高中化学 专题1 第二单元 第4课时 电解原理的应用学案 苏教版选修4.doc

第4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。1用惰性电极电解氯化钾溶液，阴极反应式是2h2e=h2，阳极反应式是2cl2e=cl2，电解的化学方程式是2kcl2h2o2kohh2cl2。电解后溶液的ph变化是增大；欲使电解后的溶液复原，需加入的物质是hcl气体。2在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。(1)若两极均为pt电极，则阳极反应式是4oh4e=2h2oo2，阴极反应式是2cu24e=2cu，电解的化学方程式是2cuso42h2o2cuo22h2so4。(2)若两极均为铜片，则阳极反应式是cu2e=cu2，阴极反应式是cu22e=cu，电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zn2e=zn2，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：na、cl、h、oh。通电时na、h移向阴极，h放电；cl、oh移向阳极，cl放电。电极反应式为阳极：2cl2e=cl2(氧化反应)；阴极：2h2e=h2(还原反应)。因h放电，导致水的电离平衡h2ohoh向右移动，致使生成naoh。(2)电解的反应方程式化学方程式：2nacl2h2oh2cl22naoh；离子方程式：2cl2h2oh2cl22oh；工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。2电镀(1)根据图，回答下列问题：电极反应式阴极：age=ag；阳极：age=ag。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cuso4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式：阳极为cu2e=cu2、zn2e=zn2、fe2e=fe2等，阴极为cu22e=cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属zn、fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不如铜活泼的金属ag、au等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mnne=m。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属，如：k、na、mg等；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：2cl2e=cl2；阴极反应式：2na2e=2na；电解反应式：2nacl(熔融)2nacl2。归纳总结(1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取naoh、cl2、h2，并以它们为原料生产一系列化工产品。(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ph等保持不变。(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cu也会沉积)。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ki溶液，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：2cl2e=cl2阴极：2h2e=h2电解反应：2nacl2h2o2naohh2cl2对照分析选项，c错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的cl2，滴加ki溶液后发生反应：cl22i=i22cl，溶液呈棕黄色，b正确；阴极附近产生大量的oh，滴加酚酞后变红色，a错误；电解后生成naoh，溶液呈碱性，d错误。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cuso4溶液中，通电电解。(1)当有1.0103 mol的oh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 ml o2时，溶液中的c(h)_。答案(1)0.032 g(2)1.0103 moll1解析(1)用惰性电极电解cuso4溶液时，电极反应为阴极：2cu24e=2cu，阳极：4oh4e=o22h2o。当有1.0103 mol的oh放电时，生成标准状况下的o2为5.6 ml，此时转移电子为1.0103 mol，则在阴极上析出cu：32103 g。(2)阳极：4oh4e=2h2oo24 mol1 molnn1.0103 mol，消耗1.0103 mol oh，生成1.0103 mol h则c(h)1.0103 moll1。2用惰性电极电解0.1 l m(no3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b l(标准状况)o2，从而可知m的相对原子质量是_，溶液中的c(h)_(均用含有a、b、x的代数式表示)。答案 moll1解析由于阴、阳两极转移电子的数目相同，则有x4，或由关系式xo24m得x4，均可解出m gmol1。又由o24h可知：c(h)4 mol0.1 lb moll1。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ph及物质的量浓度等。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：phlgc(h)。把两支惰性电极插入500 ml agno3溶液中，通电电解。当电解液的ph从6.0变为3.0时(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()a27 mg b54 mg c108 mg d216 mg答案b解析由得失电子守恒知eohhag，所以n(ag)n(h)。agno3溶液电解后产生酸，产生的h的物质的量可由ph差来计算：ph从6.0变为3.0，即c(h)103 moll1，所以n(ag)n(h)103 moll10.5 l5104 mol，m(ag)n(ag)m5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。