高二化学-知识讲解_电解原理的应用_基础.doc

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1、电解原理的应用编稿：宋杰 审稿:张灿丽【学习目标】1、了解电解在电镀、氯碱工业、电冶金方面的应用；2、通过探究活动，加强观察、分析、推理及归纳总结的能力。【要点梳理】【高清课堂：电解原理的应用#电解原理的应用】要点一、电解原理的应用氯碱工业概念电解饱和食盐水的方法制取NaOH、Cl2和H2，以它们为原料生产系列化工产品电极反应阳极：2Cl2eCl2 阴极：2H+2eH2总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2方法离子交换式食盐水的精制粗盐水精制食盐水电镀概念利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程电极材料阳极：镀层金属 阴极：镀件电镀液含镀层金属离子的电解质溶液电解

2、精炼铜电极材料阳极：粗铜 阴极：纯铜电解质溶液CuSO4溶液电极反应阳极：Cu2eCu2+阴极：Cu2+2eCu电冶金属概念使用电解的方法使金属离子从其化合物中还原出来 Mn+neM电冶钠电解反应阳极：2Cl2eCl2阴极：2Na+2e2Na电冶铝电解反应阳极：6O212e3O2阴极：4Al3+12e4Al 要点诠释：（1）电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等失去电子，变成金属阳离子进入溶液，Zn2eZn2+、Fe2eFe2+、Ni2eNi2+，其他的杂质以阳极泥的形式沉积。 （2）电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。 （

3、3）电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极（阳极），电极质量增加的电极必为阴极且溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 （4）由于Al2O3熔点很高，电冶时加入冰晶石（Na3AlF6）以降低其熔点。 （5）离子交换膜法制烧碱 离子交换膜电解槽的组成 由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。下图表示一个单元槽的示意图。 阳离子交换膜的作用 将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2

4、和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。要点二、原电池和电解池的区别和联系【高清课堂：电解原理的应用#原电池和电解池的区别和联系】电子、溶液中离子流向： 【典型例题】类型一、电解原理的应用 例1 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知氧化性Fe2+Ni2+Cu2+）（ ）。 A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2eNi B电解过程中阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 【思路点拨】本题考查电解精练，注意电解

5、时装置的电极与外接电源相连接情况。电化学必然涉及到氧化还原，所以对氧化还原反应中的基本概念要熟练掌握。 【答案】D 【解析】阳极应发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知，阳极反应为：Zn2eZn2+，Fe2eFe2+，Ni2eNi2+，Cu、Pt在该条件下不失电子，形成阳极泥。阴极反应为：Ni2+2eNi，Zn2+、Fe2+在该条件下不得电子。比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni相对原子质量不等，当两电极通过电量相等时，阳极减少质量与阴极增加质量不等。【总结升华】单质的还原性（或氧化性）与对应阳离子（或阴离子）的氧化性（或还原性）相反

6、，如本题氧化性Fe2+Ni2+Cu2+，则还原性FeNiCu。举一反三：【变式1】下列关于铜电极的叙述正确的是（ ）。 A铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D电解稀硫酸制H2和O2时铜作阳极【答案】A、C类型二、电化学内容的综合应用例2（2015 河北衡水联考）常温下用惰性电极电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中、所示（以下气体体积已换算成标准状况下的体积），根据图中信息回答下列问题。（1）原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度为_。（2）t2时所得溶液的pH为_。（

7、3）电解至t3时，消耗水的质量为_。 【思路点拨】首先要理清放电顺序，然后根据电子守恒解决数量关系问题。【答案】（1）0.075 mol/L （2）7 （3）1.35 g【解析】电解NaCl与CuSO4混合溶液，在阳极析出的是Cl2，阴极先析出Cu，而后析出H2,看图可以看出是阳极生成的气体，是阴极生成的气体。 （1）当t3时两极生成的气体体积相等，在t2时开始析出氢气，说明Cu已完全生成，此时转移的电子根据生成的336mLCl2求，n(e)=336224002=0.03mol，所以反应的Cu2+为0.032=0.015mol，所以硫酸铜的物质的量浓度是：0.0150.2=0.075mol/L

8、，氯化钠的物质的量浓度是6722240020.2=0.3mol/L。 （2）t2时溶液的成分是硫酸钠和氯化钠混合溶液，所以溶液的pH为7。 （3）根据方程式：2NaCl +2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 2mol 2mol 0.06mol 0.06mol 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 2mol 2mol 0.015mol 0.015mol所以消耗水的质量是：(0.06+0.015)18=1.35g 【总结升华】分析电解问题的基本思路模式：通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结

9、合放电顺序分析谁优先放电。写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。例3 如图所示，若电解5 min时铜电极质量增加2.16 g，试回答： （1）电源电极Y名称为_。（2）pH变化：A_，B_，C_。 【思路点拨】本题中各装置串联，即电解时会通过相同的电量，转移的电子数相同。分析各装置，再结合题意，银电极所连接的Y极应该是电源的正极，相同银电极上发生氧化反应。所以Y电极应该是电源的正极。【答案】（1）正极（2）pH变大； pH变小； pH不变【解析】（1）电源正负极的判断根据电解过程中Cu电极上增重，判断出是Ag+放电：Ag+e=Ag

10、，Cu电极为阴极，Ag电极为阳极，与Ag电极相连的应是电源的正极（2）三个电解池中的pH变化A中：阴极：2H+2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2pH变大B中：阴极；Cu2+2e=Cu 阳极：4OH4e=O2+2H2OpH变小2H+2e=H2C中：阴极：Ag+e=Ag 阳极: Ag e= Ag+(注意Ag比OH先放电) pH不变 【总结升华】解答原电池与电解池时，注意电极名称的区分：正极、负极、阴极、阳极。分析题目时使用准确的化学用语。此外，对电解池中离子（电极）放电顺序有清晰认识。举一反三：【变式1】（2014 广东高考）某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其它均为Cu，则（）A电流方向：电极A电极B电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu2+2eCu【答案】A【解析】电极为Al，其它均为Cu，Al易失电子作负极，所以是负极、是正极，是负极、是正极。A电流从正极沿导线流向负极，即电极A电极，故A正确；B电极上电极反应式为Al3e=Al 3+，发生氧化反应，故B错误；C电极是正极，正极上发生反应为Cu 2+2e=Cu，所以电极II质量逐渐增大，故C错误；D电极为负极，电极反应式为Cu2eCu 2+，故D错误；故选A。