电解原理及其应用经点答疑(二).doc

学科：化学教学内容：电解原理及其应用经点答疑（二）6电解原理及电解装置在实际生产及科研中有何应用？（1）冶炼活泼金属2NaCl（熔化）（熔化）（熔化）工业上，用纯净的氧化铝为原料，采用电解的方法来制铝纯净的氧化铝熔点很高（约为2045），很难熔化现在都用冰晶石（）作熔剂，使氧化铝在1000左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石氧化铝的熔融体，然后进行电解在冶炼铝的时候，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极（2）不活泼金属的精炼：以粗铜作为阳极，纯铜为阴极，用溶液作电解液，精炼铜：阳极（Ag、Pt、Au等沉积在阳极下部）阴极（，等留在溶液中）具体分析：粗铜中含有的杂质可分为下列四类：镍、钴、铁、锌金、银、钯等贵金属含铜化合物如：、砷、锑、铋、锡等电解时，属于第一类的物质，以离子状态溶入电解液，但在阴极上不会析出属于第二类的，在电解时不溶解，而以小粒状态由阳极上落下，形成所谓的阳极泥属于第三类的几乎完全进入阳极泥，其中有一部分溶解于电解液而使溶液中铜离子浓度增大属于第四类的是最有害的杂质，有在阴极上析出的可能，以致影响铜的质量，所以火法精炼时要尽可能的完全除去另外在电解时，必须使电解槽内的溶液很好地循环流动，以防止阳极附近锑、砷等浓度增加电解精炼铜时，铜在阳极上放电，形成铜离子，较铜活泼的杂质金属（如Zn、Fe、Ni）等也形成离子一同进入电解液中；由于Zn、Fe、Ni都比Cu活泼，它们的氧化态（Cu、）比难获得电子所以当在阴极上放电转变为金属铜时，、等离子不能在阴极上放电析出而Au、Ag、Pt等杂质因为它们的金属活动性不及铜，在电解时不能溶解，在阳极区脱落下来沉积在阳极附近的槽底，称为阳极泥在阳极上，只有铜沉积这样就得到纯度很高的（99.98）以上的精铜，从阳极泥中可以提取金银、硒、碲、铂、钯等贵重金属，它们的产可以抵偿大部分电能消耗费用（3）电镀：电镀是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过程电镀时，把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属的离子的溶液作电镀液在直流电的作用下，镀件表面就覆盖上了一层均匀光洁而致密的镀层如镀锌时，以锌为阳极，铁制品为阴极，溶液为电镀液，通直流电时：阳极：阴极：除、离子之外，电镀液中还有由电离出的及，在电镀控制的条件下，这些离子一般不起反应电镀的结果，阳极的锌（镀层金属）不断减少，阴极的锌（镀件上）不断增多，减少的锌与增加的锌的量相等，因此溶液里的含量是保持不变的（4）制取化工产品如氯碱工业：用于制备，及NaOH装置：立式隔膜电解槽电极反应及总反应：阳极：阴极：总反应：例1工业用和KOH为原料制取，主要生产过程分两步进行第一步将和固体KOH粉碎，混合均匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取；第二步将的浓溶液进行电解，制取试回答以下问题：（1）制取的是这一氧化还原反应的_剂（“氧化”或“还原”）连续搅拌的目的是_（2）电解的浓溶液时，两极发生的电极反应式：阴极是_阳极是_电解总的反应方程式是_思路启迪将变为化合价升高，被氧化，当属还原剂电解浓溶液，溶液中原有四种离子，；在阴极上失电子的应是放电能力较强的；由题意，在阳极上放电的应是而非规范解法（1）还原；充分氧化（2）阴极：阳极：总方程式：例2氯碱厂电解饱和食盐水制烧碱的工艺流程如下图：（1）若用立式隔膜电解槽来电解食盐水制烧碱和氯气，电解槽中用_作阳极，用_作阴极设置石棉隔膜的作用是_；电解食盐水总的离子方程式为_；在电源负极相连的电极附近，溶液的pH_（选填“不变”，“升高”或“下降”（2）若粗盐中含量较高，必须添加钡试剂除去，则该钡试剂最好为_A