(讲义)第1章 第3节 讲评拓展课3 “有膜”电解池题型的解题方法-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修1(鲁科版2019)

讲评拓展课3　“有膜”电解池题型的解题方法 1．掌握有隔膜电解池的工作原理，知道隔膜在电解池中的应用。 2．形成“有膜” 电解池的解题思路，增强发现问题解决问题的能力。 1．交换膜的功能及工作原理 (1)功能：使离子选择性定向移动，目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷。 (2)工作原理(以阳离子交换膜为例)：交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。 2．离子交换膜的作用及意义 (1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。 (2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。 (3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。 3．有膜电解池试题的解题思路 (1)确定电解池的阴、阳极：根据外接电源的正负极、电子流向、电极现象等确定电解池的阴、阳极。 (2)根据交换膜的类型确定移动的离子及移动方向： ①阳离子交换膜：只有阳离子由阳极移向阴极； ②阴离子交换膜：只有阴离子由阴极移向阳极； ③质子交换膜：只有氢离子由阳极移向阴极。 (3)根据移动的离子书写判断电极反应式，判断溶液离子浓度、质量、pH的变化，判断电极产物等。 【例题】　Al-H2O2电池是一种新型电池，已知H2O2是一种弱酸，在强碱性溶液中以H形式存在。现以Al-H2O2为电源(如甲池所示，电池总反应为＋OH－＋H2O)，电解处理有机质废水(如乙池所示)。下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，甲池、乙池用导线连接的顺序为a连c，b连d B．电池工作一段时间后甲池中pH减小 C．乙池工作时，质子将从B电极室移向A电极室 D．若B电极上转化1.5 mol CO2，则甲池中溶解4 mol Al D　[根据电池总反应＋OH－＋H2O，Al发生氧化反应，a是负极、b是正极。根据乙池中B电极CO2→CH4，C元素化合价降低发生还原反应知，B是阴极、A是阳极；所以电池工作时，甲池、乙池用导线连接的顺序为a连d，b连c，故A错误；电池总反应是＋OH－＋H2O，反应生成OH－，工作一段时间后甲池中pH增大，故B错误；乙池中B电极CO2→CH4，C元素化合价降低发生还原反应，B是阴极、A是阳极；乙池工作时，阳离子移向阴极，质子将从A电极室移向B电极室，故C错误；B电极CO2→CH4，C元素化合价由＋4降低为－4，若B电极上转化1.5 mol CO2，电路中转移12 mol电子，根据得失电子守恒，甲池中溶解4 mol Al，D正确。] “串联”类电池的解题流程 类型一　单膜电解池 1．图1是太阳能光伏电池工作示意图，与图2装置联合可实现能量的转化和储存。下列有关说法正确的是(　　) A．图2交换膜一定为阳离子交换膜 B．图2右池电极反应为V＋2H＋ C．Y接太阳能电池N极 D．每转移1 mol电子，图2右池溶液中n(H＋)的变化量为4 mol [答案]　B 类型二　多膜电解池 2．(2023·石家庄质检)利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．P极、Q极分别为阴极、阳极 B．A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜 C．a极上的反应为CH4－4e－＋4O2-===CO2＋2H2O D．理论上，a极消耗2.24 L甲烷，P极产生0.4 mol Cl2 B　[由装置图知左边装置：甲烷燃料电池装置，属于原电池，a极为负极，电极反应为CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O，b极为正极，电极反应为O2＋4e－===2O2-；右边装置：电解池装置，P极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Q极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。P极与燃料电池正极相连，为电解池的阳极，Q极为阴极，A错误；Ca2+通过A膜向产品室移动，原料室中的Na＋通过C膜向阴极室移动，通过B膜向产品室移动，A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B正确；a极为负极，电极反应为CH4－8e－＋4O2-===CO2＋2H2O，C错误；题中未说明温度、压强，无法计算2.24 L甲烷的物质的量(若题目中说明CH4为标准状况下的气体，则甲烷是0.1 mol，整个电路中通过的电子数目相等，消耗0.1 mol甲烷时，电路中通过0.8 mol电子，P极得到0.4 mol Cl2)，D