【步步高】2014-2015学年高中化学 专题1 第1-3单元学案（打包10套）苏教版选修4
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【步步高】2014-2015学年高中化学 专题1 第1-3单元学案（打包10套）苏教版选修4,步步高,学年,高中化学,专题,单元学,打包,10,苏教版,选修
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1 第 4 课时 电解原理的应用 学习目标定位 镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式。 1用惰性电极电解氯化钾溶液，阴极反应式是 2H 2e =，阳极反应式是 2 2e=，电解的化学方程式是 22=通电 2 。电解后溶液的 化是 增大 ；欲使电解后的溶液复原，需加入的物质是 2在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。 (1)若两极均为 极，则阳极反应式是 4 4e =2，阴极反应式是 24e =2 电解的化学方程式是 22=通电 2 2 (2)若两极均为铜片，则阳极反应式是 2e =，阴极反应式是 2e =解过程中溶液的浓度变化是 不变 。 (3)若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是 2e =，电解过程中两极的变化是 阳极锌片不断溶解，阴极铜片质量不断增加 。 探究点一 电解原理的应用 1电解饱和食盐水 (1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子： 、 、 H 、 。通电时 、 H 移向阴极， H 放电； 、 移向阳极， 放电。电极反应式为 阳极： 2 2e = 氧化 反应 )； 阴极： 2H 2e = 还原 反应 )。 因 H 放电，导致水的电离平衡 向右移动，致使生成 (2)电解的反应方程式 化学方程式： 22=通电 2 离子方程式： 2 2=通电 2； 工业上习惯把电解饱和食盐水叫做 氯碱工业 。 2电镀 2 (1)根据图，回答下列问题： 电极反应式 阴极： e = 阳极： e =。 可观察到的现象是 待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极 上的银不断溶解 。 含银离子的溶液浓度的变化是 不变 。 (2)电镀的概念是应用 电解 原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他 金属 或 合金 的过程。 (3)电镀池的构成：一般都是用 含有镀层金属离子的电解质溶液 作电镀液；把 镀层金属 浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极； 待镀金属制品 与直流电源的负极相连，作阴极。 3电解精炼铜 (1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用 粗铜 作阳极，用 纯铜 作阴极，用 电解质溶液。 (2)电极反应式：阳极为 2e =、 2e =、 2e =等，阴极为 2e = (3)电解精炼铜的原理是 粗铜中比铜活泼的金属 失去电子，产生的阳离子残留在溶液中， 不如铜活泼的金属 以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。 4电冶金 (1)金属冶炼的本质：使矿石中的 金属离子 获得电子，从它们的化合物中 还原 出来。如 =M。 (2)电解法用于冶炼较活泼的金属，如： K、 ；但不能电解其盐溶液，而是电解其熔融态。 如电解熔融的氯化钠可制取金属钠： 阳极反应式： 2 2e =； 阴极反应式： 2 2e =2 电解反应式： 2融 )=通电 2。 归纳总结 (1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取 以它们为原料生产一系列化工产品。 3 (2)电镀特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液 (3)电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不如需要精炼的金属活泼的杂质会沉 积 (如精炼镍时 。 活学活用 1关于电解氯化钠水溶液 (铁作阴极、石墨作阳极 )，下列叙述正确的是 ( ) A若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 B若在阳极附近的溶液中滴入 液，溶液呈棕黄色 C电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案 B 解析 电解食盐水时发生的反应： 阳极： 2 2e = 阴极： 2H 2e = 电解反应： 22=通电 2 对照分析选项， 极附近的溶液中会溶有少量的 加 2I =2，溶液呈棕黄色， 极附近产生大量的 ，滴加酚酞后变红色，解后生成 液呈碱性， 2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是 ( ) A锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D锌作阴极，镀件作阳极，溶液 中含有亚铁离子 答案 A 解析 本题考查的是电镀的原理。电镀原理是镀层金属电极作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。 探究点二 电解的有关计算 1将两支惰性电极插入 电电解。 (1)当有 0 3 放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是_。 (2)若溶液的体积为 1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出 5.6 2 时，溶液中的c(H ) _。 答案 (1)g (2)0 3 1 解析 (1)用惰性电极电解 极反应为阴极： 2 4e =2极： 4 4e = 2有 0 3 H 放电时，生成标准状况下的 .6 4 此时转移电子为 0 3 在阴极上析出 3210 3 g。 (2)阳极： 4 4e =2 4 1 n 0 3 1 n 0 3 耗 0 3 H ，生成 0 3 则 c(H ) 0 3 0 3 1。 2用惰性电极电解 M(阴极上增重 a 阳极上同时产生 b L(标准状况 )而可知 _，溶液中的 c(H ) _(均用含有a、 b、 。 答案 25 1 解析 由于阴 、阳两极转移电子的数目相同，则有 a x b 14 ，或由关系式4M得 x4 ，均可解出 M g 1。又由 4H 可知： c(H ) 4 2514b 1。 归纳总结 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 物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法： (1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)电解反应式计算：先写出电极反应式，再写出电解反应式，最后根据电解反应方程式列比例式计算。 (3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 活学活用 3已知： )。把两支惰性电极插入 500 液中，通电电解。当电解液的 设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略 )，电极上应析出银的质量是 ( ) A 27 B 54 C 108 D 216 案 B 解析 由得失电子守恒知 e H 以 n( n(H )。 5 产生的 H 的物质的量可由 来计算： c(H )10 3 1，所以 n( n(H ) 10 3 1 510 4 m( n( M 51 0 4 08 g 1 g 54 4在 100 2石墨作电极进行电解，两极上均收集到 气体 (标准状况下 )，则原混合液中， 的物质的量浓度为 ( ) A 1 1 B 2 1 C 3 1 D 4 1 答案 A 解析 分析电解 两极的电极反应可知，两极产生的气体为 2各 0.1 H 失去 0.4 子而得到， 得到 0.2 子而生成。由得失电子守恒知，还有 0.2 子是 得到的，故 的物质的量是 0.1 的物质的量浓度为 0.1 0 3 L 1 1。 1下列描述中，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 法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D在镀件上电镀锌，用锌作阳极 答案 A 解析 电解池的阳极失电子发生氧化反应、阴极得电子发生还原反应。电解熔融的 ，若用 发生反应 2e =， 移动到阴极上发生反应 2e =得到的 6 2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 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 ( ) A 案 B 解析 有关反应有 22=通电 2 ， 2=阳极生成 极生成 使二者充分作用， 在下端产生，从而推知电源 毒液的主要 成分是 3利用电解法可将含有 列叙述正确的是 ( ) A电解时以纯铜作阳极 B电解时阳极发生还原反应 C纯铜连接电源负极，其电极反应式是 2e = D电解后，电解槽底部会形成含少量 答案 D 解析 电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解， 得到电子后析出，附着在阴极上，故纯铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应， A、 B、 C 错误；越活泼的 金属越易失去电子，故比铜活泼的 成 、 进入溶液，然后是铜失去电子，变成 进入溶液，因 在铜溶解后便沉积在电解槽底部成为阳极泥， 4将含 0.4 .4 1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到 0.3 ，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是 ( ) A B C D 答案 A 解析 阴极： 0.3 得到 0.6 阳极：失去的电子数也应为 0.6 2e = 0 4 0.4 0.2 4e =2 0.2 到 2共 况下的体积为 。 7 5如图所示的 A、 B 两个电解池中的电极均为铂，在 A 池中加入 1的 .1 1的 行电解。 a、 b、 c、 的物质的物质的量之比是 ( ) A 2241 B 1121 C 2111 D 2121 答案 A 解析 由电解规律可知： a、 b、 u， g， 2。由电子守恒可得出： 2e 212以 a、 b、 c、 12 12 2241 。 6右图中是电解氯化钠溶 液 (含酚酞 )的装置。 有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。 (1)_。 (2)电解过程中观察到的现象 _ _ _。 (3)确定 的气体最简单的方法是 _。 (4)电解的总反应离子方程式为 _。 (5)若将 b 电极换成铁作电极，写出在电解过程中 U 形管底部出现的现象_。 答案 (1)阴极 (2)两极均有气泡产生； b 极区溶液变为浅黄绿色 (3)用湿润的淀粉 纸检验，若试纸变蓝则气体为 4)2 2=通电 2 (5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色 解析 根据电子的流向，可以判断 负极，因此， 么 物为 验 将 失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出 H 结合，首先生成 H)2沉淀，然后转化为 H)3沉淀。 8 基础过关 一、电解原理的应用 1在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是 ( ) A都是轻金属 B都是活泼金属 C成本低廉 D这些金属的化合物熔点较低 答案 B 解析 金属冶炼方法的选取主要依据是金属的活动性强弱，不活泼的金属可以用热分解 法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解方法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。 2火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质 (如锌、金和银等 )，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时 ( ) A粗铜接电源负极 B纯铜作阳极 C杂质都将以单质形式沉积到池底 D纯铜片增重 g，电路中通过电子为 案 D 解析 电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，所以 A、 B 不 正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉积到池底， C 不正确； n(e )g 12 3欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是 ( ) A B C D 答案 B 解析 电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳极溶解提供镀层金属，也可用惰性电极材料作阳极 ，镀层金属则由电镀液提供；电镀液通常采用含有镀层金属离子 9 的盐溶液，由于 A、 C、 有 4某溶液中含有溶质 们的物质的量之比为 31 。