BC（3）为有效除去粗盐中的、，加入的试剂合理的顺序为_A先加NaOH，后加钡试剂，再加B先加NaOH，后加，再加钡试剂C先加钡试剂，后加NaOH，再加思路启迪电解槽两极产生的气体分别为及，两者如果混合，易引起爆炸，且如果进入阴极区，但会与其中的NaOH反应：，失去了电解食盐水的目的，加石棉正是为了阻碍向阴极区的扩散第2小问中，A与B两个选项皆能除去的，但A同时生成了亦是一种杂质，不可取，生成的NaCl恰如增加了NaCl的产量是较好的方法；是一种沉淀，除的效果较差，即使是生成了，但同时也引入了杂质不可取要除NaCl中的、，可先加，除去其中的，溶液中又多了一种离子（应加入过量试剂）；再加入过量NaOH，除，但同时引入了；最后加入可除溶液中的、，溶液中此时残存的杂质为，NaOH，可加入适量盐酸（通过测定pH加以控制）或过量盐酸（在蒸发结晶得固体NaCl时被蒸发除去），当然先加NaOH，后加，再加的效果是一样的应选A、C规范解法（1）石墨；铁网；防止分子扩散，发生副反应；升高（2）B（3）A C7比较原电池，电解池及电镀池的异同原 电 池电 解 池电 镀 池定义将化学能转化成电能的装置将电能转化为化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置装置举例稀溶液溶液形成条件活动性不同的两电极（连接）电解质溶液（电极插入其中，并与电极自发反应）形成闭合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属（或能导电的非金属）阴极：与电源负极相连的极阳极：与电源正极相连的极阴极：镀体阳极：必须是镀层金属电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中阳离子得电子阴极：还原反应，溶液中阳离子得电子阳极：氧化反应，溶液中阴离子失电子或电极金属失电子阴极：电镀液中阳离子得电子阳极：金属电极失电子电子流向负极正极电源负极阴极阳极电源正极例1目前，人们正在研究开发一种高能电池钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以导电的陶瓷做为固体电解质，反应式如下：下列说法正确的是（）A放电时，Na作正极，S作负极B充电时，钠极与外电源的正极相连C若用此电池电解溶液时，当阳极上产生标准状况下气体1.12升时，消耗金属4.6克D充电时，阳极发生的反应为：思路启迪蓄电池是将原电池与电解池结合起来的一个较好的例证；其放电过程属于原电池，遵循着原电池的原理还原性的物质（Na）失电子，作负极；氧化性的物质（S）得电子作正极故A不正确充电过程又是一个典型的电解池的装置，为使蓄电池能恢复其放电前的状况，必须使电解池的电流与原电池的电流反向，即外电路的正极与蓄电池正极相连接外电路的负极与蓄电池的负极相连（B不正确）；发生的电极反应为：负极，正极：22e2Na（D正确）；若电解溶液：若生成1.12升（即0.05mol）时，需转移电子为0.0540.2mol，原电池必须提供0.2mol电子，从蓄电池放电反应中可看出，需Na为0.02mol即4.6g，C本题正确选项应为C、D点评本题题干中提到了固体陶瓷电解质，是一种比较前沿的科技知识，尽管它的存在对解决题目无太大关系，但从增加科学素养的角度讲，还是应该了解的例2在水中加入等物质量的足量、，该溶液放在惰性材料做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为（）A35.5108B16207C81 D10835.5思路启迪本题解法中最常犯的错误就是将所给阳离子中找出最易放电的，阴离子中找出最易放电的，解出产生的Ag与的质量比；正确分析是，应考虑到；两个沉淀反应，形成沉淀后，不再是“自由离子”不再参与溶液中的导电过程；本题相当于是电解的水溶液，即电解水，产生及，质量比为81，应选C8为什么说电渡液特别易污染环境？应怎样改进？为了使镀层光滑及牢固，工业生产上的电镀液的配方往往很复杂，而且过去镀银或别的金属，都常用氰化物来配制电镀液由于剧毒，排放出含的污水及废气都会严重污染环境可以采用无氰电镀液，用一些其他物质代替进行电镀，也能起到相应的作用9怎样对塑料制品进行电镀？