2018_2019学年高中化学第1章第2节电能转化为化学能__电解第2课时电解原理的应用学案鲁科版选修4.pdf

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1、第第 2 2 课时课时电解原理的应用电解原理的应用学习目标：1.运用电解原理分析电解食盐水、铜的电解精炼，以及电镀的内容。(重点)2.了解电解原理的应用方法，并进一步体会电解对人类社会的重要贡献。自 主 预 习探 新 知1电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)装置(2)现象阳极上：产生黄绿色气体。阴极上：产生无色气体，溶液变红色。(3)原理分析及电极反应电解时，Cl、OH 移向阳极，Na、H 移向阴极。阳极离子放电顺序：Cl OH。电极反应：2Cl 2e=Cl2，氧化反应。阴极离子放电顺序：H Na。电极反应：2H 2e=H2，还原反应。(4)电池反应化学方程式通电2NaCl2H2O=2NaOH

2、Cl2H2。通电离子方程式：2Cl 2H2O=2OH Cl2H2。微点拨：氯碱工业中，为避免电解产物 H2与 Cl2、Cl2与 NaOH 的反应，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，阳离子能通过阳离子交换膜，阴离子不能通过。2铜的电解精炼(1)装置(2)粗铜成分主要成分：Cu。杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni 等。1比铜不活泼的有 Ag、Pt、Au 等。(3)电极反应微点拨：(1)粗铜中含 Zn、Fe、Ag 等杂质，同时间段内两电极改变的质量不相等，但两电极通过的电量相等。(2)电解过程中，阴离子浓度不变，Cu 浓度减小，Fe、Zn、Ni 浓度增大。3电镀(1)定义：应用电解原理，在金属表面

3、镀上一薄层金属或合金的方法。(2)目的：增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案阳极：铜片阴极：铁钉2222电极材料阳极：Cu电镀2e=Cu2电镀方案电镀液CuSO4溶液原理阴极：Cu2 2e=Cu镀件铁钉微点拨：电镀的特点：“一多、一少、一不变”。(1)一多：是指阴极上有镀层金属沉积；(2)一少：是指阳极上有镀层金属溶解；(3)一不变：是指电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。基础自测1判断对错(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)氯碱工业中，阳极区产生H2和 NaOH。()(2)用铜作电极电解 NaCl 溶液可以得到 H

4、2、Cl2、NaOH。()(3)精炼铜装置中，粗铜作阴极，精铜作阳极。()(4)精炼铜过程中，电解质溶解中c(Cu)不变。()22(5)电镀装置中，镀件作阴极，待镀金属作阳极。()(6)电镀过程中，电解质溶液的浓度减小。()提示(1)氯碱工业中，阴极区产生H2和 NaOH，阳极区产生 Cl2。(2)电解 NaCl 溶液 Cu 作阳极时，阳极反应式为Cu2e=Cu。(3)精炼铜装置中，粗铜作阳极，精铜作阴极。(4)精炼铜过程中，电解质溶液中c(Cu)减小。(5)(6)电镀过程中，电解质溶液的浓度不变。2关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()A都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B电解液的成分都保持不

5、变C阳极反应都只有 Cu2e=CuD阴极反应都只有 Cu 2e=CuDA 项电镀时镀件作阴极；B 项电解精炼铜时电解液成分改变；C 项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质(如锌)，则阳极还会发生 Zn2e=Zn 的反应。合 作 探 究攻 重 难氯碱工业反应原理按如图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为饱和 NaCl 溶液(同时滴入几滴酚酞)。22222思考交流1实验所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？提示阴极可以更换为活泼金属材料，但不能更换为金属铝等可以与强碱发生反应的金属电极；阳极必须用惰性电极。2用惰性电极电解饱和NaCl 溶液的过程中，收集到的Cl2的体积一般少于 H2

