第4课 第4课时　电解原理的应用 -【帮课堂】2023-2024学年高二同步学与练（人教版选择性必修第一册）（原卷版）.docx

第4课 第4课时电解原理的应用 01目标任务课程标准学习目标1了解电解原理在工业生产中的应用。2认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。1能依据微粒的放电顺序预测并判断电解产物，能从电解过程中的宏观现象判断电极反应、解释变化的规律。2基于电解的具体应用及相应规律，建立电解应用问题的分析及相关计算的思维模型，并能解决相关应用问题。02预习导学自主梳理1氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。(1)电极反应式(并注明反应类型)阳极： (氧化反应)；阴极： (还原反应)。其中阴极反应中的H是由水电离产生的。(2)总反应式： 。2电镀(1)电镀是应用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或 的方法。3电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)(1)粗铜作阳极，主要的电极反应为 ； 作阴极，电极反应为 ；电解质溶液为 溶液。(2)活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的 形成阳极泥。4电冶金制取金属 等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。(1)电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极： ，阳极： ，总反应式： 。(2)电解熔融Al2O3制Al，冰晶石(Na3AlF6)作熔剂。阴极： ，阳极： 。总反应式：2Al2O3(熔融)4Al3O2。预习检测1下列描述中，不符合实际的是A在镀件上电镀锌，用锌作阳极B铅酸蓄电池是一种常见的二次电池C电解饱和食盐水制烧碱的装置中用隔膜把电解槽分成阳极区和阴极区D电解熔融的氯化镁制取金属镁，用铁作阳极2如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，下列说法错误的个数是X是负极，Y是正极若用右侧装置(电解液改为溶液)在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处溶液的酸性先增强，当铜电极有气泡产生时，此后一段时间酸性会继续增强若用右侧装置(电解液改为溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在b处A1个B2个C3个D4个3下列与金属铜相关的叙述正确的是A在镀件上镀铜时，可用铜做阳极B用铜做电极的原电池中，铜电极一定做正极C用电解法精炼铜时，用纯铜做阳极D电解饱和溶液时，用铜做阳极4下列电化学装置完全正确的是  A装置甲防止铁被腐蚀B装置乙铁件上镀银C装置丙粗铜精炼D装置丁铜锌原电池5下列有关实验装置的说法正确的是A用图甲装置可测定溶液的浓度B用图乙装置可探究温度对平衡体系的影响C用图丙装置可制得消毒剂同时减少的逸出D用图丁装置可验证铁钉发生了析氢腐蚀6如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了不影响H2O2的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的pH约为5。下列说法正确的是（    ）A阴极的电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2B阳极的电极反应式为O2+2H+2e-=H2O2C处理废氨水的过程中所发生的反应为3H2O2+2NH3H2O=8H2O+N2D工作过程中阳极附近溶液的pH逐渐增大探究提升03环节一 电解饱和食盐水【情境材料】探究电解氯化钠溶液实验装置：实验操作：在U形管中装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用石墨棒作阳极，铁棒作阴极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，观察U形管内产生的现象及试纸颜色的变化。实验现象：电流表的指针发生偏转，U形管内阴极区溶液变红且有无色无味的气体产生，阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。【问题探究】1电解液中存在的离子有哪些？通电后离子移动的方向如何？分别在两极上放电的离子是什么？2电解时两极得到的产物分别是什么？写出电极反应式和总的电解化学方程式。3电解一段时间后，得到的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？用上述电解法制得的NaOH纯净吗？4工业制取烧碱时，如何避免Cl2与NaOH溶液反应，从而提高NaOH的纯度？如何充分利用两极产生的气体，变废为宝？