學年蘇教版選修4專題第單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化（4張）

第4課時電解原理的應(yīng)用專題1第二單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化核心素養(yǎng)發(fā)展目標HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO1.變化觀念與平衡思想：通過對氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析，認識電能與化學能之間的能量轉(zhuǎn)化。2.證據(jù)推理與模型認知：建立電解應(yīng)用問題的分析思維模型和電解相關(guān)計算的思維模型，加深對電解原理的理解和應(yīng)用。新知導(dǎo)學啟迪思維探究規(guī)律達標檢測檢測評價達標過關(guān)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN01新知導(dǎo)學一、電解原理的應(yīng)用1.氯堿工業(yè)(1)概念：用電解

的方法來制取

，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)，稱為氯堿工業(yè)。(2)原理：①通電前，氯化鈉溶液中含有的離子是

。通電時，移向陽極的離子是

，移向陰極的離子是

。②陽極反應(yīng)式為

；陰極反應(yīng)式為

；因

放電，促進了水的電離，使陰極區(qū)溶液顯

性。飽和食鹽水氫氧化鈉、氫氣和氯氣Na＋、Cl－、H＋、OH－Cl－、OH－Na＋、H＋2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑H＋堿③電解的總反應(yīng)式化學方程式為

；離子方程式為

。2NaCl＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2NaOH2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－(3)氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程①陽離子交換膜電解槽②陽離子交換膜的作用：只允許Na＋等陽離子通過，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量和質(zhì)量。(1)氯堿工業(yè)規(guī)律的記憶口訣：氫氣燒堿出陰極，氯氣陽極相隔離。①因為陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2會發(fā)生反應(yīng)，Cl2和NaOH會發(fā)生反應(yīng)，因此工業(yè)上常用特殊的電解槽電解飽和食鹽水，一般用陽離子交換膜將電解槽分隔成兩部分，以避免電解產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)。②陽極區(qū)Cl－放電生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水會使陽極區(qū)呈酸性。相關(guān)鏈接(2)離子交換膜法制燒堿離子交換膜法電解飽和食鹽水制燒堿的主要原理是使用的陽離子交換膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H＋、Na＋通過，而Cl－、OH－和兩極產(chǎn)物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2相混合而導(dǎo)致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產(chǎn)物NaOH反應(yīng)而影響燒堿純度的作用，其裝置如圖所示。當接通電源后，在電場的作用下，帶負電的Cl－和OH－移向陽極，帶正電的Na＋和H＋移向陰極，在這種條件下，電極上發(fā)生的反應(yīng)分別為陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2H＋＋2e－===H2↑隨著電解的不斷進行，陰極區(qū)溶液的OH－濃度越來越大，并生成NaOH，電解飽和食鹽水的總反應(yīng)為2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2.電鍍(1)電鍍的概念：應(yīng)用

原理在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他

或

的過程。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，抗腐蝕性能增強。(2)某電鍍銀實驗裝置(電鍍池)如圖所示。請回答下列問題：①銀為

金屬，與直流電源的

相連，作陽極；待鍍金屬與直流電源的

相連，作陰極；含銀離子溶液為

，含有鍍層金屬離子。②陽極反應(yīng)式為

；陰極反應(yīng)式為

。電解金屬合金鍍層正極負極電鍍液Ag－e－===Ag＋Ag＋＋e－===Ag③可觀察到的現(xiàn)象是待鍍金屬表面

，銀

。④含銀離子溶液濃度的變化是

。鍍上一層光亮的銀不斷溶解不變(3)電鍍的特點是陽極參與電極反應(yīng)，電鍍過程中相關(guān)離子的濃度、溶液pH等保持不變。(1)電鍍規(guī)律記憶口訣：鍍層陽極待鍍陰，鍍層離子溶液跟。我與電解共原理，濃度不變要記真。(2)電鍍特點：“1多、1少、1不變”?！?多”是指陰極上有鍍層金屬沉積，“1少”是指陽極上有鍍層金屬溶解，“1不變”是指電解質(zhì)溶液的濃度不變。相關(guān)鏈接3.電解精煉銅(1)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì)，常用電解的方法進行精煉。電解池的構(gòu)成是用