6、的体积，请分析原因。提示Cl2在水中的溶解度比 H2大，且 Cl2会与电解产生的 NaOH 反应而被消耗。3接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？提示接通电源后，阴极区溶液变红色。原因：H2O 电离出的 H 放电，使c(OH)增大，即阴极区产生碱，使酚酞变红色。34为了避免电极产物 Cl2与 NaOH 之间发生反应，氯碱工业中常采取什么措施？提示氯碱工业生产中，常采用阳离子交换膜将两极产物隔离。对点训练1 如图中能验证饱和食盐水(含酚酞)的电解产物的装置是(下列各图中的电极均为惰性电极)()D D电解饱和食盐水时，阳极产物是Cl2，阴极产物是 H2、NaOH，根据图中的电子流向先确

7、定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D 选项符合题意。教师备选某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使 Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaClBa 为负极，b 为正极；NaClO 和 NaClCa 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaClDa 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCl通电B B有关反应有 2NaCl2H2O=2NaOHH2Cl2，Cl22NaOH=NaClNaCl

8、OH2O，因阳极生成 Cl2，阴极生成 NaOH，为使二者充分作用，Cl2应在下端产生，从而推知电源 b 为正极，a 为负极，消毒液的主要成分是NaCl、NaClO。2以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，下列关于这两个电解池的说法正确的是()A阳极电极反应式相同B电解结束后所得液体的pH 相同C阴极反应式相同D通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压下)4C C以石墨为电极电解水时，阳极反应为 2H2O4e=4H O2，以石墨为电极电解饱和食盐水时，阳极反应为 2Cl 2e=Cl2，两个电解池的阳极电极反应式不同，A 项错误；电解水时液体的 pH 不变，电解饱和氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶

9、液 pH 变大，所以电解结束后两个电解池中所得液体的 pH 不同，B 项错误；以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水时，阴极都发生反应 2H 2e=H2，所以阴极电极反应式相同，C 项正确；设两通电电解池在电解过程中转移电子的物质的量均为 4 mol，则依据电解方程式 2H2O=2H2通电O2可得，电解水时生成3 mol 气体，依据电解方程式2NaCl2H2O=2NaOHCl2H2可得，电解饱和食盐水时生成4 mol 气体，D 项错误。3如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是()A从 E 口逸出的气体是 H2B从 B 口加入含少量 NaOH 的水

10、溶液以增强导电性C标准状况下每生成 22.4 L Cl2，便产生 2 mol NaOHD电解一段时间后加适量盐酸可以使电解液恢复到电解前的浓度D D由钠离子的移动方向可以确定左边电极为阳极，右边电极为阴极。阴极发生还原反应，氢气从E 口逸出，B 口应补充水，D 口得到氢氧化钠浓溶液，A、B 项正确。电解饱和食通电盐水的化学方程式为 2NaCl2H2O=2NaOHH2Cl2，当有 1 mol 氯气生成时，有 2 mol氢氧化钠生成，C 项正确。电解过程中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为11，因此补充适量的氯化氢气体可以使电解液恢复到电解前的浓度，D 项错误。电镀与电解精炼铜的区别与联系观察

11、下列两个装置的特点，回答相关的问题。思考交流51上述两装置的电极反应是否完全相同？说明理由。提示不相同。电镀池阳极反应为：Cu2e=Cu，电解精炼铜装置阳极反应为Fe2e=Fe、Zn2e=Zn、Ni2e=Ni、Cu2e=Cu。2电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度如何变化？提示由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Cu 等，而在阴极上只有 Cu 析出，根据电子守恒，溶解的 Cu 的量小于析出的 Cu 的量，所以溶液中 CuSO4的浓度逐渐减小。3若给铁制品上镀上一层锌，你选择哪些溶液作电解液？锌及铁制品各与直流电源的什么电极相连接？提示ZnCl2溶液或 ZnSO4溶液或 Zn(NO3)2溶液。锌与直

12、流电源正极相连，铁制品与直流电源的负极相连。对点训练题组一铜的电解精炼1用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D用带火星的木条检验阳极产物B B用电解法提取氯化铜废液中的铜时，铜片可作阴极，阳极一般用惰性材料，阴极反应式为 Cu 2e=Cu，阳极反应式可能为 2Cl 2e=Cl2，B 项方案正确。2以 CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含 Al、Zn、Ag、Pt、Au 等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是()A电能全部转化为化学能B粗铜接电源正极，发生还原反应C溶液中 Cu 向阳极