4在100 ml h2so4和cuso4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 l气体(标准状况下)，则原混合液中，cu2的物质的量浓度为()a1 moll1 b2 moll1c3 moll1 d4 moll1答案a解析分析电解h2so4、cuso4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体为h2、o2各0.1 mol，o2是由oh失去0.4 mol电子而得到，h2是由h得到0.2 mol电子而生成。由得失电子守恒知，还有0.2 mol电子是cu2得到的，故cu2的物质的量是0.1 mol，则cu2的物质的量浓度为1 moll1。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al2o3制al时，若用fe作阳极，会发生反应fe2e=fe2，fe2移动到阴极上发生反应fe22e=fe，使得到的al不纯。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答案b解析有关反应有2nacl2h2o2naohh2cl2，cl22naoh=naclnacloh2o，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。3利用电解法可将含有fe、zn、ag、au等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()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cu2e=cu2d电解后，电解槽底部会形成含少量ag、au等金属的阳极泥答案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，cu2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fe、zn先失去电子，变成fe2、zn2进入溶液，然后是铜失去电子，变成cu2进入溶液，因ag、au等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉积在电解槽底部成为阳极泥，d正确。4将含0.4 mol cuso4和0.4 mol nacl的水溶液 1 l，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3 mol 铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是()a5.6 l b6.72 lc13.44 l d11.2 l答案a解析阴极：0.3 mol cu2得到0.6 mol电子阳极：失去的电子数也应为0.6 mol2cl 2e=cl204 mol 0.4 mol 0.2 mol4oh4e=2h2oo2 0.2 mol 0.05 mol得到cl2和o2共0.25 mol，标况下的体积为5.6 l。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0.05 moll1的cucl2溶液，b池中加入0.1 moll1的agno3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是()a2241 b1121c2111 d2121答案a解析由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出cu，b极上析出cl2，c极上析出ag，d极上析出o2。由电子守恒可得出：2ecucl22ago2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为1122241。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)a电极的名称_。(2)电解过程中观察到的现象_。(3)确定n出口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；a极区溶液变成红色；b极液面上气体变为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色(3)用湿润的淀粉ki试纸检验，若试纸变蓝则气体为cl2(4)2cl2h2ocl2h22oh(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a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极，因此，a极是电解池的阴极；那么b极为阳极，产物为cl2，检验cl2的方法是用湿润的淀粉ki试纸；当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出h2后剩余的oh结合，首先生成fe(oh)2沉淀，然后转化为fe(oh)3沉淀。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2.56 g，电路中通过电子为0.08 mol答案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)20.08 mol，d正确。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()aag和agcl溶液bag和agno3溶液cpt和ag2co3溶液dpt和ag2so4溶液答案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的盐溶液，由于a、c、d中agcl、ag2co3和ag2so4均为沉淀，只有b符合要求。4某溶液中含有溶质nacl和h2so4，它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h2b阳极先析出cl2，后析出o2c电解最后阶段为电解水d溶液ph不断增大，最后为7答案d解析电解质溶液中，n(na)n(cl)n(so)331，开始电解产生h2和cl2，同时生成oh中和h2so4，且生成oh多，最后相当于电解水，因而ph7，阴极只生成h2。三个阶段分别为电解hcl、nacl、h2o。