要点归纳氯碱工业实际生产中，电解精制后的饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气的装置是离子交换膜电解槽，图示如下：(1)使用的离子交换膜是阳离子交换膜，它只允许阳离子(如Na)通过，能阻止阴离子(如Cl)及分子(如Cl2)通过，这样既避免了Cl2与H2混合光照下发生爆炸，又防止了Cl2与NaOH溶液的反应。(2)两极室放入的原料：阳极室是精制后的饱和食盐水；阴极室是稀的NaOH溶液。(3)食盐水必须精制的原因是防止食盐中的杂质离子(如Ca2、Mg2等)与OH反应生成沉淀而堵塞交换膜，导致无法制得烧碱。精制食盐水的方法(除去食盐中的Ca2、Mg2、SO)除上述操作顺序外，还可以是或(去掉过滤)(增加过滤)。典例精讲【例1】（2023秋·浙江温州·高二统考期末）如图为氯碱工业的简易装置示意图，其中两电极均为惰性电极。下列说法正确的是AA室中的电极反应为：B若电路中通过0.2mol电子，理论上可在b处得到1.12L气体(标准状况)C电解过程中由A室移向B室Da出口的物质为NaOH，b出口为【例2】（2023春·广东·高二校联考阶段练习）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图所示(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是  AA池中通过交换膜向乙电极移动B若两池中所用离子膜类型相同，则CA池中每生成1mol ，B池中会消耗标准状况下11.2L DB池中丁电极上的反应为环节二 电镀、精炼铜、电冶金【情境材料】模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如图所示，装置闭合电键K时，电流表的指针将发生偏转。某些化合物的类型与熔点如下表所示：化合物NaClNa2OMgOMgCl2Al2O3AlCl3类型离子化合物离子化合物离子化合物离子化合物离子化合物共价化合物熔点/8041 2752 8007142 050191【问题探究】1哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？2a、b、c、d电极名称分别是什么？3若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？4若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式如何书写？5若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？6工业上制取钠时，用电解熔融NaCl而不用电解NaCl溶液或熔融Na2O方法的原因是什么？写出电解总反应式。7工业上制镁时，用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO的方法的原因是什么？写出电解总反应式。8工业上制铝时，用电解熔融Al2O3还是AlCl3？其原因是什么？电解时为什么要加入冰晶石(Na3AlF6)？写出电解的总反应式。要点归纳1电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2、Cu2e=Cu2等阴极反应Cu22e=CuCu22e=Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2等，Cu2浓度减小2原电池、电解池、电镀池的判断方法(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。(2)若有外接直流电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属阳离子属同种元素时，则为电镀池。(3)若多个单池相互串联，又有外接直流电源时，则与直流电源相连接的为电解池或电镀池。若无外接直流电源时，较活泼的金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。3电冶金电冶金：由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要方法。本方法适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。4电解法制取活泼金属(1)电解熔融的氯化钠制取金属钠阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2Na2e=2Na总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2装置如图所示：(2)电解熔融MgCl2制取金属Mg阴极：Mg22e=Mg阳极：2Cl2e=Cl2总反应：MgCl2(熔融)MgCl2(3)电解熔融Al2O3制取金属Al阴极：4Al312e=4Al阳极：6O212e=3O2总反应：2Al2O3(熔融)4Al3O2(1)电镀特点：“一多、一少、一不变”。一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。