人教版选修4 第4章第3节 电解池（第2课时） 学案 (2).doc

第2课时电解原理的应用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。 细读教材记主干1氯碱工业通过电解饱和食盐水可制得烧碱、氯气和氢气，三种重要的工业原料。电极反应方程式：阳极：2cl2e=cl2，阴极：2h2e=h2，总化学方程式： 。2电镀(1)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方法。电镀时，通常把金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。(2)电解精炼铜用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用cuso4溶液作电镀液。3电冶金金属冶炼就是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。如nacl在高温下熔融，并发生电离：nacl=nacl，通直流电后，阴极：2na2e=2na，阳极：2cl2e=cl2，总化学方程式为： 。新知探究1装置及现象现象电极反应式阴极生成无色气体2h2e=h2阳极生成黄绿色气体2cl2e=cl2问题讨论电解饱和食盐水时，如何判断阴、阳两极的产物？提示：由于阳极上阴离子的放电顺序为cloh，cl首先放电，故阳极产物为cl2。阴极上阳离子放电顺序为hna，h放电，故阴极产物为h2。2电解总反应式化学方程式：2nacl2h2o 2naohh2cl2；离子方程式：2cl2h2o,2ohh2cl2。3产物验证方法(1)用湿润的ki淀粉试纸检验阳极放出的氯气。(2)用酚酞试液检验产物naoh。对点演练1如图所示，能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()解析电解饱和食盐水时，阳极反应为2cl2e=cl2，阳极产物为cl2；阴极反应为2h2e=h2，阴极放出h2；cl2可用碘化钾淀粉溶液检验。因h2密度小，在阴极生成，结合e转移方向知d正确。答案d新知探究1电镀(1)定义：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方法。(2)电镀池的构成：(3)实例(往铁件上镀铜)：阴极材料：fe，电极反应式：cu22e=cu；阳极材料：cu，电极反应式：cu2e=cu2；电解质溶液：cuso4溶液。2电解精炼铜(1)装置：粗铜作阳极，纯铜作阴极，cuso4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式：阳极为zn2e=zn2、cu2e=cu2。阴极为cu22e=cu。问题讨论用铂做电极，电解cuso4溶液，电解一段时间后，阴极和阳极有何现象？停止电解，然后反接电源的正负极，反接后，两电极又有何现象？提示：pt作电极，阴极会覆盖一层金属铜，阳极表面会产生气泡，反接电源后，覆盖铜的电极，表面的铜又会溶解，原来产生气泡的电极表面会覆盖一层铜。名师点拨电镀和电解铜需注意的3个问题(1)若活性金属(除去au、pt)做阳极，阳极金属失电子。(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部、形成阳极泥；而活泼性比cu强的金属(如zn、ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。所以电解精炼铜时，电解液的浓度会减小。对点演练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锌作阳极，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解析电镀时，通常镀层金属作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。答案a新知探究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电冶金电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。3电解熔融的氯化钠阳极反应：2cl2e=cl2；阴极反应：2na2e=2na；总反应：2nacl(熔融)2nacl2。注意(1)电解法制取钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液。(2)工业上用电解熔融mgcl2而不是mgo的方法制mg，用电解熔融al2o3而不是alcl3的方法制al。对点演练3下列金属只能采用电解法冶炼的是_。fenaagcucahg解析对于像k、ca、na、mg、al这样活泼的金属，很难找到一种合适的还原剂从化合物中将其还原出来，电解法几乎是唯一可行的方法。答案名师点拨1计算的原则(1)阳极失去的电子数阴极得到的电子数。(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。2计算的方法(1)根据电子守恒法计算：用于串连电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：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)根据关系式计算：根据得失电子守恒的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。电解计算时常用的定量关系为：4e4h4oh2h2o22cu4ag。