2025版高考化學(xué)全程一輪復(fù)習(xí)第39講多池多室的電化學(xué)裝置課件

第39講多池、多室的電化學(xué)裝置1.了解串聯(lián)裝置的連接特點(diǎn)，了解離子交換膜的特點(diǎn)及作用。2．掌握多池、多室問題分析的一般方法。3．能熟練用電子守恒、關(guān)系式法等進(jìn)行有關(guān)電化學(xué)計(jì)算。考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)一考點(diǎn)一多池串聯(lián)的兩大模型及原理分析1.常見多池串聯(lián)裝置圖模型一外接電源與電解池的串聯(lián)(如圖)A、B為兩個串聯(lián)電解池，相同時(shí)間內(nèi)，各電極得失電子數(shù)相等。模型二原電池與電解池的串聯(lián)(如圖)甲、乙兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。2．二次電池的充電(1)可充電電池原理示意圖充電時(shí)，原電池負(fù)極與外接電源負(fù)極相連，原電池正極與外接電源正極相連，記作“正接正，負(fù)接負(fù)”。(2)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。充電、放電不是可逆反應(yīng)。(3)放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)相反，放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽極反應(yīng)相反。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。3．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)系式具有總覽電化學(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?！窘炭笺暯印康淅齕2022·山東卷，13]設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為Co2＋，工作時(shí)保持厭氧環(huán)境，并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法正確的是(

)a．裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大b．裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸c．乙室電極反應(yīng)式為LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－d．若甲室Co2＋減少200mg，乙室Co2＋增加300mg，則此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移答案：bd

【對點(diǎn)演練】1．如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列關(guān)于該裝置工作時(shí)的說法正確的是(

)A．該裝置工作時(shí)，Ag電極上有氣體生成B．甲池中負(fù)極反應(yīng)式為N2H4－4e－===N2＋4H＋C．甲池和乙池中溶液的pH均減小D．當(dāng)甲池中消耗3.2gN2H4時(shí)，乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4g固體答案：C2．鉛酸蓄電池是典型的可充電電池，正、負(fù)極是惰性材料，電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4放電,充電2PbSO4＋2H2O，回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式是__________________________________。電解液中H2SO4的濃度將變________；當(dāng)外電路通過1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。

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(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按如圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成________，B電極上生成________，此時(shí)鉛酸蓄電池的正、負(fù)極的極性將________(填“不變”或“對換”)。PbPbO2對換

3．在如圖所示的裝置中，若通直流電5min時(shí)，銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問題。(1)電源中X為直流電源的________極。(2)pH變化：A________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B________，C________。(3)通電5min時(shí)，B中共收集224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體，溶液體積為200mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為____________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。負(fù)增大減小不變0.025mol·L－113

考點(diǎn)二考點(diǎn)二多室電化學(xué)裝置為實(shí)現(xiàn)特定功能需求，在電化學(xué)裝置中增加離子交換膜，將原電池或電解池分隔成兩個或多個相對獨(dú)立的室。1．離子交換膜的分類和應(yīng)用2．分析某室質(zhì)量變化的關(guān)鍵分析某室質(zhì)量的變化，既要考慮該區(qū)(或該電極)的化學(xué)反應(yīng)，又要考慮通過“交換膜”的離子帶來的質(zhì)量變化?！窘炭笺暯印康淅?[2022·湖南卷，8]海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是(

)A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D．該鋰—海水電池屬于一次電池答案：B解析：海水中含有大量的電解質(zhì)，故A項(xiàng)正確；Li是活潑金屬，作負(fù)極，則N極是正極，正極上海水中溶解的O2、CO2等均能放電，B項(xiàng)錯誤；由于Li易與水反應(yīng)，故玻璃陶瓷應(yīng)具有良好的防水功能，同時(shí)為形成閉合的回路，也應(yīng)具有傳導(dǎo)離子的功能，C項(xiàng)正確；該電池屬于一次電池，D項(xiàng)正確?！窘忸}思路】鋰—海水電池的總反應(yīng)為4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。

M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則M電極為負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e－===Li＋；N極為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

【師說·延伸】①本題關(guān)鍵是正確解讀玻璃陶瓷的作用，從而確定正極反應(yīng)物是O2；②將鋰—海水電池的總反應(yīng)定為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑是典型的錯誤。典例2微生物脫鹽池是在微生物燃料電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新興生物電化學(xué)系統(tǒng)，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．該裝置能實(shí)現(xiàn)從海水中得到淡水，同時(shí)去除有機(jī)物，而且還可提供電能B．電極b為正極C.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2OD．Y為陽離子交換膜答案：C解析：該裝置為原電池，a極有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，海水中的Na＋和Cl－通過離子交換膜分別移向正極和負(fù)極，能實(shí)現(xiàn)從海水中得到淡水，同時(shí)去除有機(jī)物，而且還可提供電能，A正確；根據(jù)分析，電極b通入氧氣，得電子，為正極，B正確；由圖可知，負(fù)極為有機(jī)弱酸性廢水CH3COO－的電極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液為酸性，電極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，C錯誤；原電池中陽離子移向正極、陰離子移向負(fù)極，從而達(dá)到脫鹽目的，所以Y為陽離子交換膜、X為陰離子交換膜，D正確?！窘忸}思路】