用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是 ( ) A阴极只析出 阳极先析出 析出 电解最后阶段为电解水 D溶液 后为 7 答案 D 解析 电解质溶液中， n() n() n( ) 331 ，开始电解产生 时生成 中和 生成 多，最后相当于电解水，因而 ，阴极只生成 个阶段分别为电解 5观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是 ( ) A装置 工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属，此法也可用于生产活泼金属镁、铝等 B装置 中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，并且电流计示数不断 变小 C装置 中的离子交换膜只允许阳离子、阴离子和小分子水通过 D装置 的待镀铁制品应与电源正极相连 答案 B 6取一张用饱和 液浸湿的 根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现 圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是 ( ) A B C电解过程中，水是氧化剂 10 D 答案 D 解析 用惰性电极电解 电 极反应分别为阴极： 2H 2e = 阳极： 2 2e =，由于 a 极出现了双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色，则 a 极为电解池的阳极，因为产生的 纸显红色， 有漂白性，使 纸褪色； b 极为阴极， H 得电子产生 H 来源于 电离，因此在 b 极又同时生成了 ，因此 大。 二、电解的有关计算 7用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供给 0.2 子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则电解液中 c()为 ( ) A 0.3 1 B 0.2 1 C 0.1 1 D 1 答案 C 解析 电解食盐水时供给 0.2 消耗的 H 为 0.2 时产生 0.2 液体积为 2 L， c() 0.2 0.1 1。 8以惰性电极电解 阳极上产生气体的物质的量为 阴极上析出 ) A g B g C g D g 答案 B 解析 22=通电 2 2 m( 4 g 1 g。 9 在水中加等物质的量的 、 、 、 、 、 ， 将该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中 ， 通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为 ( ) A 08 B 16207 C 81 D 108答案 C 解析 溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀， =、 =，最后溶液就成了 电解 质就是电解水，电解方程式为 2=通电 2 。氧化产物和还原产物的质量之比为 m( m( (1 2 g 1)(2 g 1) 81 ，即 10常温下用石墨作电极，电解 100 .1 1的 和 0.1 1的 1 组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为 时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是 ( ) A阴极增重 1.4 g B所得溶液中的 c(H ) 0.3 1 C阴极增重 g D所得溶液中的 c(H )0.3 1 答案 B 解析 阴极可以放电的离子依次为 g 、 ，阳极可以放电的阴离子只有 。 当阳极生成 路中通过电子： n(e ) 0.2 时 、 已全部析出，质量： 08 g 1 4 g 1 g；因为当 、 全部析出以后，相当于电解水， H 不再增加。所以生成的 H 所带电荷与 g 、 所带电荷相等。则溶液中 c(H ) 0.3 1。 当阴极生成 明 、 已经放电完全。阴极增重、溶液中 c(H )与以上相等。 能力提升 11电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过 导线与右图中的电解池相连，其中 均为惰性电极，则： (1)若 电解时的化学反应方程式为 _。 (2)若电解含有 混合溶液 400 阳极产生 672 准状况下 )气体时，溶液中的 c(H ) _(假设电解后溶液体积不 变 )。 答案 (1)22=通电 2 22)0.1 1 解析 (1)用惰性电极电解 极 放电，阴极 放电，故电解时既电解溶质又电解溶剂，由此可得电解反应式。 (2)电解混合溶液时，阳极上 先放电， 2 2e =， l 只能生成 448 移 共生成 672 明还有 224 的电解，根据反应 4 4e =2可知又转移 子，故电解过程中共转移 极上 先放电，电极反应式为 2e =有 ，恰好完全电解，由此可得整个电解过程中消耗了 H ，根据水的电离可知溶液中 H 的物质的量为 c(H ) 0.1 1。 12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 _极，电极材料 是 _，电极反应式为 _，电解质溶液可以是 _。 (2)乙池中 _，若在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间， _色。 12 答案 (1)阴 纯铜 2e = 的溶液 (如 (2)2H 2e = 红 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， C 为阳极。(1)甲为电解精炼铜的装置，所以 A 电极材料是纯铜，电极反应式为 2e =解质溶液用含 的溶液 (如 。 (2)乙池中 电极反应式为 2H 2e =，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 (电， 越来越多，铁极附近呈红色。 13铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答： (1)工业冶炼铝的化学方程式是 _。 (2)铝与氢氧化钾溶液反应的离 子方程式是 _。 (3)工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜 (只允许阳离子通过 )，其工作原理如图所示。 该电解槽的阳极反应式是 _。 通电开始后，阴极附近溶液 增大，请简述原因 _ _。 除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 _(填写 “A” 或 “B”) 导出。 答案 (1)2融 )=通电 43 (2)22 2=2 3 (3)4 4e =2 H 放电，促进水的电离， 浓度增大 B 解析 (3) 中根据电解原理，阳极应是 失电子，所以电极反应式为 4 4e =2； 阴极为 H 放电，促进水的电离，使 浓度增大，所以 大； 根据阳离子 13 交换膜的特点， K 可从阳极区进入阴极区和 组成 而可在阴极区得到纯的 液体应从 拓展探究 14蓄电池是一种可以
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