对点演练4将两个惰性电极插入到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h2逸出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是()a27 mgb54 mgc108 mgd216 mg解析题中ph6可理解成由于ag的水解而使溶液显弱酸性，当ph变为3时，n(h)1103 mol/l0.5 l5104mol，根据关系式：aghe得，n(ag)n(h)5104 mol，m(ag)5104 mol108 g/mol5.4102g54 mg。答案 b 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，用锌作阳极解析：选a电解池的阳极发生失电子氧化反应、阴极发生得电子还原反应。电解熔融的al2o3制al时，若用fe作阳极，会发生fe2e=fe2，fe2移动到阴极上发生fe22e=fe，使得到的al不纯。2工业上电解食盐水的阴极区产物是()a氯气b氢气和氯气c氢气和氢氧化钠 d氯气和氢氧化钠解析：选c用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式：2h2e=h2，破坏水的电离平衡，阴极区域oh与na结合成naoh。3关于工业上卤碱工程中，下列说法正确的是()a电解饱和nacl溶液时，阴、阳极都可用碳棒，阴极得到na单质，阳极产生黄绿色气体b可用电解饱和mgcl2溶液得到mg单质c电解nacl溶液和cucl2溶液时参与反应的物质相同d电解时阴极发生还原反应解析：选d电解nacl和mgcl2溶液时，水电离出的h优先放电，故均得不到相应的金属单质，a、b错误；电解nacl溶液时水参与了反应，电解cucl2溶液时水未参与反应，c错误。4关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()a都用粗铜作阳极、纯铜作阴极b电解液的成分都保持不变c阳极反应都只有cu2e=cu2d阴极反应都只有cu22e=cu解析：选da项电镀时镀件作阴极；b项电解精炼铜时电解液成分改变；c项电解精炼铜时，有比铜活泼的金属杂质(如锌)，则阳极还会发生zn2e=zn2的反应。5电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：阳极质量减小阴极质量增加电解过程中cu2浓度不变则可选用的电极是()a石墨作阳极，铁作阴极b粗铜(含fe、ni、zn)作阳极，纯铜作阴极c纯铜作阳极，铁作阴极d铁作阳极，纯铜作阴极解析：选c本题中所述的电解过程实际就是电镀过程：阳极质量减少，必须用活性金属电极作阳极，则a选项不符合题意；由于cu2的放电能力比h的强，阴极质量增加，但是要使cu2浓度不变，则阳极必须用纯铜，所以选c。6电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；x、y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)若x、y都是惰性电极，a是饱和nacl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中x极上的电极反应式为_。y电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。该反应的总反应方程式是：_。(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用cuso4溶液，则：x电极的材料是_，电极反应式是_。y电极的材料是_，电极反应式是_。解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2cl2e=cl2；阴极反应：2h2e=h2。与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。所以x为阴极，y为阳极。x极在反应过程中消耗了h2o电离出的h，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；y极产生cl2，能使湿润的ki淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼铜时，用含杂质的铜为阳极，纯铜为阴极。反应过程中阳极上的铜以及比铜活泼的金属失去电子成为离子进入溶液，活泼性比铜差的金属形成阳极泥；在阴极只有cu2能得电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图，x为阴极，y为阳极。所以，x电极的材料是纯铜，电极反应为cu22e=cu；y电极的材料是粗铜，电极反应为cu2e=cu2。答案：(1)2h2e=h22cl2e=cl2把湿润的ki淀粉试纸放在y电极附近，试纸变蓝色2nacl2h2o 2naohh2cl2(2)精铜cu22e=cu粗铜cu2e=cu2 课时达标训练（二十一）一、选择题1关于电解饱和nacl水溶液，下列叙述正确的是()a电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠b若在阳极附近的溶液中滴入ki溶液，溶液呈棕色c若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色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解析：选b电解饱和nacl水溶液，阳极析出氯气，阴极析出氢气，a错误；若在阳极附近滴入ki溶液，i2将被cl2置换出来，得到i2的水溶液，故显棕色，b正确；阴极附近由于显碱性，加酚酞显红色，c错误；电解一段时间后，搅拌得到的是含有naoh的溶液，显碱性，d错误。2依据甲、乙、丙三图，判断下列叙述不正确的是()a甲是原电池，乙是电镀装置b甲、乙装置中，锌极上均发生氧化反应c乙装置中，铜极因发生氧化反应而溶解d乙装置中，c(cu2)不变，丙装置中，c(cu2)减小解析：选b本题考查的是原电池和电解池的形成条件，判断时要以构成电解池的三个条件为依据。