(2)由于在阳极上溶解的金属有Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒可知，阳极产生的铜离子数目和阴极得电子变成铜单质的铜离子数目不相等，所以电解液中Cu2的浓度减小。典例精讲【例3】（2023春·上海崇明·高二上海市崇明中学校考期末）若在铜片上镀银，下列叙述正确的是将铜片接在电源的正极上将银片接在电源的正极上在铜片上发生的反应是Age-= Ag在银片上发生的反应是4OH-4e-= O22H2O需用硫酸铜溶液为电镀液需用硝酸银溶液为电镀液ABCD【例4】（2023秋·广东广州·高二统考期末）电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如下所示，下列叙述中错误的是Aa是粗Cu，作阳极，发生氧化反应B电解时，b极上的电极反应为C电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu为6.4 gD电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属环节三 电解的相关计算【情境材料】在如图装置中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g。【问题探究】1发现A极比C极重，说明A极和C极上分别析出什么物质？说明电源E为正极还是负极？2A极比C极重1.9 g，则A极上析出单质的质量为多少？C极上析出单质的质量为多少？3写出B极的电极反应式；计算B极析出气体的体积是多少(标准状况)?要点归纳1计算方法有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：电子守恒计算用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式2等量关系(1)电解池中阳极失去的电子总数阴极得到的电子总数。(2)当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。(3)常见电化学计算的对应关系：H2Cl2O2Cu2Ag2H2OH。如电解池中析出气体时，在同温同压下析出各气体的物质的量之比为n(H2)n(Cl2)n(O2)110.5。(1)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总电池反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。(2)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们均处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。典例精讲【例5】（2023春·湖南怀化·高二统考期末）碳中和是一场影响广泛而深刻的绿色工业革命，用可再生能源电还原铜粉时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是  A电解过程中，右极区溶液中氢离子浓度逐渐减小B图中能量转换过程为太阳能化学能电能C电极发生的反应为D当生成时，理论上右极区质量减少108g【例6】（2023春·四川成都·高二四川省成都市新都一中校联考期中）用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl)为5.0 mol·L1，一段时间后两极均收集到标准状况下67.2 L的气体。下列说法错误的是A原溶液中c(Na+)为4 mol·L1B电解过程共转移7 mol电子C电解过程阴极共析出32 g铜D加入CuCl2和HCl即可复原电解质溶液04课堂总结05强化训练探究提升一、单选题1（2023秋·天津和平·高二天津一中校考期末）有关电化学知识的描述正确的是  A反应Cu+H2SO4CuSO4+H2可设计成原电池实现B利用Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2，可设计如图所示原电池装置，盐桥内K+向FeCl3溶液移动C氯化铝是一种电解质，可用于电解法熔融态氯化铝制金属铝D在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连2（2023秋·江苏常州·高二常州市第一中学校考期末）下列指定反应的离子方程式正确的是A电解氯化镁溶液：B用铜做电极电解溶液：C用惰性电极电解溶液：D电解熔融氧化铝时反应的离子方程式：3（2023春·云南昆明·高二云南省昆明市第十四中学校考阶段练习）NA表示阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是A1.8 g H218O中所含电子数目为NAB2L0.05mol·L-1乙酸溶液中H+数目小于0.1NAC4.6 g NO2与 N2O4 混合气体中氮原子数为0.5NAD用石墨作电极电解饱和食盐水时，若阴极得到2NA个电子，则阳极产生22.4L气体4（2023春·上海闵行·高二上海市七宝中学校考开学考试）19世纪以后，科学家通过电解饱和食盐水制取氯气并实现了工业化生产，关于电解饱和食盐水的说法不正确的是A通过电解饱和食盐水可以制备氯气、氢气和烧碱B阳极产生的气体是氢气C阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2+2OH-D阳极发生的是氧化反应5（2022秋·河南漯河·高二统考期末）下列装置或操作能完成对应实验且能达到实验目的的是  