塑料是非导体，不能直接作为阴极进行电镀在镀前要对塑料进行表面的预处理，除去塑料表面的油和杂质，使塑料表面洁净，再沉积一层导电的金属膜，然后才能跟金属电镀一样把它作为阴极进行电镀塑料制品经过电镀金属层后，具有质量轻、能导电、外观美观等优点不仅能代替金属铜和铝，还能减少加工工序，降低成本因此，目前塑料电镀工艺已应用于电子、光学仪器、机床按钮、轻工产品各方面，家用的冰箱把手就是塑料电镀产品，可以留意一下10电解串联的几种溶液，有何数量关系？根据物理学上有关的知识可知，串联电路中各处电流相同，相同的时间内转移的电量相同，由此可推导出各种物质的量关系例在下列电解装置中，A、B是直流电源的两极，甲、乙是串联的两个电解池，（）、（）两极都是石墨电极将电键K连通，通电16分5秒，电流强度为5安培，Pt电解质量增加5.4克，试回答下列各问：（1）确定电源A、B的正负极（2）在（）、（）极析出何种物质?质量各为多少克?（3）乙池Ag电极溶解多少克?根据乙池所给出的实验数据，计算阿伏加德罗常数为多少?（每个基本电荷电量为1.6）思路启迪从乙池Pt电极上析出Ag5.40g，可以确定Pt极为阴极，电源B与阴极相连，说明B是电源的负极，A为电源的正极从电源的正、负极可以确定甲、乙池的阳极和阴极，电池的（）极是阳极，（）极是阴极，乙池的Ag极是阳极，Pt极是阴极，电池发生的电极反应是：阳极（极）阴极（极）在串联电路中，通过的电量相同，据Pt极析出5.40克Ag的耗电量（0.05摩），可以计算（）极产生氧气的质量，（）极析出铜的质量以及银极溶解的质量又可根据1个电子的电量是1.6库仑，可以计算出阿佛加德罗常数规范解法（1）A为电源正极，B为电源的负极（2）甲池电解溶液，阳极得氧气x克，阴极析出铜y克，导线中通过电量为Q摩得Q0.05molx0.40gy1.60g（3）设乙池Ag极的Ag的质量为z g，阿佛加德罗常数为个z5.40g得答：甲池极放出氧气0.40g，极析出铜1.60g，该实验测出个11电解的知识在理科综合上有哪些应用？电解与原电池类的知识很容易与物理上的电路知识联系起来，是一个很重要的理科综合点，为了能很好地处理此类问题，要对物理中的电流、电压、电阻、电量、电功以及电解有关知识灵活地融合在一起，其中一些联结点有着至关重要的作用例1有一种化学式为的硝酸盐晶体，取此晶体6.05g溶于水配成500mL溶液，用石墨棒作为电极材料对此溶液进行电解，当通过电流为5A，经16.05min后溶液中的金属离子已全部放电，且其中一极增重1.60g（已知晶体的摩尔质量为242g/mol）则（1）x_；（2）R的原子量为_；（3）n_；（4）若反应前后溶液体积保持不变，则反应后溶液的pH_思路启迪（1）电解过程中要涉及电学的知识，电流强度及通电时间可求电量QIt516.05604.815；问题是库仑与物质的量如何换算：可由电子数目列等式：（代表一个电子所带电量；为阿佛加德罗常数；则更精确的值是；96500为一个常数，称为法拉第常数，记为F96500C/mol则QFn或，将是电量（库仑）与物质的量（mol）之间换算的重要手段可换算出转移电子的电量约为0.05mol6.05g硝酸盐的物质的量为；0.025mol金属离子在电离过程中得0.05mol电子，则金属必为2价即可算出x4（2）电极质量增加1.60克，该极必为阴极，质量增加量即为析出金属的质量，所以R的摩尔质量为,则R原子量为64（为Cu）（3）由，可知，每0.025mol的参与电解，则生成的即为0.05mol，可得溶液的pH1规范解法（1）x2（2）64（3）n3（4）pH1例2如下图所示电解池电解液为500g 溶液，两根电极一根为铁，一根为含少量锌的均匀粗铜通电一段时间后，切断供电装置，立即将其取出，这时铁极上析出7.04克铜，电解质溶液增重0.02克供电装置是利用感生电动势原理制作的，主体为一金属圆盘，半径为r，可绕金属轴AB以角速度为w的速度逆时针旋转，磁感应强度为B，与AB平行且垂直于纸面电解质溶液的电阻为R，其余电阻忽略不计，一个电子所带电量为（1）判断M、N何为铜极，何为Zn极?