高中化學專題1化學反應與能量變化第二單元化學能與電能的轉(zhuǎn)化(第4課時)電解原理的應用教學案蘇教版選修

1、第四課時電解原理的應用課標要求1了解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅以及電冶金等電解原理的應用。2掌握電解原理的有關(guān)計算。1電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl2H2O通電,2NaOHH2Cl2。2電鍍時，待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽極，用含鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。3電解精煉銅時，用純銅作陰極，粗銅作陽極，用CuSO4溶液作電解液。4電解熔融Al2O3制取鋁，電解熔融MgCl2制取鎂，電解熔融NaCl制取鈉。1電解飽和食鹽水(1)飽和食鹽水中存在的離子有Na、Cl、OH、H。通電后，Na、H向陰極移動，H優(yōu)于Na放電，電極反應為2H2e=H2；Cl、OH向陽極移動，Cl優(yōu)于OH放電

2、，電極反應為2Cl2e=Cl2；總反應方程式為2NaCl2H2O通電,2NaOHCl2H2。(2)電解過程中，由于陰極區(qū)H濃度變小，使陰極區(qū)溶液中水電離的OH富集。因此，如果設法用隔膜阻止OH移向陽極，則氫氧化鈉可以在陰極附近的溶液中富集，由陰極溶液可以得到NaOH。2電鍍(1)概念應用電解原理，在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，叫作電鍍。(2)電鍍的目的增強材料的抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀性。(3)電鍍池的構(gòu)成陽極：鍍層金屬。陰極：待鍍金屬。電解質(zhì)溶液：含鍍層金屬離子的溶液。(4)實例：在餐具上鍍銀。圖示(如右)：兩極反應：陽極：Age=Ag；陰極：Age=Ag。

3、3銅的電解精煉(1)含義：利用電解原理提純銅。(2)電解池的構(gòu)成陽極：粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag等雜質(zhì))。陰極：精(純)銅。電解質(zhì)溶液：含Cu2的電解質(zhì)溶液。(3)裝置如右圖所示：(4)電極反應陽極：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2。陰極：Cu2e=Cu陽極泥：陽極不溶解的金屬銀等沉積在陽極底部，構(gòu)成陽極泥。4鈉、鎂、鋁的冶煉(1)電解熔融NaCl：2NaCl通電,2NaCl2(2)電解熔融MgCl2：MgCl2通電,MgCl2。(3)電解熔融Al2O3：2Al2O34Al3O2。特別提醒(1)氯堿工業(yè)中所用的飽和食鹽水必須精制，以除去食鹽水中的Ca2

4、、Mg2、SO等雜質(zhì)。(2)電鍍時電解質(zhì)溶液的濃度不變而電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液的濃度減小。1.如圖為陽離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖。下列說法不正確的是()A從E口逸出的氣體是H2B從B中加入含少量NaOH的水溶液以增強導電性C標準狀況下每生成22.4 L Cl2，便產(chǎn)生2 mol NaOHD完全電解后加適量鹽酸可以恢復到電解前的濃度解析：選D由圖中Na的移動方向可知，左邊為陽極室，右邊為陰極室，陽極2Cl2e=Cl2，陰極2H2e=H2，同時產(chǎn)生NaOH，電解反應方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。由題意可知A、B項正確；C項，由化學方程式得到產(chǎn)生1 mol Cl2，便產(chǎn)

5、生2 mol NaOH，正確；D項，完全電解后要恢復到電解前的濃度，應通入HCl氣體至溶液呈中性，錯誤。2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陽極反應都只有Cu2e=Cu2D陰極反應都只有Cu22e=Cu解析：選DA項，電鍍時鍍件作陰極，錯誤；B項，電解精煉銅時，電解液成分發(fā)生變化，錯誤；C項，電解精煉銅時，比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅)，比銅更易被氧化Zn2e=Zn2。1計算方法有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質(zhì)量、溶液的c(H)或c(OH)及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計算，均可概括為

6、下列三種方法：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)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等總反應式計算先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列比例式計算關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需要的關(guān)系式2.等量關(guān)系(1)當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時， 它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強度相等，同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。(2)常見電化學計算的對應關(guān)系：H2Cl2O2Cu2Ag2H2OH。如電解中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(H2)n(Cl2)n(O2)110.5。1把兩個惰性電極插入50

7、0 mL的AgNO3溶液中，通入直流電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是()A27 mgB54 mgC108 mg D216 mg解析：選B由題意知，n(H)cV1030.5 mol5104 mol，電解AgNO3溶液時，陽極生成O2和HNO3，陰極生成Ag，若設生成Ag為x，則AgH1 mol1 molx5104 molx5104 mol，m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。2如圖所示，若電解5 min時，測得銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答：(1)電源中X極

