通用版2018-2019版高中化学第四章电化学基础第三节电解池第2课时电解原理的应用学案新人教版选修.doc

第2课时电解原理的应用学习目标定位1.熟知电解饱和食盐水、电镀、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。2.学会电解的有关计算。一、电解原理的应用1.氯碱工业(1)概念：用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。(2)原理：通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na、Cl、H、OH。通电时，移向阳极的离子是Cl、OH，移向阴极的离子是Na、H。阳极反应式为2Cl2e=Cl2；阴极反应式为2H2e=H2；因H放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。电解的总反应式化学方程式为2NaCl2H2OH2Cl22NaOH；离子方程式为2Cl2H2OH2Cl22OH。(3)氯碱工业生产流程阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜的作用：只允许Na等阳离子通过，不允许Cl、OH等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。2.电镀(1)电镀的概念：应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方法。电镀可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。(2)某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。请回答下列问题：铜片为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；铁件为待镀金属，与直流电源的负极相连，作阴极；硫酸铜溶液为电镀液，含有镀层金属离子。阳极反应式为Cu2e=Cu2；阴极反应式为Cu22e=Cu。可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。(3)电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。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。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。(2)阳极反应式为Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等；阴极反应式为Cu22e=Cu。(3)电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(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Mnne=M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式为2Cl2e=Cl2；阴极反应式为2Na2e=2Na；总反应方程式为2NaCl(熔融)2NaCl2。分析电解应用问题的思维模型(1)看电池(所给装置是电解池还是电镀池)，分电极(由电源的正极和负极确定)；(2)析溶液(电解质溶液中含有的离子)，判流向(电子的流向、离子移动方向)；(3)定微粒(确定两极上发生反应的微粒)，写反应(电极反应式、总反应方程式)。例1化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后，在实验室进行实验验证。他们设计组装了如图所示装置，已知a为石墨电极，b为铁电极，c为铝电极(已除去表面氧化膜)，d为多孔石墨电极，烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞)，连好导线后，电流表指针发生明显偏转。下列判断正确的是()A.b为负极，d为阳极B.一段时间后，a和d电极附近溶液变红C.b电极的电极反应式为2Cl2e=Cl2D.电解一段时间，当B中出现大量白色沉淀时，停止实验，再将A中溶液倒入B中混合，充分振荡，沉淀全部消失答案D解析右侧装置为原电池，左侧装置为电解池。在右侧装置中，通入O2的电极为原电池的正极，其电极反应式为O24e2H2O=4OH，所以一段时间后d电极附近溶液变红，Al为原电池的负极，Al失去电子生成Al3，Al3与溶液中的OH反应生成白色Al(OH)3沉淀，电池总反应式为4Al3O26H2O=4Al(OH)3，a与电池的正极相连，故a为电解池的阳极，b与电池的负极相连，故b为电解池的阴极，电解饱和NaCl溶液时，Cl在a极放电生成Cl2，H在b极放电生成H2，故一段时间后b电极附近溶液变红。根据得失电子守恒，A中产生的NaOH与B中Al3结合的OH物质的量相等，所以电解一段时间后，将A、B混合并充分振荡，Al(OH)3能被NaOH全部溶解。考点电解原理的应用题点氯碱工业例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解析电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。考点电解原理的应用题点电镀例3金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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Fe2Ni2FeCuAgPt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。考点电解原理的应用题点电解精炼铜4.在冶金工业中，钠、镁、铝等金属常用电解法得到，其原因是()A.都属于轻金属B.都属于活泼金属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泼性强弱，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。考点电解原理的应用题点电冶金5.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是()A.阳极反应为Fe2e=Fe2B.电解过程中溶液pH不会变化C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原答案B解析电解时用铁作阳极，失去电子生成Fe2，Fe2将废水中的Cr2O还原为Cr3，A项正确；阴极反应式为2H2e=H2，溶液的pH变大，B项错误；电解过程中H在阴极放电，Fe2还原Cr2O时也消耗H，使溶液的pH升高， Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，C项正确；根据电极反应式：Fe2e=Fe2，可知每转移12 mol e生成6 mol Fe2，6 mol Fe2可还原1 mol Cr2O，D项正确。考点电解原理的应用题点电解法在处理废水中的应用6.中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述中正确的是()A.电解法制金属钠时，阳极反应式：Nae=NaB.电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性C.在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生D.氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl失电子答案B解析A项，阴极反应式为Nae=Na，错误；B项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl失电子，错误。