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第43讲 多池、多室的电化学装置-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材）
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这是一份第43讲 多池、多室的电化学装置-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材），共37页。PPT课件主要包含了复习目标，内容索引，专项突破，归纳整合，二次电池的充电，多室装置的分析等内容，欢迎下载使用。
1.了解串联装置的连接特点，了解离子交换膜的特点及作用。2.掌握多池、多室问题分析的一般方法。3.能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
考点二 多室装置的分析
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1.常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
充电时， “正接正，负接负”。
放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
注意: 充电、放电不是可逆反应。
4OH－～O2～4Cl－～ 2Cl2～4H＋～2H2～2Cu～4Ag
3.电化学计算的电子守恒
如以电路中通过4 ml e－为桥梁可构建以下关系式：
1.如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2=N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成B.甲池中负极反应式为N2H4－4e-=N2＋4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均减小D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
Cu2++2e-=Cu
N2H4+O2=N2＋2H2O
(1)放电时，正极的电极反应式是 。电解液中H2SO4的浓度将变_____；当外电路通过1 ml电子时，理论上负极板的质量增加____ g。
PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－=PbSO4＋2H2O
2.铅酸蓄电池是典型的可充电电池，正、负极是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
0.5 ml×96 g·ml－1＝48 g
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成____，B电极上生成______，此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将______(填“不变”或“对换”)。
阴极:PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-
阳极:2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
(1)电源中X为直流电源的___极。
3.在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(2)pH变化：A_____(填“增大”“减小”或“不变”,下同)，B_____，C_____。
A:电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大
B:电解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小
C:实质是给铜镀银,AgNO3溶液浓度基本不变,pH不变。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。
电路中通过0.02 ml电子
x＋3y＝0.01 (气体体积)
4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)
解得x=y=0.002 5
n(CuSO4)=0.005 ml
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为____(设电解前后溶液体积无变化)。
(1)甲池为 (填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为 。
1.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。
CH3OH + 8OH-－6e-= CO32-+ 6H2O
(2)当乙池中C极质量减轻10.8g时,甲池中B电极理论上消耗O2的体积为 mL(标况) (3)一段时间后,断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是 。 A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．Cu2(0H)2CO3
(4)丙池中F电极为 极，该池的总反应方程式为 。
(5)一段时间后,断开电键K。下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是 。 A. Cu B. CuO C. Cu(OH)2 D. CuCO3 E. Cu2(OH)2CO3
2.如图所示的装置中，试管A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D 为夹在滤纸两端的铂夹，E为一张用Na2SO4溶液湿润的滤纸（中央滴几滴 KMnO4溶液），X、Y分别为直流电源的两极。若在A、B中充满NaOH溶液后倒立于盛有NaOH溶液的水槽中，切断K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示。则
Na2SO4溶液湿润的滤纸
1)标出电源的正负极：X为 ___极，Y为___极2)写出电极反应式:A极 ，B极 .3)预计滤纸E上有什么现象？ .
4OH-－4e-＝2H2O+O2↑
两极均有气体产生，D极区紫红色加深。
[SO42-、MnO4-、OH-]
[Na+ 、K+ 、H+]
2H2O-4e-＝O2↑+4H+
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
4)若E为一张用淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液湿润的滤纸，则右侧装置中滤纸上的现象是什么？ ,
淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液
2 I－－2e－＝ I2
请写出电极反应___________,总反应的化学方程式:____________________
C极区有气体产生，溶液变红色；D极区呈蓝色。
2KI+2H2O＝＝2KOH+ H2↑+I2
5)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，此时断开K2、K3，闭合K1，则电流表指针是否发生偏转（填“是”或“否”）_____，其理由是 。
左侧电路中构成了氢氧燃料电池
3.如图，A、B两电解槽，当通电一段时间后，若A中Cu电极质量增加128克，则(1)B中Ag电极上的质量增加 克？ (2)电路中通过导线的电量为 库仑？ (已知电子电荷1.60×10－19C)
阴 阳 阴 阳
Q＝n(e－) ×NA×1.60×10－19C
= 4 ×6.02×1023×1.60×10－19C
归纳 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t 和Q＝n(e－) ×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
[扩展] 在上图中增加一个C电解槽(如图)，其中三个电解槽中电极大小、形状、间距均相同，B、C溶液浓度、体积相同。当通电一段时间后，若A中Cu电极质量增加128克,则B中Ag电极上的质量增加 克？
注意：此时，电路中B和C并联，再与A串联
归纳:利用电子守恒时，一定要注意电解池是串联还是并联。
4. 新型高效甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和NaCl溶液电解实验，如图所示．回答下列问题：
1) 甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为: 、 ．
CH4+10OH--8e- = CO32-+7H2O
2O2+4H2O+8e- = 8OH-
阳 阴
2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解NaCl溶液的总反应方程式为 .