作陽極，用

作陰極，用

作電解質(zhì)溶液。(2)陽極反應(yīng)式為

、

、

等；陰極反應(yīng)式為

。(3)電解精煉銅的原理：粗銅中比銅活潑的金屬

等，失去電子形成陽離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬

等，以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽的底部(形成陽極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。粗銅純銅硫酸銅溶液Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋Cu2＋＋2e－===Cu鋅、鐵銀、金4.電冶金(1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的

獲得電子，從它們的化合物中____出來。如Mn＋＋ne－===M。(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽溶液，應(yīng)電解其熔融態(tài)。如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉：陽極反應(yīng)式為

；陰極反應(yīng)式為

；總反應(yīng)方程式為2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑。金屬離子還原2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na歸納總結(jié)分析電解應(yīng)用問題的思維模型(1)看電池(所給裝置是電解池還是電鍍池)，分電極(由電源的正極和負極確定)；(2)析溶液(電解質(zhì)溶液中含有的離子)，判流向(電子的流向、離子移動方向)；(3)定微粒(確定兩極上發(fā)生反應(yīng)的微粒)，寫反應(yīng)(電極反應(yīng)式、總反應(yīng)方程式)。A.b為負極，d為陽極B.一段時間后，a和d電極附近溶液變紅C.b電極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑D.電解一段時間，當B中出現(xiàn)大量白色沉淀時，停止實驗，再將A中溶液倒入

B中混合，充分振蕩，沉淀全部消失例1化學實驗小組在學習化學電源和氯堿工業(yè)相關(guān)知識后，在實驗室進行實驗驗證。他們設(shè)計組裝了如圖所示裝置，已知a為石墨電極，b為鐵電極，c為鋁電極(已除去表面氧化膜)，d為多孔石墨電極，燒杯中是足量飽和食鹽水(滴有酚酞)，連好導(dǎo)線后，電流計指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。下列判斷正確的是√解析右側(cè)裝置為原電池，左側(cè)裝置為電解池。在右側(cè)裝置中，通入O2的電極為原電池的正極，其電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以一段時間后d電極附近溶液變紅，Al為原電池的負極，Al失去電子生成Al3＋，Al3＋與溶液中的OH－反應(yīng)生成白色Al(OH)3沉淀，電池總反應(yīng)式為4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，a與電池的正極相連，故a為電解池的陽極，b與電池的負極相連，故b為電解池的陰極，電解飽和NaCl溶液時，Cl－在a極放電生成Cl2，H＋在b極放電生成H2，故一段時間后b電極附近溶液變紅。根據(jù)得失電子守恒，A中產(chǎn)生的NaOH與B中Al3＋結(jié)合的OH－物質(zhì)的量相等，所以電解一段時間后，將A、B混合并充分振蕩，Al(OH)3能被NaOH全部溶解。例2在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計正確的是A.鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子B.鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子C.鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子D.鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有亞鐵離子√解析電鍍原理是鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。例3金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量鐵、鋅、銅、鉑等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)A.陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni2＋＋2e－===NiB.電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C.電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋D.電解后，電解槽底部的陽極泥中有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳√解析電解精煉鎳時，粗鎳作陽極，純鎳作陰極，電解質(zhì)溶液中含有Ni2＋，則陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，陰極電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－===Ni，因此，電解過程中陽極減少的質(zhì)量不等于陰極增加的質(zhì)量，電解后，溶液中存在的金屬陽離子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，電解槽底部的陽極泥中只有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳。電解原理及應(yīng)用中常見的誤區(qū)(1)當電解過程中被電解的是水和電解質(zhì)時，電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的是H＋或OH－放電，但在書寫總反應(yīng)式時要將反應(yīng)物中的H＋或OH－均換成水。(2)鐵作電解池的陽極時，鐵并不是失去3個電子生成Fe3＋，而是失去2個電子生成Fe2＋。(3)誤認為在金屬活動性順序表中排在氫前面的金屬陽離子一定不能放電，如：在鍍件上鍍鋅，電解質(zhì)溶液應(yīng)是含Zn2＋的濃溶液，在陰極Zn2＋得電子生成Zn，而不是H＋放電。(4)誤認為粗銅精煉時，陰極增重與陽極減重相等。(5)電解時的氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物能與電解質(zhì)溶液中的微粒發(fā)生反應(yīng)時，應(yīng)將該微粒寫入電極反應(yīng)式中。相關(guān)鏈接1.計算的原則(1)陽極失去的電子數(shù)

