第2課時電化學計算模型多池、多室裝置[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.掌握電子守恒規(guī)律在電化學中的應用。2.掌握多池連接裝置的形式及分析思路。3.了解離子交換膜的類型及其作用。一、電化學計算模型1.電化學常涉及的計算問題原電池和電解池的計算常涉及兩極產(chǎn)物定量計算，電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)的計算、溶液pH的計算、電解前后電極或電極區(qū)質(zhì)量的差值計算等。2.電化學計算模型1.把兩支惰性電極插入500mL硝酸銀溶液中，通電電解。當電解質(zhì)溶液中c(H+)從10-6mol·L-1變?yōu)?0-3mol·L-1時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解質(zhì)溶液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上應析出銀的質(zhì)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，用石墨作電極電解此溶液，通電一段時間后，兩電極均收集到5.6L(標準狀況下)氣體，假設電解后溶液的體積仍為500mL，下列說法正確的是()A.原混合溶液中c(Cl-)=0.3mol·L-1B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.5mol電子C.電解得到的無色氣體與有色氣體的體積比為3∶7D.陽極收集到的氣體為Cl2和O2二、多池裝置1.一池兩用用如圖所示裝置進行實驗：(1)若開始時K與N連接，則構(gòu)成，

鐵棒上發(fā)生的電極反應式為；石墨電極產(chǎn)生的現(xiàn)象為。

(2)若開始時K與M連接，則構(gòu)成，

鐵棒上發(fā)生的電極反應式為；石墨電極產(chǎn)生的現(xiàn)象為，一段時間后，溶液的pH。

(3)若用鋁條和鎂條分別代替圖中的石墨和鐵棒電極，電解質(zhì)溶液為氫氧化鈉溶液，請寫出原電池負極的電極反應式：

。

2.多池串聯(lián)如圖所示裝置：回答下列問題：(1)甲池是，乙池是將能轉(zhuǎn)化為能的裝置。

(2)寫出甲、乙、丙池中各電極的電極名稱和電極反應式。3.多池裝置的解題模型1.如圖所示，甲池的總反應式為N2H4+O2=N2+2H2O，下列說法正確的是()A.該裝置工作時，乙池中石墨電極上有紅色固體析出B.甲池中負極反應為N2H4-4e-=N2+4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均減小D.當甲池中消耗0.1molN2H4時，乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4g固體2.(2025·大同高二期末)如圖所示的電解裝置，通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)C端變?yōu)樗{色。下列說法正確的是()A.F為電源負極B.甲池中鐵電極反應：Fe-2e-=Fe2+C.電子流向：E→D→C→FeD.通電一段時間后，乙池中出現(xiàn)藍色沉淀3.如圖所示，若電解5min時，測得銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問題：(1)電源中X極是(填“正”或“負”)極。

(2)通電5min時，B中共收集到224mL(標準狀況)氣體，溶液體積為200mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計)，則通電前c(CuSO4)=。

(3)若A中KCl溶液的體積也是200mL，電解后溶液中仍有Cl-，則電解后溶液的pH=(Kw=1.0×10-14)三、多室裝置——離子交換膜的作用1.常見的離子交換膜離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液中的離子具有選擇透過功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。類別作用陽離子交換膜只允許陽離子通過，不允許陰離子通過陰離子交換膜只允許陰離子通過，不允許陽離子通過質(zhì)子交換膜只允許H+通過，不允許其他陽離子或陰離子通過雙極隔膜是一種新型離子交換膜，其膜主體可分為陰離子交換層、陽離子交換層和中間界面層，水解離催化劑被夾在中間的離子交換聚合物中，水解離的產(chǎn)物H+和OH-可在電場的作用下快速遷移到兩側(cè)溶液中，為膜兩側(cè)的半反應提供各自理想的pH條件2.離子交換膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學反應。(2)能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3.典例剖析例1某原電池裝置如圖所示，電池總反應為2Ag+Cl2=2AgCl，當電路中轉(zhuǎn)移amol電子時，交換膜左側(cè)溶液中約減少

mol離子。交換膜右側(cè)溶液中c(HCl)

(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液體積變化)。例2(2021·廣東，16)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是()A.工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC.移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應不變D.電解總反應：2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+例3H3PO2可用電滲析法制備，“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：(1)寫出陽極的電極反應式：