3) 若每个电池CH4通过量为1L(标准状况), 且反应完全 , 则理论上通过电解池的电量为 (法拉第常数F=9.65×l04C/ml).最多能产生的氯气体积为 L（标准状况）．
根据关系式1 ml CH4～8 ml e-～4 ml Cl2计算
注意: 题中虽然有两个甲烷燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算
×9.65×104C/ml
考点二 多室装置的分析
→为实现特定功能需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池分隔成两个或多个相对独立的室。
1.离子交换膜的分类和应用
2.分析某室质量变化的关键
分析某室质量的变化，既要考虑该区(或该电极)的化学反应，又要考虑通过“交换膜”的离子带来的质量变化。
1.钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是A.放电时，Na＋通过交换膜向N极移动B.充电时，光照可促进电子的转移C.充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I--2e-=I3-D.放电时，若负极室有2 ml阴离子发生反应，则电路中转移2 ml电子
放电时负极反应式为4S2-－6e-=S42-
2.我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是
A.电极电势：Zn/ZnO电极解析:正极:NO+5e-+5H+=NH3↑+H2O
正极区消耗的H+源于双极膜解离出的H+，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小
3.以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：右述装置工作时，下列有关说法正确的是
A.乙池电极接电源正极，气体X为H2B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池C.NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小D.甲池电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑
阴极:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
阳极:2H2O-4e-+4CO32-=O2↑+4HCO3-
4.污水资源化利用既可以缓解水的供需矛盾，又可以减少水污染。化学工作者提出采用电解法除去工业污水中的NaCN，其原理如图所示，通电前先向污水中加入适量食盐并调整其pH维持碱性(CN-不参与电极反应)。下列说法正确的是
A.b为电源的负极B.隔膜Ⅰ为阴离子交换膜C.X为H2,电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-D.当生成2.24LN2时,电路中通过1ml电子
ClO-再氧化CN-为N2
阳极:Cl--2e-+2OH-=ClO-+H2O
1.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。下列叙述不正确的是( )
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜B.阳极室、阴极室的产品分别是NaOH、HNO3C.阳极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑D.该装置工作时，电路中每转移0.2 ml电子， 两极共生成气体3.36 L(标准状况)
阴极室:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
阳极室:2H2O-4e-=O2↑+4H+
2. H3BO3为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－=B(OH)4-，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A.当电路中通过1ml电子时，可得到1mlH3BO3B.将电源的正负极反接，工作原理不变C.阴极室的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+D.B(OH)4－穿过阴膜进入阴极室， Na＋穿过阳膜进入产品室
1.了解串联装置的连接特点，了解离子交换膜的特点及作用。2.掌握多池、多室问题分析的一般方法。3.能熟练用电子守恒、关系式法等进行有关电化学计算。
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
考点二 多室装置的分析
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1.常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
充电时， “正接正，负接负”。
放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
注意: 充电、放电不是可逆反应。
4OH－～O2～4Cl－～ 2Cl2～4H＋～2H2～2Cu～4Ag
3.电化学计算的电子守恒
如以电路中通过4 ml e－为桥梁可构建以下关系式：
1.如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2=N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成B.甲池中负极反应式为N2H4－4e-=N2＋4H+C.甲池和乙池中溶液的pH均减小D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
Cu2++2e-=Cu
N2H4+O2=N2＋2H2O
(1)放电时，正极的电极反应式是 。电解液中H2SO4的浓度将变_____；当外电路通过1 ml电子时，理论上负极板的质量增加____ g。
PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－=PbSO4＋2H2O
2.铅酸蓄电池是典型的可充电电池，正、负极是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
0.5 ml×96 g·ml－1＝48 g
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成____，B电极上生成______，此时铅酸蓄电池的正、负极的极性将______(填“不变”或“对换”)。
阴极:PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-
阳极:2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
(1)电源中X为直流电源的___极。
3.在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(2)pH变化：A_____(填“增大”“减小”或“不变”,下同)，B_____，C_____。
A:电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大
B:电解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小
C:实质是给铜镀银,AgNO3溶液浓度基本不变,pH不变。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。
电路中通过0.02 ml电子
x＋3y＝0.01 (气体体积)
4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)
解得x=y=0.002 5
n(CuSO4)=0.005 ml
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为____(设电解前后溶液体积无变化)。
(1)甲池为 (填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为 。
1.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。
CH3OH + 8OH-－6e-= CO32-+ 6H2O
(2)当乙池中C极质量减轻10.8g时,甲池中B电极理论上消耗O2的体积为 mL(标况) (3)一段时间后,断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是 。 A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．Cu2(0H)2CO3
(4)丙池中F电极为 极，该池的总反应方程式为 。
(5)一段时间后,断开电键K。下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是 。 A. Cu B. CuO C. Cu(OH)2 D. CuCO3 E. Cu2(OH)2CO3
2.如图所示的装置中，试管A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D 为夹在滤纸两端的铂夹，E为一张用Na2SO4溶液湿润的滤纸（中央滴几滴 KMnO4溶液），X、Y分别为直流电源的两极。若在A、B中充满NaOH溶液后倒立于盛有NaOH溶液的水槽中，切断K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示。则
Na2SO4溶液湿润的滤纸
1)标出电源的正负极：X为 ___极，Y为___极2)写出电极反应式:A极 ，B极 .3)预计滤纸E上有什么现象？ .