陰極得到的電子數(shù)。(2)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù)

。(3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)

。二、電解的有關(guān)計算等于相等相等2.計算的方法(1)得失電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)總反應(yīng)式計算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算。(3)關(guān)系式計算：借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關(guān)系式。3.計算的步驟(1)正確書寫電極反應(yīng)式(要注意陽極材料)。(2)當溶液中有多種離子共存時，要確定離子放電的先后順序。(3)最后根據(jù)得失電子守恒進行相關(guān)的計算。例4如圖所示的A、B兩個電解池中的電極均為鉑，在A池中加入0.05mol·L－1的氯化銅溶液，B池中加入0.1mol·L－1的硝酸銀溶液，進行電解。a、b、c、d四個電極上所析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是A.2∶2∶4∶1 B.1∶1∶2∶1C.2∶1∶1∶1 D.2∶1∶2∶1√解析由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽極。a極上析出銅，b極上析出氯氣，c極上析出銀，d極上析出氧氣。由得失電子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～

O2，所以a、b、c、d四個電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶2∶4∶1。方法點撥以通過4mole－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2

2H2～2Cu～4Ag～

M

陽極產(chǎn)物

～

陰極產(chǎn)物(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)例5在100mL硫酸和硫酸銅的混合液中，用石墨作電極進行電解，兩極上均收集到2.24L氣體(標準狀況)，則原混合液中，Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為A.1mol·L－1 B.2mol·L－1 C.3mol·L－1 D.4mol·L－1√解析分析電解硫酸、硫酸銅混合液的陰、陽兩極的電極反應(yīng)可知，兩極產(chǎn)生的氣體分別為氫氣、氧氣各0.1mol，氧氣是由氫氧根離子失去0.4mol電子而得到，氫氣是由氫離子得到0.2mol電子而生成。由電子得失守恒知，還有0.2mol電子是銅離子得到的，則銅離子的物質(zhì)的量是0.1mol，其物質(zhì)的量濃度為

＝1mol·L－1。學習小結(jié)XUEXIXIAOJIE02達標檢測123451.工業(yè)上電解食鹽水的陰極區(qū)產(chǎn)物是A.氯氣 B.氫氣和氯氣C.氫氣和氫氧化鈉 D.氯氣和氫氧化鈉l√解析電解食鹽水生成三種產(chǎn)物，在陰極區(qū)生成氫氣和氫氧化鈉，在陽極區(qū)生成氯氣。123452.關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是A.都用粗銅作陽極、純銅作陰極B.電解液的成分都保持不變C.陽極反應(yīng)都只有Cu－2e－===Cu2＋D.陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－===Cu√解析A項，電鍍時鍍件作陰極；B項，電解精煉銅時電解液成分改變；C項，電解精煉銅時，雜質(zhì)若有比銅活潑的金屬(如鋅)，則還會發(fā)生Zn－2e－===Zn2＋的反應(yīng)。123453.下列描述中，不符合生產(chǎn)實際的是A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D.在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極√解析電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。電解熔融的Al2O3制Al時，若用Fe作陽極，會發(fā)生反應(yīng)Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋移動到陰極上發(fā)生反應(yīng)Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不純。123454.用惰性電極電解硫酸銅溶液。若陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.01mol，陰極無氣體逸出，則陰極上析出銅的質(zhì)量為A.0.64g B.1.28g C.2.56g D.5.12g√解析用惰性電極電解硫酸銅溶液，在陽極產(chǎn)生的氣體為氧氣，由4OH－－4e－===2H2O＋O2↑知，產(chǎn)生0.01mol的氧氣轉(zhuǎn)移0.04mol電子，則根據(jù)Cu2＋＋2e－===Cu可推出應(yīng)析出0.02mol的銅，其質(zhì)量為1.28g