A装置甲蒸干氯化镁溶液，制无水氯化镁B装置乙测“84”消毒液的pHC装置丙验证AgCl和AgI的Ksp大小D装置丁电镀铜6（2023秋·广西桂林·高二统考期末）利用如图所示装置模拟电解在工业生产的应用，下列说法正确的是A若要在铁片上镀铜，Z为FeSO4溶液B若要在铁片上镀铜，X、Y分别为纯铜和铁片C若Z是饱和NaCl溶液，电解一段时间后，Y电极析出少量的NaD若Z是饱和NaCl溶液，X电极首先发生的电极反应式是：7（2023春·江苏徐州·高二统考期末）铜是人类祖先最早应用的金属，随着科学技术的发展不断开发出新的用途，如制印刷电路板等。目前工业上生产铜的主要方法为火法冶炼铜，部分工业流程如下。  下列化学方程式或离子方程式书写正确的是A制印刷电路板：B电解精炼铜阳极电极反应式：C生产粗铜时发生的化学反应可能有：D青铜器产生铜绿的过程：8（2023春·四川绵阳·高二四川省绵阳南山中学校考期中）下列电化学装置完全正确的是A防止铁被腐蚀B铁件上镀银C粗铜精炼D铜锌原电池AABBCCDD9（2023春·河南·高二校联考阶段练习）利用光伏电池电解处理含铜污水，回收铜单质并制备较高浓度硫酸，装置如图所示。下列说法错误的是  A电解时，应将P电极与惰性电极相连Bb膜是阴离子交换膜C电解装置工作一段时间后，区溶液中的浓度不变D每生成1.6g气体X，理论上有0.2mol 从区经a膜移向区10（2023春·河南南阳·高二镇平县第一高级中学校考阶段练习）用惰性电极在一定温度下电解某饱和溶液，当两极共产生标准状况下67.2L气体时，从溶液中析出晶体。则剩余溶液的溶质质量分数约是A64.7%B47.5%C32.2%D28.3%11（2023春·四川·高二遂宁中学校考期中）我国科学家通过电解法将，转化为乙烯，常采用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂，装置如图。下列说法错误的是A电极b连接电源的正极B电极a上发生的总反应为：C通电后右室溶液质量减少D若电路中通过电子时，理论上电极b产生气体(标准状况)12（2023春·湖南·高二校联考阶段练习）下列关于图示两个装置的叙述不正确的是A装置甲不可以在铁钉上持续地镀铜B装置甲电解过程中，电解质溶液的浓度保持不变C装置乙为电解精炼铜装置，则X电极为精铜D装置乙为电解精炼铜装置，当电路转移的电子时，X电极质量增加二、填空题13（2022·高二课前预习）【实验探究】电解熔融氯化钠工业生产金属钠实验装置(1)实验现象：通电后，石墨片周围有 产生，铁片上 。(2)实验分析i.通电前熔融NaCl中存在的微粒有 ，这些微粒运动特点是 。ii.通电后离子移动方向：Na+移向铁电极，Cl-移向石墨电极。电极上发生的反应铁电极： ，发生 反应；石墨电极： ，发生 反应。iii.实验结论熔融的NaCl在直流电作用下发生了 反应，分解生成了 。14（2023·湖北·高二统考期末）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%。在此工艺中，物料传输和转化关系如图，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。(1)电解池A中，离子交换膜的作用除了平衡电荷并形成闭合回路外，还有： 。(2)电解池A阴极产物化学式为： 。(3)燃料电池B负极反应式为： 。(4)分析比较图示中a%与b%的大小：a% b%(填“”“”或“=”)。(5)假设空气中O2体积比占20%。标准状况下，当得到8.96 L气体X时，电路中通过电子 mol，需要通入空气 L。(6)该工艺虽然节约了能源，但与传统氯碱工业相比。产品减少了 的产量。15（2023秋·陕西西安·高二西安市第八十九中学校考期末）如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。接通电源后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题：(1)A是外加电源的 极，B是 极。(2)甲是 池，甲中总的反应式是： 。(3)收集乙装置中产生的气体，则阴极和阳极产生的气体在相同状态下体积比为： 。(4)欲用丙装置给铜镀银，铜件是 (填G或H)极，电镀液是 溶液。(5)装置丁中可以观察到 ，原因是 。16（2023秋·福建泉州·高二统考期末）电工用铜纯度应大于99.95%，工业上一般采用电解精炼的方式提纯铜。(1)电解精炼的原理如图。纯铜薄片连接电源的 极。电解一段时间后，电解液中浓度增大的金属阳离子是 。(2)电解精炼铜的废液中含大量和，利用双膜三室电沉积法回收铜的装置如图。交换膜b为 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。阳极的电极反应式为 。若从浓缩室收集到1L 0.5mol/L的溶液，则阴极可回收 g铜(不考虑副反应)。