燃料電池通入O2的電極為正極，因此b為正極；CH3COO－反應(yīng)的電極為負(fù)極，即a為負(fù)極?！緦c(diǎn)演練】考向一單膜電解池1．已知：電流效率＝電路中通過的電子數(shù)與消耗負(fù)極失去電子總數(shù)之比?，F(xiàn)有兩個電池Ⅰ、Ⅱ，裝置如圖所示。下列說法正確的是(

)A．Ⅰ和Ⅱ的電池反應(yīng)不相同B．能量轉(zhuǎn)化形式不同C．Ⅰ的電流效率低于Ⅱ的電流效率D．5min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1種溶質(zhì)答案：C解析：Ⅰ、Ⅱ裝置中電極材料相同，電解質(zhì)溶液部分相同，電池反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)和正極反應(yīng)式相同，A項(xiàng)錯誤；Ⅰ和Ⅱ裝置的能量轉(zhuǎn)化形式都是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，B項(xiàng)錯誤；Ⅰ裝置中銅與氯化鐵直接接觸，會在銅極表面發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分能量損失（或部分電子沒有通過電路），導(dǎo)致電流效率降低。而Ⅱ裝置采用陰離子交換膜，銅與氯化銅接觸，不會發(fā)生副反應(yīng)，放電過程中交換膜左側(cè)負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，陽離子增多；右側(cè)正極的電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，負(fù)電荷過剩。Cl－從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，電流效率高于Ⅰ裝置，C正確；放電一段時(shí)間后，Ⅰ裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，Ⅱ裝置中交換膜左側(cè)生成氯化銅，右側(cè)生成了氯化亞鐵，可能含氯化鐵，D項(xiàng)錯誤。2．[2024·九省聯(lián)考吉林卷，14]某生物質(zhì)電池原理如下圖所示，充、放電時(shí)分別得到高附加值的醇和羧酸。下列說法正確的是(

)答案：D考向二多膜電解池3．H3PO2也可用電滲析法制備，“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(yīng)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(diǎn)是產(chǎn)品中混有________雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是___________________。2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

考向三雙極膜電解池4．為適應(yīng)不同發(fā)電形式產(chǎn)生的波動性，我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種電化學(xué)裝置，其原理如圖所示。當(dāng)閉合K1和K3、打開K2時(shí)，裝置處于蓄電狀態(tài)；當(dāng)打開K1和K3、閉合K2時(shí)，裝置處于放電狀態(tài)。放電時(shí)，雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－并分別向兩側(cè)遷移。下列說法錯誤的是(

)A．蓄電時(shí)，碳錳電極的電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋B．蓄電時(shí)，右側(cè)電解池發(fā)生的總反應(yīng)為2ZnO通電2Zn＋O2↑C．放電時(shí)，每消耗1molMnO2，理論上有4molH＋由雙極膜向碳錳電極遷移D．理論上，該電化學(xué)裝置運(yùn)行過程中需要補(bǔ)充H2SO4和KOH答案：D

5．利用微生物電化學(xué)處理有機(jī)廢水，同時(shí)可淡化海水并獲得酸堿?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水、采用惰性電極，用如下圖所示的裝置處理有機(jī)廢水(以含有機(jī)酸CH3COOH溶液為例)，在直流電場作用下，雙極膜間的水解離成H＋和OH－。下列說法正確的是(

)A．膜a為陰離子交換膜，膜b為陽離子交換膜B．產(chǎn)品室生成的物質(zhì)為鹽酸C．當(dāng)陰極產(chǎn)生22.4L氣體時(shí)，理論上可除去模擬海水中117gNaClD．陽極反應(yīng)式為：CH3COOH＋2H2O＋8e－===2CO2↑＋8H＋答案：B解析：由圖知，陽極上CH3COOH失去電子生成CO2，陰極上氫離子得電子生成氫氣，該電解池是利用微生物電化學(xué)處理有機(jī)廢水，同時(shí)可淡化海水并獲得酸堿，則氫離子通過雙極膜進(jìn)入產(chǎn)品室，氯離子通過膜b進(jìn)入產(chǎn)品室，則膜b