。

(2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因：

。

(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是

。

1.科研人員發(fā)明了一種Al?PbO2電池，通過X和Y兩種離子交換膜將電解質(zhì)溶液隔開，形成M、R、N三個電解質(zhì)溶液區(qū)域，電解質(zhì)分別為KOH、K2SO4、H2SO4，結(jié)構(gòu)示意圖如圖(已知a>b)。該電池放電時，下列說法錯誤的是()A.R區(qū)K2SO4濃度逐漸增大B.K+通過X膜由M區(qū)移向R區(qū)C.N區(qū)電極反應為PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2HD.每消耗1.8gAl，N區(qū)電解質(zhì)溶液減少19.2g2.如圖裝置是一種微生物脫鹽電池的裝置，它可以通過處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)獲得電能，同時還可實現(xiàn)海水淡化。已知a、b電極為惰性電極，X、Y均為離子交換膜，下列說法錯誤的是()A.X、Y依次為陰離子、陽離子交換膜B.a極反應為CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+，產(chǎn)生的H+向b極移動C.b極為正極D.當電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，在b極室可以生成40gNaOH3.(2024·遼陽期末)香港城市大學、中國科學院深圳先進技術研究院和深圳大學合作，證明了TiO2納米片在酸性條件下具有本征差的析氫活性，展現(xiàn)出快速選擇性地將硝酸根離子還原為氨的催化性能。下列有關裝置放電過程(如圖所示)的敘述錯誤的是()A.電子由a極經(jīng)用電器流向b極B.a極為負極，b極發(fā)生還原反應C.b極上的電極反應式為NO3-+8e-+6H2O=NH3D.a極質(zhì)量減少2.6g時，雙極膜中有0.08molH+向a極區(qū)遷移答案精析一、應用體驗1.B2.D[陽極Cl-先放電，然后是H2O電離出的OH-放電，即2Cl--2e-===Cl2↑，2H2O-4e-===O2↑+4H+；陰極Cu2+先放電，然后H+放電，即Cu2++2e-===Cu，2H++2e-===H2↑。結(jié)合兩極均收集到5.6L(標準狀況下)氣體，則陰極收集到0.25molH2，原混合溶液中n(Cu2+)=0.2mol·L-1×0.5L=0.1mol，Cu2+放電共轉(zhuǎn)移0.2mol電子，生成H2時轉(zhuǎn)移0.5mol電子，故陰極共轉(zhuǎn)移0.7mol電子。設陽極生成Cl2、O2分別為xmol和ymol，則x+y=0.25，2x+4y=0.7，解得x=0.15，y=0.1。根據(jù)Cl原子守恒，原混合溶液中含0.3molCl-，c(Cl-)=0.3mol0.5L=0.6mol·L-1，A錯誤；電解時得到的無色氣體為H2和O2，物質(zhì)的量為0.25mol+0.1mol=0.35mol，有色氣體為Cl2，物質(zhì)的量為0.15mol，則無色氣體與有色氣體的體積比為0.35mol∶0.15mol=7∶3，C錯誤。二、1.(1)原電池Fe-2e-===Fe2+有無色氣泡生成(2)電解池2H++2e-===H2↑有淡黃綠色氣泡生成增大(3)Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-2.(1)原電池電化學(2)A極：負極，CH4-8e-+10OH-===CO32-+7HB極：正極，O2+4e-+2H2O===4OH-Cu極：陽極，Cu-2e-===Cu2+Ag極：陰極，Cu2++2e-===CuPt(Ⅰ)極：陽極，2Cl--2e-===Cl2↑Pt(Ⅱ)極：陰極，Mg2++2H2O+2e-===H2↑+Mg(OH)2↓應用體驗1.C2.D3.(1)負(2)0.025mol·L-1(3)13解析(1)銅電極增重，說明銀在銅電極析出，則銅電極為陰極，X為負極。(2)C中銅電極增重2.16g，即析出0.02molAg，線路中通過0.02mol電子；由4e-~O2可知，B中陽極產(chǎn)生的O2只有0.005mol，即112mL；但B中共收集到224mL氣體，說明還有112mL是H2，即全部Cu2+在陰極放電后，H+接著放電產(chǎn)生了112mLH2，則通過0.01mol電子時，Cu2+已被電解完；由2e-~Cu2+，可知n(Cu2+)=0.005mol，則c(CuSO4)=0.005mol0.2L=0.025mol·L-1。(3)由得失電子守恒知，A中生成0.02molOH-，則c(OH-)=0.02mol0.2L=0.1mol·L-1，三、例12a>解析負極電極反應式為Ag-e-+Cl-===AgCl，原電池工作時，電路中轉(zhuǎn)移amol電子，則負極消耗amolCl-，形成閉合回路移向正極的n(H+)為amol，所以負極區(qū)即交換膜左側(cè)溶液中約減少2amol離子；正極區(qū)電極反應為Cl2+2e-===2Cl-，生成n(HCl)=amol，所以交換膜右側(cè)溶液c(HCl)增大，即交換膜右側(cè)溶液c(HCl)>1mol·L-1。例2D[分析可知，水放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜后，石墨電極的電極反應會發(fā)生變化，故C錯誤。]例3(1)2H2O-4e-===O2↑+4H+(2)陽極室的H+穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO2-穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者反應生成H3(3)PO43-H2PO2-(或H3跟蹤訓練1.D2.B[根據(jù)圖示可知，在a極上CH3COO-失去電子被氧化，生成CO2和H+，碳元素化合價升高，所以a極為該原電池的負極，則b極為正極。為了實現(xiàn)海水的淡化，海水中的氯離子需要移向負極，即a極，則隔膜X為陰離子交換膜，鈉離子需要移向正極，即b極，則隔膜Y為陽離子交換膜，A、C正確；a