甲是铜锌原电池，乙是在zn片上镀铜的电镀池，丙是铜的精炼装置。3用含有少量银和锌的粗铜片作阳极，纯铜片作阴极，cuso4 溶液作电解质溶液，电解一段时间后，阳极的质量减少x g，则()a电解质溶液的质量增加x gb阴极的质量增加x gc阴极的质量增加a g，axd阴极的质量增加b g，bx解析：选d粗铜作阳极，发生的电极反应有：cu2e=cu2，zn2e=zn2，同时银沉积下来；阴极反应为cu22e=cu，阴极质量增加，但增加的质量小于阳极减少的质量。4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cfe和agno3溶液 dpt和ag2so4溶液解析：选b电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，a、d项中agcl和ag2so4均为沉淀，只有b项符合要求。5如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是()a甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应b甲装置盐桥的作用是使反应过程中znso4溶液和cuso4溶液保持电中性c乙装置中铁极的电极反应式为：2na2e=2nad乙装置中b是氯气出口，a是钠出口解析：选b甲装置为原电池，zn为负极，发生氧化反应，cu为正极，发生还原反应，a错误；乙装置中铁为阴极，2na2e=na，c错误；石墨为阳极，2cl2e=cl2，a为cl2出口，b是na出口，d错误。6电解装置如图所示，电解槽内装有ki及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3i26oh=io5i3h2o。下列说法不正确的是()a右侧发生的电极反应式：2h2o2e=h22ohb电解结束时，右侧溶液中含有ioc电解槽内发生反应的总化学方程式：ki3h2o kio33h2d如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变解析：选d电解时左侧溶液变蓝，说明反应中ii2，则电极反应为：2i2e=i2，该极为阳极。右侧电极为阴极，发生还原反应，则应水放电生成h2，电极反应为：2h2o2e=h22oh，a正确；电解过程中阴离子oh可通过阴离子交换膜向阳极移动，因此oh可从右侧进入左侧，导致单质i2与oh反应：3i26oh=io5i3h2o，因此左侧溶液中产生io，io也可透过阴离子交换膜进入右侧，b正确；把两个电极反应和2与oh的反应合并，可得总反应方程式：ki3h2o电解,kio33h2，c正确；如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，则右侧产生的oh不能进入左侧，则不会发生单质i2与oh的反应，因此电解槽内的化学反应不同，d错误。7金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的fe、zn、cu、pt杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是()a阳极发生还原反应，其电极反应式为：ni22e=nib电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等c电解后，溶液中存在的金属阳离子只有fe2和zn2d电解后，电解槽底部的阳极泥中只有cu和pt解析：选da项，阳极应发生氧化反应，错误。c项，溶液中的阳离子主要为ni2，错误。b项，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序，阳极反应为zn2e=zn2，fe2e=fe2，ni2e=ni2，cu、pt在该条件下不失电子，阴极反应为ni22e=ni，fe2、zn2在该条件下不得电子，比较两电极反应，因zn、fe、ni的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不等，错误。8用惰性电极电解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氧气(标准状况下)，从而可知m的相对原子质量是()a. b.c. d.解析：选c生成b l o2转移电子为 mol，据电子守恒得到m的物质的量为： mol mol，则m的摩尔质量为a g/mol，m的相对原子质量为 。9用石墨电极电解100 ml h2so4和cuso4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 l气体(标准状况下)，原混合溶液中cu2的物质的量浓度为()a1 mol/l b2 mol/lc3 mol/l d4 mol/l解析：选a根据题设条件，两极上电极反应式为：阴极：首先cu22e=cu，然后2h2e=h2；阳极4oh4e=2h2oo2。既然阴极上收集到h2，说明cu2已完全放电，根据电子守恒，阴极上cu2、h得电子总数应等于oh失电子总数。析出0.1 mol h2获得0.2 mol电子，析出0.1 mol o2失去0.4 mol电子，所以有0.1 mol cu2放电，获得0.2 mol电子，c(cu2)0.1 mol/0.1 l1 mol/l。10如图乙是甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标x)随时间变化的曲线(各电解池都用石墨作电极，不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响)，则x表示()a各电解池析出气体体积总数的变化b各电解池阳极质量的增加c各电解池阴极质量的增加d各电极上放电的离子总数的变化解析：选c用排除法解答：电解nacl溶液时，随着电解的进行x值始终为0，可排除a、d项；对于b项，三个电解池的阳极上都是阴离子放电，不可能有金属析出，所以也不正确。