高中化學(xué)二輪精準(zhǔn)復(fù)習(xí)45講多池多室的電化學(xué)裝置分析第22講2023類型一.有外接電源電池類型的判斷方法有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽(yáng)極材料與電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子相同，則該電池為電鍍池。如圖：則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。知識(shí)梳理考點(diǎn)一多池串聯(lián)的模型及原理分析類型二原電池為電源的電解池串聯(lián)原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個(gè)金屬電極一個(gè)碳棒電極；而電解池則一般兩個(gè)都是惰性電極，如兩個(gè)鉑電極或兩個(gè)碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。1．根據(jù)電極材料和電解液判斷2.根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽(yáng)極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。3．根據(jù)“鹽橋”判斷【典題示例】[典例1]可利用太陽(yáng)能光伏電池電解水制高純氫,工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K1或K2,可交替得到H2和O2。①制H2時(shí),連接__________,

產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是__________。

②改變開關(guān)連接方式,可得O2。③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng),說明電極3的作用:__________。

K1

2H2O+2e-====H2↑+2OH-制H2時(shí),電極3發(fā)生反應(yīng):Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。制O2時(shí),上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行,使電極3得以循環(huán)使用【審題流程】解答本類試題的流程如下:【解析】①電解堿性電解液時(shí),H2O電離出的H+在陰極得到電子產(chǎn)生H2,根據(jù)題圖可知電極1與電池負(fù)極連接,為陰極,所以制H2時(shí),連接K1,產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-==H2↑+2OH-。③制備O2時(shí)堿性電解液中的OH-失去電子生成O2,連接K2,O2在電極2上產(chǎn)生。連接K1時(shí),電極3為電解池的陽(yáng)極,Ni(OH)2失去電子生成NiOOH,電極反應(yīng)式為Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O,連接K2時(shí),電極3為電解池的陰極,電極反應(yīng)式為NiOOH+e-+H2O====Ni(OH)2+OH-,使電極3得以循環(huán)使用。如圖，A、B、C、D均為石墨電極，E、F分別為短周期相鄰兩種活潑金屬元素的單質(zhì)，且E能與NaOH溶液反應(yīng)。接通電路，反應(yīng)一段時(shí)間。[典例2]獨(dú)立完成下列題目，并說出判斷池型及電極的依據(jù)。(1)乙池是_____池。乙池中：電極E是_____極，電子______，電流______，發(fā)生______反應(yīng)，元素價(jià)態(tài)_____，移向E的離子為_______。(2)甲池是_____池。甲池中：電極B是_____極，電子_____，電流_____，發(fā)生_____反應(yīng)，元素價(jià)態(tài)_____，移向B的離子為______。C極電極反應(yīng)式為：______________。燒杯中溶液會(huì)變藍(lán)的是________(填“a”或“b”)。反思：串聯(lián)電池的解題流程？01判池型有外接電源？無外接電源？02判電極原電池找正負(fù)極；電解池找陰陽(yáng)極。03工作原理電子、電流、離子移向；得失電子，反應(yīng)類型。04電極反應(yīng)式正誤判斷PH變化，現(xiàn)象描述，計(jì)算。[思維建模]串聯(lián)電路的解題流程[精練1]如圖所示裝置可間接氧化工業(yè)廢水中含氮離子(NH)。下列說法不正確的是(

)甲乙A．乙是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置B．含氮離子氧化時(shí)的離子方程式為3Cl2＋2NH4＋===N2＋6Cl－＋8H＋C．若生成H2和N2的物質(zhì)的量之比為3∶1，則處理后廢水的pH減小D．電池工作時(shí)，甲池中的Na＋移向Mg電極解析：

根據(jù)題意可知甲為原電池，Mg為負(fù)極，石墨為正極，乙為電解池，右電極為陰極，左電極為陽(yáng)極。D項(xiàng)，原電池工作時(shí)，Na＋移向正極即石墨電極，錯(cuò)誤。D

