2024高中化學第四章電化學基礎第三節(jié)電解池第2課時電解原理的應用教案新人教版選修4

PAGE9-第2課時電解原理的應用[明確學習目標]1.了解電解在氯堿工業(yè)中的應用。2.了解電解在電鍍、電解精煉及電冶金方面的應用。一、電解飽和食鹽水1．裝置、現象及電極反應式2．說明放電依次：eq\o(□,\s\up3(03))H＋>Na＋eq\o(□,\s\up3(04))Cl－>OH－3．總反應式化學方程式：eq\o(□,\s\up3(05))2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；離子方程式：eq\o(□,\s\up3(06))2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。二、電鍍1．定義電鍍是應用eq\o(□,\s\up3(01))電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他eq\o(□,\s\up3(02))金屬或eq\o(□,\s\up3(03))合金的方法。2．電鍍池的構成(往鐵件上鍍銅)(1)陰極材料：eq\o(□,\s\up3(04))Fe，電極反應式：eq\o(□,\s\up3(05))Cu2＋＋2e－=Cu；(2)陽極材料：eq\o(□,\s\up3(06))Cu，電極反應式：eq\o(□,\s\up3(07))Cu－2e－=Cu2＋；(3)電解質溶液：eq\o(□,\s\up3(08))CuSO4溶液。3．電鍍的目的主要是增加金屬eq\o(□,\s\up3(09))抗腐蝕實力，增加美觀和表面硬度。三、電冶金1．金屬冶煉的本質使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中eq\o(□,\s\up3(01))還原出來。Mn＋＋ne－=M。2．電冶金電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些eq\o(□,\s\up3(02))活潑金屬單質的制取，如冶煉鈉、鎂、鋁等活潑金屬。3．電解熔融的氯化鈉陽極反應式：eq\o(□,\s\up3(03))2Cl－－2e－=Cl2↑；陰極反應式：eq\o(□,\s\up3(04))2Na＋＋2e－=2Na；總反應：eq\o(□,\s\up3(05))2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑。1．用惰性電極電解含有酚酞的飽和NaCl溶液，如何通過試驗現象推斷陰、陽兩極？提示：2．若把鐵件上鍍銅的陰極材料換為小塊精銅，陽極材料換為粗銅，能否通過電解方法由粗銅制精銅？提示：能。陰極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，而粗銅作陽極，比銅活潑的金屬成為陽離子進入溶液，但不會在陰極上得電子成為單質(因Cu2＋得電子實力比它們要強)，不如Cu活潑的金屬不失電子，會隨Cu的消耗從粗銅上脫落沉入陽極區(qū)，成為陽極泥。這樣陰極上就得到純銅。3．為什么工業(yè)上用電解熔融Al2O3，而不是AlCl3的方法制鋁？提示：AlCl3是共價化合物，熔融時不導電。

一、電解飽和食鹽水1．工業(yè)電解飽和食鹽水制備燒堿時必需阻擋OH－移向陽極，以使NaOH在陰極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩溶液分開，使陽離子能透過陽離子交換膜，而陰離子和氣體分子不能通過。如：氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理如圖所示。2．粗鹽中的SOeq\o\al(2－,4)能影響NaOH的純度而Mg2＋、Ca2＋在電解過程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2會堵塞陽離子交換膜，因此粗鹽要進行提純精制后才用于電解。除去食鹽中Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)的方法(精制食鹽水)：[即時練]1．關于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是()A．電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉B．若在陽極旁邊的溶液中滴入KI溶液，溶液呈黃褐色C．若在陰極旁邊的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性答案B解析用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，發(fā)生的反應是2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，故電解一段時間后電解液呈堿性。電解時，陽極發(fā)生氧化反應：2Cl－－2e－=Cl2↑，在陽極旁邊的溶液中滴入KI溶液時，發(fā)生反應2I－－2e－=I2，故溶液呈黃褐色；陰極發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－=H2↑，因而陰極旁邊的溶液呈堿性，滴入酚酞試液變紅。2．