電化學原理的綜合應(yīng)用第2課時1.利用電化學原理制備物質(zhì)、處理污水和有害物質(zhì)。2.能夠書寫新情景下的電極反應(yīng)式。書寫物質(zhì)制備和環(huán)保等新情景下的電極反應(yīng)式。[學習目標][重點難點]電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用1.電解原理常用于物質(zhì)的制備，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，電解原理能使許多不能自發(fā)的反應(yīng)得以實現(xiàn)。工業(yè)上常用多室電解池制備物質(zhì)，多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達到濃縮、凈化、提純及電化學合成的目的。導學2.多室電解池的分析思路1.一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。下列說法正確的是A.a為直流電源的正極B.陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑C.工作時，乙池中溶液的pH不變D.若有1mol離子通過A膜，理論上陽極生成0.25mol氣體導練√C項，工作時，甲池中硫酸根離子移向乙池，丙池中氫離子移向乙池，乙池中硫酸濃度增大，溶液的pH減小，錯誤；D項，若有1mol離子通過A膜，即丙池產(chǎn)生1mol氫離子，則理論上陽極生成0.25mol氧氣，正確。A項，電解法制備鉻，則Cr電極應(yīng)該是陰極，即a為直流電源的負極，錯誤；B項，陰極反應(yīng)式為Cr3＋＋3e－===Cr，錯誤；2.NaClO2(亞氯酸鈉)是常用的消毒劑和漂白劑，工業(yè)上可采用電解法制備，工作原理如圖所示。下列敘述正確的是A.若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極為PbB.陽極反應(yīng)式為ClO2＋e－===C.交換膜左側(cè)NaOH的物質(zhì)的量不變，氣體X為Cl2D.制備18.1gNaClO2時理論上有0.2molNa＋由交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移√由總反應(yīng)式2ClO2＋2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交換膜左邊NaOH的物質(zhì)的量不變，在陽極上氯離子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣，氣體X為Cl2，故B錯誤、C正確；Na＋由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，故D錯誤。二氧化氯轉(zhuǎn)化為NaClO2(亞氯酸鈉)的過程發(fā)生了還原反應(yīng)，應(yīng)該發(fā)生在陰極，所以a是負極，b是正極，若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極為正極，應(yīng)該是PbO2，故A錯誤；3.H3PO2可用電滲析法制備，“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：(1)寫出陽極的電極反應(yīng)式：________________________。(2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因：__________________________________________________________________________________________。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有_____雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是_____________________。2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

陽極室的H＋穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的

穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成H3PO2電化學原理在污水處理中的應(yīng)用導學電化學技術(shù)的基本原理是使水體污染物在電極上發(fā)生直接電化學反應(yīng)或間接電化學反應(yīng)而得到轉(zhuǎn)化，從而達到削減和去除污染物的目的。導練√根據(jù)題意分析可知，X電極材料為鐵，Y電極材料為石墨。若X、Y電極材料連接反了，鐵就不能失電子變?yōu)殡x子，也就不能生成FePO4，A錯誤；Y極為石墨，該電極上發(fā)生還原反應(yīng)，B錯誤；電解過程中Y極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，氫離子濃度減小，溶液的pH變大，C錯誤；鐵在陽極失電子變?yōu)镕e2＋，通入的氧氣把Fe2＋氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋與

反應(yīng)生成FePO4，D正確。2.工業(yè)上，在強堿性條件下用電解法除去廢水中的CN－，裝置如圖所示，依次發(fā)生的反應(yīng)有：ⅰ.CN－－2e－＋2OH－===CNO－＋H2Oⅱ.2Cl－－2e－===Cl2↑ⅲ.3Cl2＋2CNO－＋8OH－===N2＋6Cl－＋＋4H2O(1)a為電源____極。正電解時鐵電極作陰極，則b為電源負極，a為電源正極。(2)通電過程中溶液pH不斷________(填“增大”“減小”或“不變”)。陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，根據(jù)反應(yīng)ⅰ、ⅱ、ⅲ及陰極反應(yīng)式可知，通電過程中消耗OH－的量大于生成OH－的量，故溶液pH不斷減小。減小(3)除去1molCN－，外電路中至少需要轉(zhuǎn)移___mol電子。5(4)為了使電解池連續(xù)工作，需要不斷補充_____________。NaOH和NaCl通電過程中OH－不斷被消耗，且有部分Cl2逸出，為了使電解池連續(xù)工作，需要不斷補充NaOH和NaCl。電化學原理在環(huán)境保護中的應(yīng)用利用電化學原理把污染物去除或把有毒物質(zhì)變?yōu)闊o毒或低毒物質(zhì)，具有易于控制、無污染或少污染、高度靈活性和經(jīng)濟性等優(yōu)點。導學導練1.我國科學家在太陽能光電催化—化學耦合分解H2S研究中獲得新進展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法不正確的是B.能量轉(zhuǎn)化方式主要為“光能→電能→化學能”C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋D.a極區(qū)需不斷補充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液√該裝置發(fā)生的有關(guān)反應(yīng)為H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a極區(qū))、2Fe2＋－2e－===2Fe3＋(a極)、2H＋＋2e－===H2(b極)，結(jié)合反應(yīng)條件得到總反應(yīng)H2S