8、是_(填“正”或“負”)極。(2)通電5 min時，B中共收集到224 mL(標準狀況)氣體，溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計)，則通電前c(CuSO4)_。(3)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，則電解后溶液的pH_。解析：(1)銅極增重，說明銀在銅極析出，則銅極為陰極，X為負極。(2)C中銅極增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，線路中通過0.02 mol電子。由4eO2，可知B中產(chǎn)生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL氣體，說明還有112 mL氣體是H2，即Cu2全部在陰極放電后，H接著放電產(chǎn)生了112 mL H2

9、，則通過0.01 mol 電子時，Cu2已完全變?yōu)镃u單質(zhì)。由2eCu，可知n(Cu2)0.005 mol，則c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由4e4OH知，A中生成0.02 mol OH，c(OH)0.1 molL1，c(H) molL11.01013 molL1，pH13。答案：(1)負(2)0.025 molL1(3)13三級訓練節(jié)節(jié)過關(guān)1用惰性電極電解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若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈褐色C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色D電解一段時間后，將全部電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分攪拌

10、后溶液呈中性解析：選B用惰性電極電解NaCl溶液，陽極產(chǎn)物為Cl2，陰極產(chǎn)物為H2和NaOH，不是金屬鈉，A錯誤；NaOH溶液使酚酞溶液變紅色，C項錯誤；因產(chǎn)物中生成NaOH，溶液不可能呈中性，D項錯誤。2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()AAg和AgCl溶液BAg和AgNO3溶液CPt和Ag2CO3溶液 DPt和Ag2SO4溶液解析：選B鍍層金屬銀作陽極，電鍍液為含鍍層金屬離子的AgNO3溶液作電解質(zhì)溶液。3利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()A電解時以精銅為陽極，以CuSO4溶液為電解液B電

11、解時陰極發(fā)生還原反應C粗銅連接電源負極，其電極反應是Cu2e=Cu2D電解結(jié)束后，電解質(zhì)溶液的濃度保持不變解析：選B電解時精銅為陰極，粗銅為陽極，A項錯誤；溶液中Cu2在陰極上得電子，發(fā)生還原反應，B項正確；粗銅應該連接電源正極，C項錯誤；陽極上Fe、Zn、Cu失電子，陰極上只有Cu2得電子，電解結(jié)束后，電解質(zhì)溶液中的Cu2濃度減小，D項錯誤。4把分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、三氧化二鋁的三個電解槽串聯(lián)，在一定條件下通電一段時間后，析出鉀、鎂、鋁的物質(zhì)的量之比為()A123 B32lC631 D632解析：選D假設電路中通過1 mol 電子，根據(jù)KK(得1e)、Mg2Mg(得2e)、Al3Al

12、(得3e)，析出K、Mg、Al的物質(zhì)的量分別為、，物質(zhì)的量之比為632。5.如圖A為直流電源，B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞溶液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后，發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色，請?zhí)羁眨?1)電源A上的a為_極。(2)濾紙B上發(fā)生的總化學方程式為_。(3)欲在電鍍槽中實現(xiàn)鐵上鍍銅，接通K，使c、d兩點短路，則電極e上發(fā)生的反應為_，電極f上發(fā)生的反應為_，槽中放的電鍍液可以是_(填一種電解質(zhì)溶液即可)。解析：(1)電解NaCl溶液時陰極發(fā)生反應2H2e=H2，生成NaOH遇酚酞變紅色，所以電源b為負極，a為正極。(3)接通K，e為電鍍池的陽極，為金屬銅，發(fā)生反應Cu2e=Cu2，電鍍液為含C

13、u2的電解液，f為陰極，發(fā)生反應：Cu22e=Cu。答案：(1)正(2)2NaCl2H2O2NaOHCl2H2(3)Cu2e=Cu2Cu22e=CuCuSO4溶液1下列描述中，不符合生產(chǎn)實際的是()A電解法精煉銅，用粗銅作陽極B電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極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：選BA項，電解法精煉銅，粗銅為陽極，純銅為陰極，正確；B項，用鐵作陽極，陽極上鐵被氧化，應使用惰性電極，錯誤；C項，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極，陰極材料不反應，正確；D項，電鍍時，鍍層金屬作陽極，用鋅作陽極，電解液為含有鋅離子的電解質(zhì)溶液，正確。2在鐵制品上鍍一層一