11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，设计了如图装置。以下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解析：选b此装置为电解nacl溶液的装置，会产生h2、cl2和naoh。为制得有较强杀菌能力的消毒液，只需产物cl2和naoh充分接触，相互反应生成naclo即可。所以，装置下端产生的气体应为cl2，则b为电源正极，a为负极，消毒液主要成分为naclo和nacl。12将含有0.4 mol cu(no3)2和0.4 mol kcl的水溶液1 l，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)()a3.36 l b5.6 lc6.72 l d13.44 l解析：选b本题主要应用电子守恒思想，阴极析出铜0.3 mol，由cu22e=cu知cu2得到0.6 mol电子，根据2cl2e=cl2，求出当溶液中cl全部参与电极反应时，放出0.2 mol cl2，失去0.4 mol电子。因此在阳极还有oh放电，根据4oh4e=2h2oo2和电子守恒得在阳极有0.05 mol o2放出，即阳极共放出0.25 mol，标准状况下为5.6 l的气体。二、非选择题13如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，a极是电解池的_，材料是_，电极反应式为_；b极是电解池的_，材料是_，主要电极反应式为_。(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，fe极附近呈_色。(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为_(不考虑气体的溶解情况)。解析：(2)fe极电极反应式为：2h2e=h2，h放电后，溶液中生成oh，显碱性，遇酚酞呈红色。(3)甲池阴极反应为：cu22e=cu，生成n(cu)0.2 mol，转移电子的物质的量n(e)0.4 mol；乙池阳极反应为：2cl2e=cl2，由电子守恒知生成cl2为：n(cl2)0.2 mol，故标准状况下v(cl2)22.4 mol/l0.2 mol4.48 l。答案：(1)阴极纯铜cu22e=cu阳极粗铜cu2e=cu2(2)红(3)4.48 l14工业上处理含cr2o的酸性工业废水常用以下方法：往工业废水里加入适量的nacl，搅拌均匀；用fe为电极进行电解，经过一段时间有cr(oh)3和fe(oh)3 沉淀产生；过滤回收沉淀，废水达到排放标准。试回答：(1)电解时的电极反应：阳极_，阴极_。(2)cr2o转变成cr3的离子反应方程式为_。(3)电解过程中cr(oh)3、fe(oh)3沉淀是怎么产生的？_。(4)能否用cu电极来代替fe电极？_(填“能”或“不能”)，理由是_。解析：由于cr()的化合物毒性远高于cr()化合物，故通过电解将cr()转化为cr()，对废水进行处理是电化学知识在实际生活中的具体运用。在处理有关问题时，应注意思维的有序性：首先应考虑溶液中阴阳离子在外电场作用下的定向迁移；然后再考虑阴阳两极按放电顺序可能发生的电极反应。阴极：2h2e=h2，阳极：fe2e=fe2，产生的fe2在向阴极迁移的过程中与向阳极迁移的cr2o相遇，发生氧化还原反应：6fe2cr2o14h=6fe32cr37h2o，使cr2o转化为cr3，同时fe2也转化为fe3。在以上电解的阴极反应及fe2与cr2o的氧化还原反应中都消耗了大量的h，溶液的ph不断变大，有利于fe3、cr3生成相应的fe(oh)3、cr(oh)3沉淀。若将fe电极改成为cu电极，由于产生的cu2不具有还原性，不能将cr2o转化为毒性较低的cr3，显然是不行的。答案：(1)fe2e=fe22h2e=h2(2)6fe2cr2o14h=6fe32cr37h2o(3)在阴极反应及cr2o与fe2的反应过程中，将消耗大量的h，使溶液ph上升，促使fe3、cr3水解并最终转化为fe(oh)3、cr(oh)3沉淀(4)不能因为阳极产生的cu2不能使cr2o还原到低价15.某实验小组的同学采用如图所示装置来进行有关化学实验，请回答下列问题。(1)若u形管中盛有硫酸钠溶液，x、y电极分别为石墨和铁棒，电解过程中出现的现象是_。u形管中加入的少量植物油作用是_。(2)电解一段时间后，某同学将电源反接，此时出现的现象是_。有关的化学方程式为_。解析：铁作阳极时，铁失电子发生氧化反应，生成二价铁离子：fe2e=fe2，阴极发生还原反应：2h2e=h2。阳极生成的fe2向阴极扩散，而阴极产生的oh向阳极扩散，二者在u形管中间相遇结合成fe(oh)2白色沉淀。fe(oh)2极易被空气中的o2氧化，故u形管中加入少量植物油以隔绝空气。当反接电源时，为电解水，x、y极分别生成o2和h2，o2将fe(oh)2氧化为fe(oh)3。答案：(1)x极有气泡冒出，y极附近溶液渐变浅绿色，u形管下部中间位置出现白色沉淀隔绝空气(防止白色沉淀被氧化变质)(2)x、y两极都有气泡冒出，且白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色2h2o2h2o2，4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3能力提升16如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：(1)电源中x极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，b中共收集到224 ml(标准状况下)气体，溶液体积为200 ml(电解前后溶液的体积变化