（2）求粗铜中含锌质量分数是多少?（3）计算通电时间是多少?思路启迪从题目中不难看出铜极被氧化做阳极；而铁极发生还原反应，应为阴极金属圆盘在磁场内切割磁力线，便产生感生电动势，连成通路后，便为直流电源，根据右手定则，感生电动势为圆盘周围向其中心，内部电流亦同向，根据电流方向可判断M极为阳极，N极为阴极；则M铜极；N铁极（2）可由差量法求解y1.28gx1.3g0.02g则含Zn质量分数：（3）转移电子数为 （1）感生电动势转移电子数还可表示为（2）则：得：例3有A、B、C三种电解质分别装在三个烧杯中，插有石墨电极，并按图示方法在电路中连接，闭合开关K后，测各支路电流强度（其中略小），若撤掉B，测得电流强度；若撤C，并将A、B两溶液混合均匀后分成两等份，再重置于电路、处，测知道过A、B混合溶液的电流强度与先前通过A溶液电流强度相对大小的关系为已知A、B、C分别选自下列溶液：0.1mol/L盐酸、0.1mol/L醋酸、0.1mol/L NaCl溶液、0.1mol/L、0.1mol/L NaOH、0.1mol/L氨水且25时，A溶液pH7，回答下列问题：（1）指出A、B、C是（或可能是）什么溶液?（2）若向溶液中滴入酚酞呈红色，则C是_将A、B、C分别以等体积两两混合，结果哪种组合液中，水的电离度大?_思路启迪这是一道典型的理化综合题，解决本题同时用到物理“恒定电流”及化学“电解质溶液”两章知识根据欧姆定律，在电路中，当电压U一定时，电流强度I与电阻R成反比关系当电路中为电解质溶液导电时，电阻R的大小取决于溶液中自由移动的离子浓度的大小，而离子浓度的大小又与电解质的强弱有关在各种物质的物质的量浓度相等时，电解质的电离度越大，离子浓度也就越大按照溶液的酸碱性来分，在六种溶液中：HCl、和为酸溶液；NaOH，为碱溶液，NaCl为盐溶液按照溶液电离度来分在六种溶液中：HCl、NaCl、和NaOH为强电解质；和为弱电解质溶液（1）由于闭合开关K后，测得各支路电流强度，说明两支路电阻相等，而撤去B后，测得电流强度，说明C的电阻比A小得多，由题设条件可推断A为弱电解质溶液，C为强电解质溶液，又由于pH7，所以A应为酸溶液，即为溶液，由“撤去C并将A、B混合后形成溶液分为两等份，再重置于电路、处”的电流强度这一条件，可得A、B混合液为强电解质溶液，所以B应为溶液同时，不难推出C有可能为HCl溶液、NaCl溶液、溶液及NaOH溶液（2）C溶液能使酚酞试剂变红所以C为碱溶液，即为NaOH溶液，因为盐类水解（特别是弱酸弱碱盐的双水解）能促进水的电离，所以在A、B混合液中水的电离度最大规范解法（1）A为醋酸；B为0.10mol/L氨水；C为0.1mol/LNaOH溶液；或0.1mol/L盐酸或0.1mol/L NaCl或0.1mol/L（2）C为0.1mol/L NaOH溶液；A与B混合，水的电离度最大例4 如下图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B，有两条竖直向下的导轨，（导轨足够长）在导轨上有一根质量为m，长为L的金属杆，匀速切割磁力线，导轨两端分别接在电解装置上，B中盛有1L 2mol/L的溶液，A中盛有1L 2mol/L的溶液（1）求金属杆中的电流强度（2）经过一段时间，湿润的KI淀粉试纸C端变蓝色，试回答：A中发生反应的化学方程式_在B中观察到的现象是_思路启迪这是一道理化综合题，旨在考查学生对闭合电路导体切割磁力线产生电流等知识的掌握，以及对电解池电解原理的熟悉程度通过切割磁力线，在电路中产。生电流，由右手定则可知，电流方向从L的右端指向左端，（则对于串联的外电路而言阳极有：Cu极，Pt极，M极；阴极有N极，Fe极及C极）产生的感生电流又使L杆在磁场中受力左手定则，方向向上，又因“匀速”切割，则杆受平衡力：BILmg，得规范解法（1）（2）阳极：阴极：总方程式：石墨表面有气泡产生，铜电极周围溶液变蓝色，一段时间后有蓝色沉淀产生点评对于B电解池，可简化如下图：两极的反应式分别为：阳极：（周围出现蓝色）阴极：在阳极产生的由于浓度原因，将向溶液中自由扩散，同理，阳极由于的减少而富余的也向溶液