4OH-－4e-＝2H2O+O2↑
两极均有气体产生，D极区紫红色加深。
[SO42-、MnO4-、OH-]
[Na+ 、K+ 、H+]
2H2O-4e-＝O2↑+4H+
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
4)若E为一张用淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液湿润的滤纸，则右侧装置中滤纸上的现象是什么？ ,
淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液
2 I－－2e－＝ I2
请写出电极反应___________,总反应的化学方程式:____________________
C极区有气体产生，溶液变红色；D极区呈蓝色。
2KI+2H2O＝＝2KOH+ H2↑+I2
5)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，此时断开K2、K3，闭合K1，则电流表指针是否发生偏转（填“是”或“否”）_____，其理由是 。
左侧电路中构成了氢氧燃料电池
3.如图，A、B两电解槽，当通电一段时间后，若A中Cu电极质量增加128克，则(1)B中Ag电极上的质量增加 克？ (2)电路中通过导线的电量为 库仑？ (已知电子电荷1.60×10－19C)
阴 阳 阴 阳
Q＝n(e－) ×NA×1.60×10－19C
= 4 ×6.02×1023×1.60×10－19C
归纳 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t 和Q＝n(e－) ×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
[扩展] 在上图中增加一个C电解槽(如图)，其中三个电解槽中电极大小、形状、间距均相同，B、C溶液浓度、体积相同。当通电一段时间后，若A中Cu电极质量增加128克,则B中Ag电极上的质量增加 克？
注意：此时，电路中B和C并联，再与A串联
归纳:利用电子守恒时，一定要注意电解池是串联还是并联。
4. 新型高效甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和NaCl溶液电解实验，如图所示．回答下列问题：
1) 甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为: 、 ．
CH4+10OH--8e- = CO32-+7H2O
2O2+4H2O+8e- = 8OH-
阳 阴
2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解NaCl溶液的总反应方程式为 .
3) 若每个电池CH4通过量为1L(标准状况), 且反应完全 , 则理论上通过电解池的电量为 (法拉第常数F=9.65×l04C/ml).最多能产生的氯气体积为 L（标准状况）．
根据关系式1 ml CH4～8 ml e-～4 ml Cl2计算
注意: 题中虽然有两个甲烷燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算
×9.65×104C/ml
考点二 多室装置的分析
→为实现特定功能需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池分隔成两个或多个相对独立的室。
1.离子交换膜的分类和应用
2.分析某室质量变化的关键
分析某室质量的变化，既要考虑该区(或该电极)的化学反应，又要考虑通过“交换膜”的离子带来的质量变化。
1.钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是A.放电时，Na＋通过交换膜向N极移动B.充电时，光照可促进电子的转移C.充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I--2e-=I3-D.放电时，若负极室有2 ml阴离子发生反应，则电路中转移2 ml电子
放电时负极反应式为4S2-－6e-=S42-
2.我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是
A.电极电势：Zn/ZnO电极
正极区消耗的H+源于双极膜解离出的H+，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小
3.以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：右述装置工作时，下列有关说法正确的是
A.乙池电极接电源正极，气体X为H2B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池C.NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小D.甲池电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑
阴极:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
阳极:2H2O-4e-+4CO32-=O2↑+4HCO3-
4.污水资源化利用既可以缓解水的供需矛盾，又可以减少水污染。化学工作者提出采用电解法除去工业污水中的NaCN，其原理如图所示，通电前先向污水中加入适量食盐并调整其pH维持碱性(CN-不参与电极反应)。下列说法正确的是
A.b为电源的负极B.隔膜Ⅰ为阴离子交换膜C.X为H2,电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-D.当生成2.24LN2时,电路中通过1ml电子
ClO-再氧化CN-为N2
阳极:Cl--2e-+2OH-=ClO-+H2O
1.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。下列叙述不正确的是( )
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜B.阳极室、阴极室的产品分别是NaOH、HNO3C.阳极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑D.该装置工作时，电路中每转移0.2 ml电子， 两极共生成气体3.36 L(标准状况)
阴极室:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
阳极室:2H2O-4e-=O2↑+4H+
2. H3BO3为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－=B(OH)4-，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A.当电路中通过1ml电子时，可得到1mlH3BO3B.将电源的正负极反接，工作原理不变C.阴极室的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+D.B(OH)4－穿过阴膜进入阴极室， Na＋穿过阳膜进入产品室
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