上篇专题3 选择题突破3.3 电化学中的多室、多池装置（PPT课件）-【创新教程】2025年高考化学大二轮专题增分方案（单选）

2025-01-13

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3.电化学中的多室、多池装置上篇专题三电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学课时作业 01 化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学 1．“膜”在电化学中的应用 (1)常见的“膜”及功能交换膜类型阳膜阴膜双极膜特定的交换膜允许通过的离子及移动方向阳离子eq \o(――→,\s\up17(移向))原电池的正极(电解池的阴极) 阴离子eq \o(――→,\s\up17(移向))原电池的负极(电解池的阳极) 中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极(电解池的阴极)，OH－移向原电池的负极(电解池的阳极) 只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H＋通过，氯离子交换膜只允许Cl－通过通性无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极功能离子有选择性的定向移动，使整个溶液的离子电荷守恒 (2)“膜”种类的判断 ①离子从“生成区”移向“消耗区”(以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示) ②离子从“原料区”移向“产品区”(以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示) ③离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区(以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极) 2．电化学计算 (1)得失电子守恒法计算原理：电路中转移的电子数＝电极上得失电子数。形式：利用电极反应式、总反应式确定比例关系。如4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～4Cl－～4OH－～4H＋～2Cu2＋～4Ag＋。守恒法计算与转化率相结合，如： [2022·重庆T17(3)]反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)在工业上有重要应用。该反应可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。同温同压下，相同时间内，若进口Ⅰ处n(CO)∶n(H2O)＝a∶b，出口Ⅰ处气体体积为进口Ⅰ处的y倍，则CO的转化率为eq \f(1－ya＋b,a)(用a、b、y表示)。 (2)计算膜两侧溶液质量变化——勿忽略离子迁移有“膜”计算是高考的难点，如： (2021·广东T16改编)水溶液中电解制备金属钴的装置示意图如图所示。工作时，Ⅱ室溶液的pH减小；电解总反应为2Co2＋＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电))2Co＋O2↑＋4H＋。当生成1 mol Co时，Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g。注意气体的排出(质量变小)、吸收(质量变大)、固体的析出(溶液质量变小)、固体溶解(溶液质量变大)，尤其不能忽略通过膜的转移移出(溶液质量变小)、移入(溶液质量变大)。 3．法拉第效率法拉第效率(Faraday efficiency)是电化学中的一个重要概念，它指的是实际生成物与理论生成物的百分比。这个指标用于评估电化学反应中的能量转化效率，在实际应用中，由于存在各种电阻损耗和副反应，法拉第效率通常低于100%。 ηF＝eq \f(NF,NT)＝eq \f(m×n×F,I×t)×100% NF：实际消耗电荷量 NT：流过外电路总电荷量 m：相关产物的摩尔数 n：反应转移的电子数 F：法拉第常数　96 485 C/mol I：平均电流密度 t：反应时间 4．电子空穴 5．参比电极参比电极，reference electrode，测量各种电极电势时作为参照比较的电极。将被测定的电极与精确已知电极电势数值的参比电极构成电池，测定电池电动势数值，就可计算出被测定电极的电极电势。 1．(湿法冶铁|2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是(　　) A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高 C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g 解析：C　[右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为：Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为：Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3 mol×71 g·mol－1＋6 mol×23 g·mol－1＝351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6 mol×23 g·mol－1＝138 g，D正确。] 2．(隔膜与浓度差电池|2023·山东卷)(双选)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响解析：CD　[ 向甲室加入足量氨水后电池开始工作(突破口：溶解Cu，失电子)，甲室Cu电极溶解生成铜离子，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；因需要在甲室中实现CuSO4溶液的再生，故需要乙室中的SOeq \o\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入甲室，故B错误；负极反应是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，浓度差电池电动势降低、得电子能力减弱，因此将对电动势产生影响，故D正确。] 3．(电子空穴|2022·全国乙卷)LiO2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电LiO2电池(如图所示)，光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2↑)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　) A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2↑ B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2 解析：C　[充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2↑)，即阴、阳电极反应式相加得到充电时总反应：Li2O2===2Li＋O2↑，由题图可知，放电时Li→Li＋，失去电子，金属Li电极为负极，O2→Li2O2，氧气得到电子，光催化电极为正极。