PbO2X

Al－3e－===Al3＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋0.4

4．“多池組合”裝置中的數(shù)據(jù)處理原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計(jì)算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移守恒，分析時(shí)要注意串聯(lián)電路中各支路電流相等。A[思路點(diǎn)撥]

n(氣體)＝0.1mol陽(yáng)極：4OH－－4e－===

O2↑＋2H2O0.4mol0.1mol陰極：Cu2＋＋2e－

===

Cu

0.1mol0.4mol－0.2mol＝0.2mol2H＋＋2e－

===

H2↑

0.2mol0.1mol解析:石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：Cu2＋＋2e－=Cu,2H＋＋2e－===H2↑。從收集到O2為2.24L可推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4mol電子，而在生成2.24LH2的過程中轉(zhuǎn)移0.2mol電子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol電子，電解前Cu2＋的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1mol。電解前后分別有以下守恒關(guān)系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO3

-)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO3

-)，不難算出：電解前c(K＋)＝0.2mol·L－1，電解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。電化學(xué)計(jì)算的三種方法如以電路中通過4mole－為橋梁可構(gòu)建以下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計(jì)算問題。注意:(1)電化學(xué)計(jì)算中，常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)·NA×1.6×10－9C來計(jì)算電路中通過的電量。(2)串聯(lián)電池中，各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是相等的，這是串聯(lián)電池計(jì)算的根本依據(jù)?？键c(diǎn)二離子交換膜在電化學(xué)裝置中的應(yīng)用知識(shí)梳理1.離子交換膜的種類陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過，不允許陰離子或某些分子透過陰離子交換膜只允許陰離子透過，不允許陽(yáng)離子或某些分子透過質(zhì)子交換膜只允許H＋透過，不允許其他陽(yáng)離子和陰離子透過雙極膜由一張陽(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)合膜。該膜特點(diǎn)是在直流電的作用下，陰、陽(yáng)膜復(fù)合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陰膜和陽(yáng)膜，作為H＋和OH－的離子源2.考情趨勢(shì)(1)“膜”數(shù)量的變化:由“單膜”→“雙膜”→“多膜”。(2)“膜”種類的變化:由“陰、陽(yáng)離子交換膜”→“質(zhì)子交換膜”→“高聚物隔膜”→“雙極隔膜”等。(3)“膜”作用變化:由“離子交換”→“物質(zhì)制備”→“分離提純”等。含膜電池裝置分析[真題示例1](2020山東卷)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置,利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化。現(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用下圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽(yáng)離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí),模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時(shí)間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1B【解題思路】第一步,根據(jù)圖示判斷電化學(xué)裝置的類型。該裝置為原電池裝置。第二步,根據(jù)粒子變化判斷正、負(fù)極。CH3COO-轉(zhuǎn)化為CO2,C元素的化合價(jià)升高,CH3COO-失電子被氧化,因此a極為負(fù)極,b極為正極。第三步,根據(jù)電極反應(yīng)原理確定各電極上發(fā)生的反應(yīng)。依據(jù)電荷守恒可得負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+;正極反應(yīng)為2H++2e-

==H2↑。第四步逐項(xiàng)分析判斷。[真題示例2](2020全國(guó)Ⅰ)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí),溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯(cuò)誤的是(

)D第四步,逐項(xiàng)分析判斷。

【解題思路】第一步,根據(jù)圖示判斷電化學(xué)裝置的類型。該裝置為二次電池,既可充電又可放電。第二步,根據(jù)粒子變化,判斷正、負(fù)極和陰、陽(yáng)極。放電時(shí)Zn失電子生成[Zn(OH)4]2-,Zn作負(fù)極;充電時(shí),在陽(yáng)極上水失電子生成氧氣,陰極上[Zn(OH)4]2-得電子生成Zn。第三步,根據(jù)電極反應(yīng)原理確定各電極上發(fā)生的反應(yīng)。負(fù)極電極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-;正極電極反應(yīng)為CO2+2H++2e-===HCOOH,同時(shí)說明電解質(zhì)溶液1為堿性溶液,電解質(zhì)溶液2為酸性溶液。歸納總結(jié)