14、定厚度的鋅層，以下方案設計正確的是()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：選A電鍍時，通常鍍層金屬作陽極，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。3電解CuSO4溶液時，若要達到以下三點要求：陽極質(zhì)量減少；陰極質(zhì)量增加；溶液中c(Cu2)不變?？蛇x用的電極是()A純銅作陽極，含Zn、Ag的銅合金作陰極B含Zn、Ag的銅合金作陽極，純銅作陰極C用純鐵作陽極，用純銅作陰極D用石墨作陽極，用惰性電極(Pt)作陰極解析：選AA項，陽極反應Cu2e=Cu2，陰

15、極反應Cu22e=Cu，正確；B項，陽極反應Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2，陰極反應Cu22e=Cu，c(Cu2)發(fā)生變化，不正確；C項，陽極反應Fe2e=Fe2，陰極反應Cu22e=Cu，c(Cu2)發(fā)生變化，不正確；D項，陽極反應4OH4e=O22H2O，陰極反應Cu22e=Cu，c(Cu2)發(fā)生變化，不正確。4用電化學方法提取廢棄定影液中的銀，同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子，下列方案正確的是()解析：選D要用電化學方法提取廢棄定影液中的銀，同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子，則應該用電解原理，因此陰極應該是銀，陽極可以是惰性電極，例如碳棒，答案選D。5.右圖中

16、X為電源，Y為浸透飽和食鹽水和酚酞溶液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。下列判斷正確的是()A濾紙上c點附近會變紅色BCu電極質(zhì)量減小，Pt電極質(zhì)量增大CZ中溶液的pH先減小，后增大DZ溶液中的SO向Cu電極移動解析：選A由題紫紅色斑即MnO向d端擴散，陰離子向陽極移動，說明d端為陽極，即b為正極，a為負極，c為陰極。NaCl溶液中c點H放電，附近變紅色。Z中為電解CuSO4溶液，Pt為陽極，水中的OH放電，2H2O4e=O24H，Cu為陰極，溶液中的Cu2得電子生成銅，總反應為2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，陽極區(qū)生成H，則SO向Pt極移動

17、，B、D項錯誤；隨著電解的進行，Z溶液變?yōu)榱蛩?，再電解則變?yōu)殡娊馑?，硫酸濃度增大，C項錯誤。6.碘鹽的主要成分是KIO3和NaCl，KIO3在工業(yè)上可用電解法制取，以石墨和鐵為電極，電解KI溶液，化學方程式為KIH2OKIO3H2(未配平)。下列有關(guān)說法中正確的是()A電解時，石墨作陰極，鐵作陽極B電解時，在陰極上產(chǎn)生KIO3C電解前后電解質(zhì)溶液pH變大D電解中，每轉(zhuǎn)移0.6 mol e，理論上可得到0.1 mol無水KIO3晶體解析：選D配平化學方程式為KI3H2OKIO33H2。鐵是活潑電極不能作陽極，A項錯誤；陽極發(fā)生氧化反應，B項錯誤；反應后沒有酸或堿生成，溶液的pH不變，C項錯誤；K

18、IKIO3發(fā)生氧化反應，轉(zhuǎn)移6e，為陽極反應，D項正確。7用惰性電極電解飽和食鹽水，當電源供給0.2 mol電子時停止通電，若此溶液體積為2 L，則所得電解液中氫氧根離子濃度為()A1 molL1B0.2 molL1C0.1 molL1 D0.01 molL1解析：選C由2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2知，當電路中轉(zhuǎn)移2 mol e時生成2 mol NaOH，即n(NaOH)0.2 mol，c(OH)0.1 molL1。8.如圖所示，某工廠采用電解法處理含鉻(Cr2O)酸性廢水，其中，耐酸電解槽以鐵板作陰、陽極，電解后，溶液中的Cr2O全部變?yōu)镃r3，下列說法不正確的是()AM與電源的正

19、極相連B出液口排出的溶液中還含有Fe3CN極電極反應為2H2e=H2D陰極區(qū)附近溶液pH降低解析：選DA項，電解含鉻(Cr2O)酸性廢水，溶液中的H在陰極放電產(chǎn)生H2，所以N與電源的負極相連，作陰極，M與電源的正極連接，作陽極，正確；B項，陽極Fe失去電子變?yōu)镕e2，然后與溶液中的Cr2O發(fā)生反應變?yōu)镕e3，Cr2O則被還原變?yōu)镃r3，所以出液口排出的溶液中含有Cr3、Fe3，正確；C項，在N極，溶液中的H得到電子變?yōu)镠2，電極反應為2H2e=H2，正確；D項，在陰極區(qū)，由于H得到電子變?yōu)镠2，附近溶液的酸性減弱，溶液pH升高，錯誤。9.電解原理在化學工業(yè)中被廣泛應用。右圖表示一個電解池，裝有