A.充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2↑)，总反应可用阴、阳电极反应式相加，方程式为：Li2O2===2Li＋O2，故A正确； B.充电时，电子驱动阴极反应，空穴驱动阳极反应，即充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，故B正确；C.放电时，相当于原电池，阳离子移向正极，阴离子移向负极，正极为光催化电极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，故C错误；D.放电时总反应与充电时相反，方程式为2Li＋O2===Li2O2，正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，故D正确。] 4．(参比电极|2022·浙江1月卷)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入AgAgCl电极)和另一AgAgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059。下列说法正确的是(　　) A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化 C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D．pH计工作时，电能转化为化学能解析：C　[A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B.已知pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C.pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；D.pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；答案选C。] 1．(多膜提纯|2024·聊城模拟三)镍离子(Ni2＋)和钴离子(Co2＋)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的Co2＋和Ni2＋分离，装置如图。已知Co2＋和乙酰丙酮不反应，下列说法错误的是(　　) A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 B．通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大 C．Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Ni(CH3COCHCOCH3)2＋2H2O D．通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体，双极膜内减少18 g H2O 解析：B　[题图所示为电解池，根据溶液中OH－和H＋移动方向，左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，Ⅱ室为原料室，膜b为阳离子交换膜，Co2＋、Ni2＋进入到Ⅲ室，Co2＋和乙酰丙酮不反应，Ni2＋和乙酰丙酮反应。根据以上分析，膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜，A正确；石墨N为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，Ⅳ室内消耗的H＋与转移过来的H＋相等，所以硫酸浓度不变，B错误；由题中信息可知，Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Ni(CH3COCHCOCH3)2＋2H2O，C正确；通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体，即0.5 mol H2，透过双极膜H＋1 mol，双极膜内减少1 mol即18 g H2O，D正确。] 2．(双极膜—协同电池|2024·东北三省四城市联考)某团队利用光电催化脱除SO2与制备H2O2相耦合，高效协同转化过程如图。(BPM可将水解离为H＋和OH－，向两极移动)(　　) 已知：①2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)　ΔGθ＝＋233.6 kJ/mol ②2OH－(aq)＋SO2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋H2O(l)　ΔGθ＝－374.4 kJ/mol 下列说法正确的是(　　) A．αFe2O3是负极，电势更高 B．正极区每消耗22.4 L氧气，转移2 mol e－ C．当生成0.1 mol H2O2时，负极区溶液增加6.4 g D．总反应SO2(g)＋O2(g)＋2OH－(aq)===SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋H2O2(aq)，该过程为自发过程解析：D　[由图示信息可知αFe2O3上SOeq \o\al(2－,3)中硫失电子生成SOeq \o\al(2－,4)，αFe2O3为负极，负极电势低于正极电势，故A错误；气体没有说明是标准状况下，不能根据气体体积确定气体的物质的量，故B错误；正极反应：2H＋＋O2＋2e－===H2O2，生成0.1 mol H2O2时，转移0.2 mol电子，结合负极反应：4OH－＋SO2－2e－===SOeq \o\al(2－,4)＋2H2O，转移0.2 mol电子时，负极吸收0.1 mol二氧化硫，同时双极膜电离出0.2 mol OH－进入负极区，负极区溶液增加的质量为64 g·mol－1×0.1 mol＋17 g·mol－1×0.2 mol＝9.8 g，故C错误；根据盖斯定律可知，总反应可由eq \f(1,2)×①＋②得到，总反应的ΔGθ＝eq \f(1,2)ΔGθ(①)＋ΔGθ(②)＝eq \f(1,2)×(＋233.6 kJ/mol)＋(－374.4 kJ/mol)＝－257.6 kJ/mol，ΔG＜0，反应可自发进行，故D正确。] 3．(甲烷重整电子空穴)光催化甲烷重整技术利用太阳光作为反应动力。以Rh/SrTiO3为载体，激发产生电子(e－)空穴(h＋)，反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该催化重整过程中，C原子的成键数目不变 B．CO2在Rh上发生还原反应 C．在SrTiO3表面，每生成1 mol CO，向空穴转移电子数为2NA D．该反应可表示为CO2＋CH4eq \o(=====,\s\up17(Rh/SrTiO3),\s\do15(光))2CO＋2H2 解析：A　[A.CH4转化为CO时，C原子的成键数目减少，所以该催化重整过程中，C原子的成键数目发生改变，故A错误；B.CO2在Rh上发生反应生成CO，C元素的化合价降低，所以CO2在Rh上发生还原反应，故B正确；C.在SrTiO3表面，发生的反应为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，则每生成1 mol CO，向空穴转移电子数为2NA，故C正确；D.由题图可知，CO2与CH4反应生成CO和H2，故D正确。] $$

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