(dāng)陰極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下112mL氣體時(shí)，通過陽離子交換膜的離子的物質(zhì)的量為________。Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋0.01mol[解析]

(1)根據(jù)圖中電子流向可知，左邊電極是電解池陽極，右邊電極是電解池陰極，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上水放電生成氫氣，同時(shí)陰極附近產(chǎn)生NaOH。(2)①依據(jù)題干信息，陽極上Cl－被氧化為ClO2，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒可寫出電極反應(yīng)。②電極上得到或失去一個(gè)電子，電解質(zhì)溶液中必然有一個(gè)Na＋通過陽離子交換膜，因此當(dāng)陰極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下112mL氣體時(shí)，通過陽離子交換膜的離子的物質(zhì)的量為0.01mol。題號(hào)135246878．氯堿工業(yè)是以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)的基本化學(xué)工業(yè)。如圖是某氯堿工業(yè)生產(chǎn)原理示意圖：題號(hào)13524687(1)寫出裝置A在通電條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________________________________________________。