下圖是工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置示意圖，下列說法中不正確的是()A．裝置出口①處的物質是氯氣B．出口②處的物質是氫氣，該離子交換膜只能讓陽離子通過C．裝置中發(fā)生反應的離子方程式為2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())Cl2↑＋H2↑D．該裝置是將電能轉化為化學能答案C解析出口①處是電解池的陽極區(qū)，溶液中的氯離子失電子生成氯氣，A項正確；出口②處是電解池的陰極區(qū)，溶液中的氫離子得到電子發(fā)生還原反應生成氫氣，離子交換膜是陽離子交換膜，只允許陽離子通過，B項正確；電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉和氫氣、氯氣，離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C項錯誤；該裝置是電解裝置，是把電能轉化為化學能，D項正確。規(guī)律方法用惰性電極電解電解質水溶液的規(guī)律首先要全面分析電解質溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組，然后確定陰、陽離子的放電依次，寫出兩極上的電極反應式，依據兩極的電極反應式寫出總反應方程式。如：電解飽和食鹽水，就是由外接直流電源、兩個惰性電極(一般用石墨棒)，NaCl飽和溶液作電解質溶液，線路閉合后形成電解池，溶液中的Cl－、OH－移向陽極，Cl－放電實力強，失去電子產生Cl2，溶液中H＋、Na＋移向陰極，H＋放電實力強，得到電子產生H2，由于H＋是H2O電離出來的，因而導致陰極旁邊OH－濃度增大，故電解飽和氯化鈉溶液，陰極產物是H2和NaOH，陽極區(qū)產生的是Cl2。

二、電鍍1．電鍍池的構成電鍍過程中，電鍍液的濃度不發(fā)生改變。2．電解精煉銅(粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質)(1)構造(2)粗銅中雜質的去向粗銅中的Zn、Fe比Cu先失電子轉變?yōu)閆n2＋、Fe2＋進入電解質溶液中；而比Cu不活潑的Ag、Au不失電子，在Cu大量消耗時，Ag、Au從粗銅板上脫落在陽極區(qū)形成陽極泥。因此，電解液CuSO4的濃度變小，ZnSO4、FeSO4在電解液中漸漸增多。[即時練]3．若在銅片上鍍銀，下列敘述正確的是()①將銅片接在電源的正極上②將銀片接在電源的正極上③在銅片上發(fā)生的反應是Ag＋＋e－=Ag④在銀片上發(fā)生的反應是4OH－－4e－=O2↑＋2H2O⑤需用硫酸銅溶液為電鍍液⑥需用硝酸銀溶液為電鍍液A．①③⑥B．②③⑥C．①④⑤D．②③④⑥答案B解析若在銅片上鍍銀，銅作陰極與電源負極相連，電解質溶液中的銀離子得到電子發(fā)生還原反應生成銀；銀作陽極與電源正極相連，銀失電子發(fā)生氧化反應生成銀離子；電解質溶液為硝酸銀溶液。銅片應接在電源的負極上，①錯誤；將銀片接在電源的正極上，②正確；在銅片上發(fā)生的反應是Ag＋＋e－=Ag，③正確；銅片上鍍銀，銀為陽極，在銀片上發(fā)生的反應是：Ag－e－=Ag＋，④錯誤；用硫酸銅溶液為電鍍液，陰極析出銅，⑤錯誤；需用硝酸銀溶液為電鍍液，⑥正確。4．電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。如圖表示一個電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連。請回答以下問題：(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，試驗起先時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則①電解池中X極上的電極反應式為__________________________________。②Y電極上的電極反應式為______________________________________，檢驗該電極反應產物的方法是___________________________________________________________________________________________________。③該反應的總反應方程式是________________________________________。(2)如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則①X電極的材料是________，電極反應式是________________________。②Y電極的材料是________，主要電極反應式是________________________。答案(1)①2H＋＋2e－=H2↑②2Cl－－2e－=Cl2↑'把潮濕的KI-淀粉試紙放在Y電極所在一側的支管口處，試紙變藍色③2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(2)①精銅Cu2＋＋2e－=Cu②粗銅Cu－2e－=Cu2＋解析(1)X為陰極：2H＋＋2e－=H2↑。Y為陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑，用潮濕的KI-淀粉試紙可檢驗Cl2。(2)精煉銅時，粗銅作陽極，精銅作陰極。規(guī)律方法電鍍和電解精煉銅的規(guī)律(1)電鍍時，鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，含鍍層金屬陽離子的溶液作電鍍液。(2)電鍍后，電解質溶液中的離子濃度保持不變。(3)電解精煉銅時，粗銅中的銀、金等活潑性差的金屬會以單質的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥；而活潑性比Cu強的金屬(如Zn、Ni等)會以金屬陽離子的形式進入溶液。(4)電解精煉銅時，Cu2＋的濃度會減小。

