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(共24张PPT)
微专题8　突破电化学中的多池串联装置
素养·目标定位
目 标 素 养
1.认识离子交换膜在电化学装置中的作用,能分析形式各异的电化学装置的作用、工作原理
2.能够分析多池串联装置中各个装置的原理与作用,能够利用电子守恒规律对多池串联装置进行分析与计算
课堂·要点解读
一、认识电化学装置中的隔膜
知识讲解
1.离子交换膜的含义和作用。
(1)含义:
离子交换膜又叫隔膜,由特殊高分子材料制成。
(2)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,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2.离子交换膜的分类和应用。
3.离子交换膜类型的判断方法。
根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型,判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应式,依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余,因该电极附近溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型,如电解饱和食盐水时,是H2O电离出的H+放电,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-结合生成NaOH,故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
4.有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法。
典型例题
【例1】 一种用双极膜电渗析法处理Na2SO4废水,并回收H2SO4和NaOH的装置如图所示(双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下分别向两极迁移)。
下列说法错误的是(　　)。
A.电极a为阴极
B.Ⅲ室中,X膜为阳离子交换膜
C.Ⅴ室中反应:4OH--4e-═O2↑+2H2O
D.处理废水中1 mol Na2SO4,可制得1 mol NaOH
D
解析:电极a产生H2,H+得电子生成H2为还原反应,故电极a为阴极,A项正确。Ⅲ室为Na2SO4废水,Na+需通过X膜进入Ⅱ室生成NaOH,X膜允许阳离子通过,为阳离子交换膜,B项正确。电极b为阳极,Ⅴ室中双极膜解离的OH-在阳极放电生成O2,反应为4OH--4e-═O2↑+2H2O,C项正确。1 mol Na2SO4含2 mol Na+,Na+进入Ⅱ室与OH-结合生成2 mol NaOH,而非1 mol NaOH,D项错误。
【例2】 [高考链接](2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)。
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应为[Fe(CN)6]4-+e-═[Fe(CN)6]3-
D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,理论上可回收1 mol LiCl
D
解析:由图可知电极a为阴极,电极b为阳极,题干中描述电解池工作的目的有①淡化海水,②回收含锂废弃物中的锂元素,则电极a的电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-,Na+透过离子交换膜Ⅰ向左移动,Ⅰ为阳离子交换膜,Cl-向右移动,所以离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,A项错误。由于电极a附近生成OH-,则电极a附近溶液的pH增大,B项错误。电极b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-═[Fe(CN)6]3-,C项错误。脱除58.5 g NaCl,就有1 mol Cl-跟Li+结合生成1 mol LiCl,D项正确。
二、多池串联装置分析判断
知识讲解
1.多池串联装置中电池类型的判断。
(1)直接判断。
非常直观明显的装置,如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中存在时,则其他装置为电解池。如下图,A为原电池,B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。
原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极,另一个用石墨作电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个石墨电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如下图中,B为原电池,A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断。
在某些装置中,根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图。
若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近
溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则
可知乙是原电池,D是正极,C是负极;
甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极上发生还原反应,A、C极上发生氧化反应。
2.多池串联装置中的数据处理。
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:①串联电路中各支路电流相等;②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。
上图中,装置甲是原电池,装置乙是电解池,若电路中有0.2 mol电子转移,则Zn溶解6.5 g,Cu电极上放出H2 2.24 L(标准状况),Pt电极上放出Cl2 0.1 mol,C电极上析出Cu 6.4 g。甲池中H+被还原,产生H2,负极上Zn被氧化生成ZnSO4,溶液的pH变大;乙池中是电解CuCl2溶液,电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
D
(1)不同电极的多池串联装置中,只有一个池是原电池,其余的池为电解池或电镀池。 (2)相对独立的多池装置中,有外接电源的为电解池,无外接电源的可能为原电池。

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