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合7.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是()A.电解池的阴极反应式为2H2O2e=H22OHB.通入空气的电极为负极C.电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2D.a、b、c的大小关系为abc答案A解析题给电解池的阴极反应式为2H2O2e=H22OH，阳极反应式为2Cl2e=Cl2，A项正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B项错误；由整个电路中得失电子守恒可知，电解池中产生2 mol Cl2，理论上转移4 mol e，则燃料电池中消耗1 mol O2，C项错误；题给燃料电池的负极反应式为2H24e4OH=4H2O，正极反应式为O24e2H2O=4OH，所以a、b、c的大小关系为cab，D项错误。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合题组二电解的有关计算8.在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是()A.1.12 L H2 B.1.12 L O2C.2.24 L H2 D.2.24 L O2答案D解析溶液中离子有Cu2、H及SO、OH四种离子，得电子能力Cu2H，失电子能力OHSO，阴极反应为2Cu24e=2Cu，阳极反应为4OH4e=2H2OO2，总反应为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2。n(Cu)12.8 g64 gmol10.2 mol，n(O2)0.1 mol，在标准状况下体积为2.24 L，D正确。考点电解的有关计算题点电解产物的相关计算9.用含少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了x g，则()A.电解液质量增加x gB.阴极质量增加x gC.阴极质量增加b g，bxD.阴极质量增加b g，bM(Cu)，且还有一部分Ag要落入阳极泥，所以阳极溶解的金属的质量大于阴极析出铜的质量，即bx，所以B、C项错误，D项正确；若阴极析出铜的质量为b g，阳极落入阳极泥的Ag为m g，则电解质溶液增加的质量为(xmb) g，A项错误。考点电解的有关计算题点电解产物的相关计算10.(2016安徽合肥一中高二期末)用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为()A.0.4 mol B.0.5 molC.0.6 mol D.0.8 mol答案D解析将Cu(OH)2改写为CuOH2O，根据CuOH2O知，阳极上OH放电生成O2，阴极上Cu2和H放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)nCu(OH)20.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol40.8 mol，故D正确。考点电解的有关计算题点电解质溶液复原的相关计算11.用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为()A.4 B.3 C.2 D.1答案C解析阳极产生氧气0.005 mol，阴极产生氢气0.005 mol。由2H2O2H2O2可知，阴极产生0.005 mol氢气时，阳极产生氧气0.002 5 mol；由2Cu22H2O2Cu4HO2可知，产生n(H)(0.005 mol0.002 5 mol)40.01 mol，c(H)0.01 molL1，pH2。考点电解的有关计算题点电解质混合溶液的相关计算12.(2016山西大学附属中学高二诊断)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)6 molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到11.2 L气体(标准状况)，假定电解后溶液的体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A.原混合溶液中c(K)为2 molL1B.上述电解过程中共转移8 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 molD.电解后溶液中c(H)为4 molL1答案C解析根据题意，阳极反应式为4OH4e=2H2OO2，阴极反应式为Cu22e=Cu、2H2e=H2；两极均生成11.2 L气体(标准状况)，说明氧气和氢气均是0.5 mol，根据阴、阳两极上转移电子数相同可得：2n(Cu)2n(H2)4n(O2)，则n(Cu)(0.5 mol40.5 mol2)0.5 mol，Cu2浓度是1 molL1；溶液中c(K)2c(Cu2)c(NO)，则c(K)4 molL1，故A错误；根据阳极反应，产生11.2 L O2(标准状况)时转移2 mol电子，故B错误；根据以上分析可知C正确；根据电极反应式，阳极消耗2 mol OH，阴极消耗1 mol H，故电解后溶液中c(H)2 molL1，故D错误。考点电解的有关计算题点电解计算的相关综合综合强化13.工业品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。(1)该电解槽的阳极反应式是_。(2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_。(3)除去杂质后得氢氧化钾溶液，液体从出口_(填写“A”或“B”)导出。答案(1)4OH4e=O22H2O(2)H2O电离出的H放电，同时生成OH，OH浓度增大(3)B解析(1)阳极是左池，氢氧根放电。(2)H2O电离出的H放电，同时生成OH，OH浓度增大。(3)K经阳离子交换膜进入右池，右池中H2O电离出的H放电，剩下OH；除去杂质后得氢氧化钾溶液从B口导出。考点电解原理的应用题点氯碱工业14.电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：(1)如图为电解精炼银的示意图，_(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_。(2)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_(填化学式)溶液，阳极电极反应式为_，电解过程中Li向_(填“A”或“B”)电极迁移。(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的_极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为_。若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为_。答案(1)aNO2He=NO2H2O(或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2)(2)LiOH2Cl2e=Cl2B(3)负4Al2Cl3e=Al7AlClH2解析(1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO2He=NO2H2O。(2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B区产生H2，电极反应式为2H2e=H2，剩余OH与Li结合生成LiOH，所以B极区电解液为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl2e=Cl2，电解过程中Li向B电极迁移。(3)在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“不产生其他阳离子且