三、電冶金1．電解熔融的MgCl2陽極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極反應式：Mg2＋＋2e－=Mg總反應：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑2．電解熔融的Al2O3陰極反應式：4Al3＋＋12e－=4Al陽極反應式：6O2－－12e－=3O2↑總反應：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do10(冰晶石))4Al＋3O2↑工業(yè)上，為降低Al2O3的熔點，常加入Na3AlF6(冰晶石)，電解熔融Al2O3運用的電極材料均為碳棒，陽極產生的O2會與C反應，故陽極材料需定期補充。[即時練]5．下列有關電解應用的說法中錯誤的是()A．電解熔融Al2O3可得到金屬鋁B．電解熔融NaCl或飽和NaCl溶液可制得單質鈉C．利用電解法可在鐵表面鍍上一層勻稱光滑的銀D．利用電解原理可除去粗銅中的雜質得到高純度的銅答案B解析電解NaCl溶液時無法制取單質鈉，得到的是氫氧化鈉。6．在冶金工業(yè)中，常用電解法得到鈉、鎂、鋁等金屬，其緣由是()A．都是輕金屬 B．都是活潑金屬C．成本低廉 D．化合物熔點較低答案B解析金屬冶煉方法選取的主要依據是金屬的活動性強弱，不活潑的金屬可以用熱分解法制備，如加熱氧化汞；比較活潑的金屬用熱還原法制備，如用焦炭煉鐵；活潑的金屬離子很難被其他還原劑還原，只能用電解方法。由于鈉、鎂、鋁是活潑金屬，所以只能用電解法。本章歸納總結1．下列描述中，不符合生產實際的是()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，用涂鎳碳鋼網作陰極D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極答案A解析電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，應當用石墨作陽極，假如用鐵作陽極，因鐵的失電子實力比O2－強，就變成鐵放電而不是O2－放電。2．下列敘述中正確的是()A．用鉑電極電解稀的NaOH溶液，一段時間后，溶液中溶質的質量分數不變B．用電解法精煉粗銅時，粗銅作陰極C．用惰性電極電解100mL飽和食鹽水，生成112mL氫氣(標準狀況)時，氫氧根離子濃度約為0.05mol/L(假定溶液體積仍為100mL)D．銅鋅原電池工作時，正極從外電路得到電子答案D解析電解NaOH溶液實際是電解H2O，一段時間后，溶液中溶質的質量分數增大，A錯誤。用電解法精練粗銅時，用粗銅作陽極，與直流電源的正極相連，用純銅片作陰極，與電源的負極相連，用CuSO4溶液作電解液，B錯誤。2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑21x0.005mol得：x＝0.01mol因此OH－濃度為eq\f(0.01mol,100×10－3L)＝0.1mol/L，C錯誤。3．下列關于用離子交換膜電解槽電解飽和食鹽水的敘述錯誤的是()A．精制飽和食鹽水進入陽極室B．純水(加少量NaOH)進入陰極室C．陰極產物為氫氧化鈉和氫氣D．電解槽的陽極用金屬鐵網制成答案D解析用離子交換膜電解槽電解飽和食鹽水時，Cl－在陽極放電，H2O電離出的H＋在陰極放電，因此食鹽水和純水(含少量NaOH)分別進入陽極室和陰極室，A、B正確；在陰極H＋放電，生成H2的同時，產生大量OH－，故H2和NaOH為陰極產物，C正確；電解槽的陽極材料用惰性材料，不能用非惰性材料鐵網，D錯誤。4．欲在金屬表面鍍銀，應把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中，選用的陽極金屬和電鍍液均正確的是()A．Ag和AgCl溶液 B．Ag和AgNO3溶液C．Pt和Ag2CO3溶液 D．Pt和Ag2SO4溶液答案B解析在金屬表面鍍銀，應把鍍件掛在電鍍池的陰極，鍍層金屬銀作陽極，電鍍液是含有銀離子的可溶性的鹽溶液硝酸銀即可。5．下列敘述正確的是()A．在原電池的負極和電解池的陰極上發(fā)生的都是氧化反應B．試驗室用惰性電極電解Na2SO4溶液，陰、陽兩極收集到的氣體體積之比為1∶2C．電解稀硫酸溶液，可能發(fā)生反應：Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(電解))CuSO4＋H2↑D．在銅的電解精煉過程中，電解質CuSO4溶液中Cu2＋濃度始終保持不變答案C解析選項A，電解池的陰極發(fā)生的是還原反應。選項B，用惰性電極電解Na2SO4溶液，其實質是電解水，陰極產生H2，陽極產生O2，其體積