【学案导学设计】高中化学 1.2.2 电解原理的应用学案 鲁科版选修4.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.掌握电解的有关计算。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)电解的总反应式化学方程式：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，不比铜活泼的金属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，粗铜中的铜迁移到纯铜上。3电镀(1)根据图，回答下列问题：电极反应式阳极：cu2e=cu2；阴极：cu22e=cu。可观察到的现象是铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。(2)电镀电镀是应用电解原理，在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。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。归纳总结(1)氯碱工业：用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取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，而不比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，将全部电解质溶液转移到烧杯中，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总反应：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，滴加酚酞后附近溶液变红色，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，溶液的ph是_。答案(1)0.032 g(2)3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 mol 1 moln n1.0103 mol，消耗1.0103 mol oh，生成1.0103 mol h则h1.0103 moll1phlghlg(1.0103)3。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_，溶液的ph是_(均用含有a、b、x的代数式表示)。答案lg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：h4 mol0.1 lb moll1，则phlg。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)总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。(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把两支惰性电极插入500 ml agno3溶液中，通电电解。当电解质溶液的ph从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶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解析由电子得失守恒知，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h103 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，两极产生的气体分别为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。由电子得失守恒知，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解析电解池的阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。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、pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()a电解时以精铜作阳极b电解时阳极发生还原反应c精铜连接电源负极，其电极反应式是cu2e=cu2d电解后，电解槽底部会形成含少量ag、pt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，故精铜作阴极；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、pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，d正确。4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。5右图是电解氯化钠溶液(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)电解总反应的离子方程式为_。(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，试纸变蓝的就是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，然后沉淀转化为fe(oh)3。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。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，用精铜作阴极，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，利用其在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用pt电极电解含有物质的量均为0.1 mol的cu2和x3溶液，阴极析出固体物质的质量m(g)与溶液中通过电子的物质的量n (mol)关系如图。则离子的氧化能力由大到小排列正确的是()acu2x3h bhx3cu2cx3hcu2 dcu2hx3答案d解析本题的解题信息在图像中：一通电就有固体析出，且通过0.2 mol电子后，再没有固体析出了，说明是cu2放电的结果，x3不放电，故选d。5某溶液中含有溶质nacl和h2so4，它们的物质的量之比为31。用石墨作电极电解此溶液时，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。6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，并且检流计示数不断变小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，则常温下所得电解质溶液的ph是()a1 b8c13 d14答案c解析常温下电解食盐水时供给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，ph13。8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 mol2cl2e=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。9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2cuso42h2o2cuo22h2so4 0.020 0 mol 0.010 0 molm(cu)0.020 0 mol64 gmol11.28 g。10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材料作电极的电解槽中，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。11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 g b所得溶液ph1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。(1)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。则溶液中生成h：h0.3 moll1，ph1。(2)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ph与以上相等。能力提升12金属铝的生产是以al2o3为原料，在熔融状态下进行电解： 2al2o34al3o2请回答下列问题：(1)冰晶石(na3alf6)的作用是_。(2)电解生成的金属铝是在熔融液的_(填“上层”或“下层”)。(3)阴极和阳极均由_材料做成；电解时不断消耗的电极是_(填“阳极”或“阴极”)。(4)铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成_(填代号)。a冰晶石 b氧化铝 c铝锭 d硫酸铝答案(1)降低al2o3的熔化温度(2)下层 (3)石墨(或碳素)阳极(4)c解析(1)al2o3的熔点很高，熔化需要较多能量，加入助熔剂可节约能量，降低熔化温度。(2)由于冰晶石(na3alf6)与氧化铝熔融物密度比铝的小，所以铝在熔融液的下层。(3)电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。(4)电解产生的铝要尽量以单质形式存在，所以将回收铝做成铝锭最好。13电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示的电解池，其中a为电解质溶液，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，溶液的ph_(假设电解后溶液体积不变)。答案(1)2cuso42h2o2cuo22h2so4(2)1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