20、電解質(zhì)溶液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，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液，則電解池中X極上的電極反應為_，在X極附近觀察到的現(xiàn)象是_。Y極上的電極反應為_，檢驗該電極反應產(chǎn)物的方法是_。(2)若用電解法精煉銅，電解質(zhì)溶液a選用CuSO4溶液，則：X極的材料是_，電極反應為_。Y極的材料是_，電極反應為_。(說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應不必寫出)解析：(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極反應：2Cl2e=Cl2；陰極反應：2H2e=H2。與電源正極相連的極為陽極，所以X極為陰極，Y極為陽極。X極在反應過程中

21、消耗了H2O電離出的H，溶液呈堿性，加入酚酞溶液變成紅色；Y極產(chǎn)生Cl2，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兂伤{色。(2)電解精煉銅時，用含雜質(zhì)的銅作陽極，精銅作陰極。反應過程中陽極上銅以及比銅活潑的金屬失去電子，成為離子進入溶液，活潑性比銅弱的金屬形成陽極泥；在陰極只有Cu2能得到電子成為單質(zhì)，其他較活潑金屬對應的離子不能得到電子。根據(jù)題圖，X為陰極，Y為陽極。所以X極的材料是精銅，電極反應：Cu22e=Cu；Y極的材料是粗銅，電極反應：Cu2e=Cu2。答案：(1)2H2e=H2放出氣體，溶液變紅2Cl2e=Cl2把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y極附近，試紙變?yōu)樗{色(2)精銅Cu22e=Cu粗銅Cu2

22、e=Cu210如下圖裝置所示，C、D、E、F都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設通電前后溶液體積不變)，A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F(xiàn)極附近呈紅色。請回答：(1)B極是電源的_。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時，對應單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為_。(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應該是_(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是_溶液。當乙中溶液的c(OH)0.1 molL1時(此時乙溶液體積為500 mL)，丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為_，甲中溶液的pH_(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發(fā)生總反應的離

23、子方程式是_。解析：(1)乙池為電解飽和食鹽水裝置，F(xiàn)極附近變紅色，說明F極為陰極。(2)C、D、E、F的電極產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2，若通過1 mol電子，其物質(zhì)的量之比為1222。(3)根據(jù)電鍍原理，陰極材料應為鍍件，電鍍液應為硝酸銀溶液，當乙中溶液的c(OH)0.1 molL1時(乙溶液體積為500 mL)，電子轉(zhuǎn)移為0.05 mol，根據(jù)電子守恒，可知丙中鍍件上析出銀的物質(zhì)的量也為0.05 mol，質(zhì)量為5.4 g，甲池電解產(chǎn)物為Cu、O2、H2SO4，溶液的pH減小。答案：(1)負極(2)1222(3)鍍件硝酸銀54 g變小(4)FeCu2Fe2Cu1將一直流電源的正、負極

24、(電極材料為Pt)，用玻璃片分別壓在一張用食鹽水、碘化鉀、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的濾紙上，經(jīng)過一段時間后，兩極附近濾紙的顏色分別是()選項ABCD陽極藍白紅藍陰極白藍藍藍解析：選D題中所述裝置是電解食鹽水，陽極反應：2Cl2e=Cl2，Cl2使?jié)駶櫟腒I淀粉溶液變藍色；陰極反應：2H2e=H2，陰極附近溶液呈堿性，使石蕊溶液變藍色。2金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，則下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2Ni2”“”或“”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。圖中a、b、c、d分別表示有關(guān)溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序為_。電解一段時間后，B口與C口產(chǎn)生氣體的質(zhì)量比為_。解析：(1)開關(guān)K與a連接時，是原電池裝置，B極是陰極，電極反應式為Fe2e=Fe2。(2)若K與b連接，是電解池裝置，且A是陽極、B是陰極；陽離子向陰極移動；陽極是Cl失電子生成Cl2，它能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍；陰極產(chǎn)生H2，故由陰、陽兩極逸出的氣體可知，要使電解液恢復到電解前的濃度需通入HCl氣體而非加入鹽酸。(3)由圖示加入的物質(zhì)可知，陽極是OH失e，陰極是H得e，據(jù)電荷守恒，則通過陽離子交換膜的K數(shù)大于通過陰離子交換膜的SO數(shù)。電解后生成的硫酸和K