H2＋S，A正確；該制氫工藝中光能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為化學能，B正確；a電極上電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－===Fe3＋，C正確；a極區(qū)涉及兩步反應(yīng)，第一步利用氧化性強的Fe3＋高效捕獲H2S得到硫和還原性的Fe2＋，第二步是還原性的Fe2＋在a極表面失去電子生成氧化性強的Fe3＋，這兩步反應(yīng)反復(fù)循環(huán)進行，所以a極區(qū)無需補充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液，D錯誤。2.二氧化碳的轉(zhuǎn)化和利用是重要的研究課題。“碳達峰”“碳中和”“低碳”成為近年熱詞。(1)研究人員開發(fā)了一種新型的硼、氮共摻雜的多孔石墨烯材料作為正極催化劑的鋰二氧化碳二次電池，實現(xiàn)了碳酸鋰在電池中的高度可逆分解，減少CO2的排放，其裝置示意圖如圖1所示，放電時，正極反應(yīng)式為_______________________________。3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C(2)設(shè)計CO2熔鹽捕獲及電化學轉(zhuǎn)化裝置如圖2。a極的電極反應(yīng)式為_____________________________。12自我測試1.電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示，電極為惰性電極。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、

等離子。下列敘述中正確的是A.A膜是陽離子交換膜B.通電后，海水中陰離子向b電極處移動C.通電后，b電極上產(chǎn)生無色氣體，溶液中出現(xiàn)白色沉淀D.通電后，a電極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋√312自我測試B錯，通電后，海水中陰離子向陽極(a電極)處移動；C對，通電后，放電能力：H＋>Mg2＋>Ca2＋，所以H＋在陰極(b電極)上放電：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，產(chǎn)生無色氣體，由于破壞了附近水的電離平衡，在該區(qū)域c(OH－)增大，會發(fā)生反應(yīng)：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，所以溶液中會出現(xiàn)白色沉淀；D錯，通電后，放電能力：Cl－>OH－，所以在陽極發(fā)生反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑。A錯，a電極為電解池的陽極，且在電解池中陰離子向陽極移動，所以A膜是陰離子交換膜；3自我測試122.工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示。下列說法錯誤的是已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發(fā)生水解②氧化性：Ni2＋(高濃度)＞H＋＞Ni2＋(低濃度)A.碳棒上發(fā)生的電極反應(yīng)：4OH－

－4e－===O2↑＋2H2OB.電解過程中，B室中NaCl溶液的濃度將不斷減小C.為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pHD.若將陽離子膜去掉，電解時的陽極產(chǎn)物發(fā)生改變√3自我測試12由于C室中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從C室移向B室，A室中OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大，B錯誤；由于H＋氧化性大于Ni2＋(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水的pH，C正確；若去掉陽離子膜，在陽極Cl－首先放電生成Cl2，陽極產(chǎn)物發(fā)生改變，D正確。根據(jù)圖可知碳棒為陽極，陽極電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－===Ni、2H＋＋2e－===H2↑，A正確；3自我測試123.廚房垃圾發(fā)酵液可通過電滲析法處理，同時得到乳酸的原理如圖所示(圖中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。下列有關(guān)說法中正確的是A.交換膜Ⅰ為陰離子交換膜，A－從濃縮室通過交換膜Ⅰ向陽極移動B.交換膜Ⅱ為陽離子交換膜，H＋從濃縮室通過交換膜Ⅱ向陰極移動C.陽極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑D.400mL0.1mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升到0.6mol·L－1，則

陰極上產(chǎn)生的H2在標準狀況下的體積為4.48L√3自我測試12右邊電極反應(yīng)式為2H2O＋4e－===2OH－＋H2↑，溶液中A－從右側(cè)通過交換膜Ⅱ進入濃縮室，所以Ⅱ為陰離子交換膜，氫離子從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室，B錯誤；左邊電極上電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的H＋通過交換膜Ⅰ進入濃縮室，所以交換膜Ⅰ為陽離子交換膜，A－從陰極通過交換膜Ⅱ向濃縮室移動，A錯誤；3自我測試12400mL0.1mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