2020-2021学年人教版选修4第四章电化学基础章末复习课课件(25张)

4.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法 不正确的是( ) 已知:①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解, ②氧化性:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)。 A.石墨棒上发生的电极反应:4OH--4e-====O2↑+2H2O B.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH C.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变
【解析】选A。根据把污水注入反应池,细菌就可将污水中的有机物分解,在此 过程中释放出电子、质子和乙,则B电极为负极,A错误,D正确;有机物含碳元素, 气体乙可能为CO2,B正确;燃料电池中O2在正极得电子,C正确。
2.新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分,LiFePO4电池是新能源汽车关键
部件之一,其工作原理如图所示,电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LixC6
(2)三室电解池
以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例,实质是电解水,
4KNO3+6H2O
电解
====
2H2↑+4KOH+O2↑+4HNO3。其原理如图所示:
①写出阴极的电极反应式,并分析ab膜是什么离子交换膜? 提示:2H++2e-====H2↑ 阳。阴极的电极反应式为2H++2e-====H2↑(放氢生碱), 中间隔室的K+向阴极迁移,得到KOH溶液,阴极区溶液的pH增大,ab膜为阳离子交 换膜。 ②写出阳极的电极反应式,并分析cd膜是什么离子交换膜? 提示:4OH--4e-====O2↑+2H2O 阴。阳极的电极反应式为4OH--4e-====O2↑ +2H2O(放氧生酸),中间隔室的 NO3向阳极迁移,得到HNO3溶液,阳极区溶液的 pH减小,cd膜为阴离子交换膜。
5.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如下图所示装置是利用浓 差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和 NaOH。下列说法不正确的是( )
A.a电极的电极反应为2H++2e-====H2↑ B.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C.电池放电过程中,Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-====Cu D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得320 g NaOH
O
2
通过阴离子交换膜进入产品室,与H+结合生成弱电解质H3PO2。
③原料室中的Na+如何迁移?
提示:原料室中的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室。
应用实践·提升素养
1.一种处理污水的燃料电池模型如图所示。该电池工作时,只需把污水注入反 应池,细菌就可将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子、质子和乙。下 列叙述不正确的是( ) A.电极B为正极 B.气体乙可能为CO2 C.O2在A电极得电子 D.电池工作时,B电极附近的pH逐渐减小
【解析】选C。石墨棒为电解池的阳极,4OH--4e-====O2↑+2H2O,A正确;由于氧 化性Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),若H+浓度过大,则阴极2H++2e-====H2↑,降 低Ni的产率,B正确;电解时,A中Na+透过阳离子膜进入B中,C中Cl-透过阴离子膜 进入B中,故B中NaCl溶液的物质的量浓度增大,C错误;若将图中阳离子膜去掉,A、 B两室合并,C中Cl-将透过阴离子膜向阳极(石墨棒)移动,则阳极电极反应式为 2Cl--2e-====Cl2↑,故电解反应总方程式发生改变,D正确。
(4)电渗析法的主要原理是什么? 提示:在电场作用下,海水中的阳离子趋向阴极,阴离子趋向阳极,但在阴膜和阳 膜的选择性透过作用下,使有的间隔内离子浓度变小,从而使海水淡化。 (5)该装置产生的浓水能否直接排放?为什么? 提示:不能。产生的浓水中含大量盐分,直接排放可能会改变水质、导致土壤盐 碱化。
3.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH4 ,模拟装置如图所 示。下列说法正确的是( ) A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.阴极的电极反应式为4OH--4e-====O2↑+2H2O C.电解一段时间后,阴极室溶液的pH升高 D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
(三)多室电解池的离子交换膜 多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而 限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室等,以达到浓缩、净化、 提纯以及电化学合成的目的。 (1)两室电解池 用惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液的原理如图所示:
①判断甲、乙的电极名称。
章末复习课 第四章
主题整合·践行素养
以“离子交换膜在电化学中的功能”为例复习化学能与电能的相互转化
【知识体系建构】
【主题互动探究】 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分
子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性,所以也称为离子选 择透过性膜。1950年W.朱达首先合成了离子交换膜,1956年首次成功地用于电 渗析脱盐工艺上。离子交换膜在中学电化学中有着重要的应用。
【解析】选C。阳极上Fe发生氧化反应生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;
阴极上H+发生还原反应:2H++2e-====H2↑,电解一段时间后,阴极室溶液的pH升
高,
NH
4
透过阳离子选择透过膜进入阴极室,Biblioteka 极室溶液中的溶质可能有H3PO4、
NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4等,B、D错误,C正确。
【解析】选D。由相同金属及其不同浓度盐溶液组成的电池,称浓差电池。电子 由溶液浓度较小的一极(负极)流向浓度较大的一极(正极),则Cu(2)是负极,a 是阴极,电极反应式为2H++2e-====H2↑,b是阳极,电极反应式为4OH--4e-==== O2↑+2H2O,A正确;c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜,B正确; 电池放电过程中,Cu(1)是正极,电极上的电极反应为Cu2++2e-====Cu,C正确;浓 差电池放电时,两个电极区的硫酸铜溶液浓度完全相等时,停止放电,正极区 CuSO4溶液的浓度由2.5 mol·L-1降低到(2.5 mol·L-1+0.5 mol·L-1)÷2 =1.5 mol·L-1时,负极区CuSO4溶液由0.5 mol·L-1升高到1.5 mol·L-1,电路中 转移电子的物质的量是(2.5 mol·L-1-1.5 mol·L-1)×2 L×2=4 mol,即阴极 区得4 mol NaOH质量是160 g,D错误。
(二)新型化学电源 我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如 图。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。
(1)a电极充电时,接电源的哪一极?写出放电时a电极反应式。 提示:正 I2Br-+2e-====2I-+Br-。Zn2+移向左侧,a极是正极,充电时,接外电源 的正极,放电时电极反应式为I2Br-+2e-====2I-+Br-。 (2)放电时,溶液中离子的数目如何变化? 提示:增多。放电时,负极Zn-2e-====Zn2+,负极、正极的离子数目都增多。 (3)充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中I-被氧化的物质的量是多少? 提示:0.02 mol 。充电时,b极的电极反应式为Zn2++2e-====Zn,每增重0.65 g, 转移电子0.02 mol,则有0.02 mol I-被氧化。
(一)电渗析法—海水淡化 自然环境提供的能够为人类利用的淡水资源并不丰富,而且淡水资源缺乏的形 势日益严峻。地球的海水总量约为1.3×109亿吨,是人类最大的水资源库。电 渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术,其原理如图所示:
(1)海水能否直接通入装置中,为什么? 提示:不能。海水中有些悬浮杂质不能用离子交换除去,必须经过沉降、过滤后 才能进入淡化装置。 (2)a、b分别是电源的哪一极? 提示:负 正。 (3)①是淡水室还是浓水室?Ⅱ口排出的水是淡水还是浓水? 提示:淡水 浓水。
提示:根据Na+移向的乙电极是阴极,左侧有氧气生成的甲电极是阳极。 ②A是什么物质?写出甲的电极反应式。
提示:H2 4 CO32-4e-+2H2O====4 HCO3+O2↑。阴极放氢得2H++2e-====H2↑,A为 氢气;左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液,阳极放氧生酸得H+会与 CO32结合生成 HCO3:4 CO32-4e-+2H2O====4 HCO3+O2↑。
放电 充电
LiFePO4+6C。下列说法错误的是( )
A.充电时,电极a与电源负极连接,电极b与电源正极连接
B.电池工作时,正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-====LiFePO4 C.电池工作时,负极材料质量减少1.4 g,转移0.4 mol电子
D.电池进水将会大大降低使用寿命
(3)四室电解池 用四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)的工作原理如图所示:
①写出电解稀硫酸的阳极、电解NaOH稀溶液的阴极的电极反应式。 提示:4OH--4e-====O2↑+2H2O 2H++2e-====H2↑。
②H3PO2(次磷酸)是如何生成的?
提示:阳极室OH-放电,产生的H+通过阳离子交换膜进入产品室,原料室中的H2P
【解析】选C。放电时Li+向电极b移动,则电极b为正极,电极a为负极,充电时, 电极a与电源负极连接,电极b与电源正极连接,A正确;电池工作时,Li+向正极移 动,正极上Li1-xFePO4发生还原反应:Li1-xFePO4+xLi++xe-====LiFePO4,B正确;电 池工作时,负极反应为LixC6-xe-====xLi++6C,负极材料质量减少1.4 g,说明有 0.2 mol Li+生成,则转移0.2 mol电子,C错误;因为Li的金属性很强,容易与水 发生反应,所以电池进水将会大大降低使用寿命,D正确。