(1)含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟在原電池中應(yīng)用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷、導(dǎo)電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應(yīng)，提高電流效率；在電解池中使用選擇性離子交換膜的主要目的是限制某些離子(或分子)的定向移動(dòng)，避免電解質(zhì)溶液中的離子或分子與電極產(chǎn)物反應(yīng)，提高產(chǎn)品純度或防止造成危險(xiǎn)等。(2)離子交換膜類型的判斷方法 ①首先寫出陰、陽(yáng)兩極上的電極反應(yīng)。 ②依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余。 ③根據(jù)電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動(dòng)的方向。 ④根據(jù)離子移動(dòng)的方向，確定離子交換膜的類型。(3)防范失分點(diǎn)①看清圖示,是否說明了離子交換膜的類型,是否標(biāo)注了電源的正、負(fù)極,是否標(biāo)注了電子流向、電荷流向等,明確陰、陽(yáng)離子的移動(dòng)方向。②根據(jù)原電池和電解池中陰、陽(yáng)離子的移動(dòng)方向,結(jié)合題目中給出的制備、電解物質(zhì)等信息,找出物質(zhì)生成或消耗的電極區(qū)域,確定移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子,從而推知離子交換膜的類型。3.離子遷移方向的判斷(1)離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示。右側(cè)：通入CO2，生成HCOOH，發(fā)生還原反應(yīng)，多孔錫作陰極，電極反應(yīng)為CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗從左側(cè)遷移過來的H＋。左側(cè)“Pt片”作陽(yáng)極，水電離產(chǎn)生的OH－放電，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。離子移動(dòng)方向：H＋通過陽(yáng)離子交換膜從左側(cè)移向右側(cè)。

有“膜”條件下離子定向移動(dòng)方向的判斷方法離子通過隔膜的定量關(guān)系(1)通過隔膜的離子帶的電荷數(shù)等于電路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)。(2)離子遷移：依據(jù)電荷守恒，通過隔膜的離子數(shù)不一定相等。[精練1]2019年3月，我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋅碘單液流電池，其原理圖所示。下列說法不正確的是(

)A．放電時(shí)，B電極反應(yīng)式：I2＋2e－==2I－B．放電時(shí)，電解質(zhì)儲(chǔ)罐中離子總濃度增大C．M為陽(yáng)離子交換膜，N為陰離子交換膜D．充電時(shí)，A極增重65g時(shí)，C區(qū)增加的離子數(shù)為4NAC解析：放電時(shí)，B電極為正極，I2得到電子生成I－，電極反應(yīng)式為I2＋2e－===2I－，A項(xiàng)正確；放電時(shí)，左側(cè)即負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，所以電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大，B項(xiàng)正確；離子交換膜的作用是防止I2、Zn接觸發(fā)生反應(yīng)，負(fù)極區(qū)生成Zn2＋，正極區(qū)生成I－，所以Cl－通過M膜進(jìn)入負(fù)極區(qū)，K＋通過N膜進(jìn)入正極區(qū)，所以M為陰離子交換膜，N為陽(yáng)離子交換膜，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，A極的電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－===Zn，A極增重65g，轉(zhuǎn)移2mol電子，所以C區(qū)增加2molK＋、2molCl－，離子總數(shù)為4NA，D正確。

B

[精練3]某科研小組研究采用BMED膜堆(示意圖如下)，模擬以精制濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(A、D)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法錯(cuò)誤的是 (

)A．電極a連接電源的正極B．B為陽(yáng)離子交換膜C．電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液可避免有害氣體的產(chǎn)生D．Ⅱ口排出的是淡水【解析】根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，所以電極a為陽(yáng)極，連接電源的正極，A正確；水在雙極膜A解離后，氫離子與透過B膜的陰離子到左側(cè)形成酸，B為陰離子交換膜，B錯(cuò)誤；電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液，電解時(shí)生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)生，C正確；海水中的陰、陽(yáng)離子透過兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動(dòng)