13、移动D利用阳极泥可回收 Ag、Pt、Au 等金属D D粗铜的电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，A 错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，B 错误；溶液中的 Cu 向阴极移动，C 错误；不活泼金属 Ag、Pt、Au 等金属在阳极沉积，可以回收，D 正确。教师备选金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt 杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是 ()A阳极发生还原反应，电极反应式为：Ni 2e=NiB电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe 和 Zn222222222226D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu

14、和 PtD DA 项，阳极应发生氧化反应。C 项，溶液中的阳离子主要为Ni，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化性顺序，阳极反应为Zn2e=Zn，Fe2e=Fe，Ni2e222=Ni，Cu、Pt 在该条件下不失电子，阴极反应为 Ni 2e=Ni，Fe、Zn 在该条件2222下不得电子。B 项，比较两电极反应，因 Zn、Fe、Ni 的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等。题组二电镀3在铁制品上镀上一定厚度的银层，以下设计方案正确的是()【导学号：41722029】A银作阳极，铁制品作阴极，溶液含有银离子B铂作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子C银作阳极

15、，铁制品作阴极，溶液含有亚铁离子D银作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子A A应选镀层金属银作阳极，待镀金属作阴极，含镀层金属Ag 的溶液作电镀液，即AgNO3溶液作电镀液。4利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是()【导学号：41722030】A通电后，Ag 向阳极移动B银片与电源负极相连C该电解池的阴极反应可表示为Ag e=AgD当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初C C铜牌上镀银，银片为阳极，Ag 向阴极移动，阴极反应为Ag e=Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag 均会溶解，铜牌不可能恢复如初。当 堂 达 标固 双 基

16、1下列图示中关于铜电极的连接错误的是()7C C在镀件上镀铜时，铜应作阳极，与电源正极相连，镀件应作阴极，与电源负极相连。2电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：阳极质量减小，阴极质量增加，电解过程中 Cu 浓度不变。则可选用的电极是 ()【导学号：41722031】A石墨作阳极，铁作阴极B粗铜(含 Fe、Ni、Zn)作阳极，纯铜作阴极C纯铜作阳极，铁作阴极D铁作阳极，纯铜作阴极C C由题意可知该装置为电镀池，即 Cu 作阳极。注意：粗铜作阳极时，电解过程中 Cu22浓度减小。3下列描述不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B电解精炼铜时，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱

17、时，用铁作阴极D在镀件上电镀锌时，用锌作阳极A A电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。电解熔融的 Al2O3制取 Al 时，若用 Fe 作阳极，会发生反应 Fe2e=Fe，Fe 移动到阴极上发生反应 Fe 2e=Fe，使得到的 Al 不纯。教师备选三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用 NaOH 调节 NiCl2溶液的 pH 至 7.5，加入适量的硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的 Cl2在弱碱性条件下生成 ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是()A可用铁作阳极材料B电解过程中阳极附近溶液的pH 升高C阴极反应方程式为 2Cl 2e=Cl2D1

18、mol 二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过1 mol 电子2228D阳极反应式为 2Cl 2e=Cl2，Cl2与碱反应，故阳极附近溶液的pH 降低，B、C 项错误；若用铁作阳极材料，则Fe 优先于 Cl 放电，A 项错误。4如图所示，甲、乙为相互串联的两电解池。(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A 电极名称为 _极，电极材料是_，电极反应式为_，电解质溶液可以是_。(2)乙池中 Fe 极电极反应式为_，若在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间，Fe 极附近呈_色。解析根据电解池的电极与外接电源的关系，A 为阴极，B 为阳极，Fe 为阴极，C 为阳极。又因为甲为精炼铜的装置，所以A 电极材料是精铜，电极反应式为Cu 2e=Cu，电解质溶液用含 Cu 的溶液(如 CuSO4溶液)。乙池中 Fe 极电极反应式为 2H 2e=H2，在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间，由于水提供的H 在阴极(Fe)放电，OH 越来越多，铁极附近呈红色。答案(1)阴精铜Cu 2e=Cu含 Cu 的溶液(如 CuSO4溶液)(2)2H 2e=H2红22229