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b6取一张用饱和nacl溶液浸湿的ph试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是()ab电极是阴极ba电极与电源的正极相连接c电解过程中，水是氧化剂db电极附近溶液的ph变小答案d解析用惰性电极电解nacl溶液，其电极反应分别为阴极：2h2e=h2阳极：2cl2e=cl2，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cl2与水反应生成hcl和hclo，hcl使ph试纸显红色，hclo具有漂白性，使ph试纸褪色；b极为阴极，h得电子产生h2，h来源于h2o的电离，因此在b极又同时生成了oh，因此b极附近ph增大。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 mol电子时停止通电。若此溶液体积为2 l，则电解液中c(oh)为()a0.3 moll1 b0.2 moll1c0.1 moll1 d0.05 moll1答案c解析电解食盐水时供给0.2 mol电子，则消耗的h为0.2 mol，同时产生oh 0.2 mol，溶液体积为2 l，c(oh)0.1 moll1。8以惰性电极电解cuso4溶液，若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，则阴极上析出cu的质量为()a0.64 g b1.28 gc2.56 g d5.12 g答案b解析2cuso42h2o2cuo2 2h2so4 0.020 0 mol 0.010 0 molm(cu)0.020 0 mol64 gmol11.28 g。9在水中加等物质的量的ag、ba2、na、so、no、cl，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()a35.5108 b16207c81 d10835.5答案c解析溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，agcl=agcl、ba2so=baso4，最后溶液就成了nano3溶液；而电解nano3溶液，实质就是电解水，电解方程式为2h2o2h2o2。氧化产物和还原产物的质量之比为m(o2)m(h2)(1 mol32 gmol1)(2 mol2 gmol1)81，即c项正确。10常温下用石墨作电极，电解100 ml 0.1 moll1的cu(no3)2和0.1 moll1的agno3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1.12 l 时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是()a阴极增重1.4 gb所得溶液中的c(h)0.3 moll1c阴极增重0.64 gd所得溶液中的c(h)0.3 moll1答案b解析阴极可以放电的离子依次为0.01 mol ag、0.01 mol cu2，阳极可以放电的阴离子只有oh。当阳极生成1.12 l o2时，电路中通过电子：n(e)0.05 mol40.2 mol，此时ag、cu2已全部析出，质量：0.01 mol108 gmol10.01 mol64 gmol11.72 g；因为当ag、cu2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0.01 mol ag、0.01 mol cu2所带电荷相等。则溶液中c(h)0.3 moll1。当阴极生成1.12 l h2时，表明ag、cu2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a为电解液，x和y均为惰性电极，则：(1)若a为cuso4溶液，则电解时的化学反应方程式为_。(2)若电解含有0.04 mol cuso4和0.04 mol nacl的混合溶液400 ml，当阳极产生672 ml(标准状况下)气体时，溶液中的c(h)_(假设电解后溶液体积不变)。答案(1)2cuso42h2o2cuo22h2so4(2)0.1 moll1解析(1)用惰性电极电解cuso4溶液时，阳极oh放电，阴极cu2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cl先放电，2cl2e=cl2，0.04 mol cl只能生成0.02 mol cl2，即448 ml，转移0.04 mol电子，现共生成672 ml气体，说明还有224 ml气体来自于水的电解，根据反应4oh4e=2h2oo2可知又转移0.04 mol电子，故电解过程中共转移0.08 mol电子。阴极上cu2先放电，电极反应式为cu22e=cu，现有0.04 mol cu2，恰好完全电解，由此可得整个电解过程中消耗了0.04 mol oh，根据水的电离可知溶液中h的物质的量为0.04 mol，则c(h)0.1 moll1。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。答案(1)阴纯铜cu22e=cu含cu2的溶液(如cuso4溶液)(2)2h2e=h2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，fe为阴极，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cu22e=cu，电解质溶液用含cu2的溶液(如cuso4溶液)。(2)乙池中fe极电极反应式为2h2e=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。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ph会增大，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)2al2o3(熔融)4al3o2(2)2al2oh2h2o=2alo3h2(3)4oh4e=2h2oo2h放电，促进水的电离，oh浓度增大b解析(3)中根据电解原理，阳极应是oh失电子，所以电极反应式为4oh4e=2h2oo2；阴极为h放电，促进水的电离，使oh浓度增大，所以ph增大；根据阳离子交换膜的特点，k可从阳极区进入阴极区和oh组成koh，从而可在阴极区得到纯的koh溶液，故液体应从b口导出。拓展探究14蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置，有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是nio2fe2h2ofe(oh)2ni(oh)2，用该蓄电池电解(阴、阳极均为惰性电极)m(no3)x溶液时，若此蓄电池工作一段时间后消耗 0.36 g 水。(1)电解时，电