人教版选修4 第4章第3节 电解池（第2课时） 学案 (1).doc

第3节 电解池第二课时电解原理的应用 课标要求1了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。2掌握电解原理的有关计算。 1.电解饱和食盐水的化学方程式为2nacl2h2o2naohh2cl2。2电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。3电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用cuso4溶液作电解液。4电解熔融al2o3制取铝，电解熔融mgcl2制取镁，电解熔融nacl制取钠。1电解饱和食盐水氯碱工业：电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。2电镀(1)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。(2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度。(3)实例(在铁件上镀铜)。材料电极反应式阴极fecu22e=cu阳极cucu2e=cu2电解质溶液cuso4溶液3电解精炼铜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、钙、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。特别提醒(1)氯碱工业中所用的饱和食盐水必须精制，以除去食盐水中的ca2、mg2、so等杂质。(2)电镀时电解质溶液的浓度不变而电解精炼铜时，电解质溶液的浓度减小。1用惰性电极电解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，溶液呈褐色c若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色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解析：选b用惰性电极电解nacl溶液，阳极产物为cl2，阴极产物为h2和naoh，不是金属钠，a错误；naoh溶液使酚酞溶液变红色，c项错误；因产物中生成naoh，溶液不可能呈中性，d项错误。2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，错误；b项，电解精炼铜时，电解液成分发生变化，错误；c项，电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)，比铜更易被氧化zn2e=zn2。1计算方法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：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，其依据是电路中转移的电子数相等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关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式2.等量关系(1)当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。(2)常见电化学计算的对应关系：h2cl2o2cu2ag2h2oh。如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(h2)n(cl2)n(o2)110.5。1把两个惰性电极插入500 ml的agno3溶液中，通入直流电电解。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)，电极上析出银的质量大约是()a27 mgb54 mgc108 mg d216 mg解析：选b由题意知电解agno3溶液时，阳极生成o2和hno3，阴极生成ag，n(h)cv1030.55104 (mol)，若设生成ag为x，则agh1 mol1 molx5104 molx5104 mol，m(ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。2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)气体，溶液体积为200 ml(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(cuso4)_。(3)若a中kcl溶液的体积也是200 ml，则电解后溶液的ph_。解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，x为负极。(2)c中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol ag，线路中通过0.02 mol电子。由4eo2，可知b中产生的o2只有0.005 mol，即112 ml。但b中共收集到224 ml气体，说明还有112 ml气体是h2，即cu2全部在阴极放电后，h接着放电产生了112 ml h2，则通过0.01 mol 电子时，cu2已完全变为cu单质。由2ecu，可知n(cu2)0.005 mol，则c(cuso4)0.025 moll1。(3)由4e4oh知，a中生成0.02 mol oh，c(oh)0.1 moll1，c(h) moll11.01013 moll1，ph13。答案：(1)负(2)0.025 moll1(3)13三级训练节节过关1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解析：选a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。2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电解时以精铜为阳极，以cuso4溶液为电解液b电解时阴极发生还原反应c粗铜连接电源负极，其电极反应是cu2e=cu2d电解结束后，电解质溶液的浓度保持不变解析：选b电解时精铜为阴极，粗铜为阳极，a项错误；溶液中cu2在阴极上得电子，发生还原反应，b项正确；粗铜应该连接电源正极，c项错误；阳极上fe、zn、cu失电子，阴极上只有cu2得电子，电解结束后，电解质溶液中的cu2浓度减小，d项错误。3.右图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是()a电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色b蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应c铁丝表面生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝d蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触解析：选d石墨棒在蛋壳内，溶液中的氯离子在该极失电子被氧化，溶液中的h浓度不变，故a错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，氢离子在该极发生还原反应得到氢气，b错误；铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，c错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体通过，d正确。4.电解原理在化学工业中被广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解质溶液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溶液，则电解池中x极上的电极反应为_，在x极附近观察到的现象是_。y极上的电极反应为_，检验该电极反应产物的方法是_。(2)若用电解法精炼粗铜，电解质溶液a选用cuso4溶液，则x极的材料是_，电极反应为_。y极的材料是_，电极反应为_。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)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。与电源正极相连的极为阳极，所以x极为阴极，y极为阳极。x极在反应过程中消耗了h2o电离出的h，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；y极产生cl2，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。(2)电解精炼铜时，用含杂质的铜作阳极，精铜作阴极。反应过程中阳极上铜以及比铜活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比铜弱的金属形成阳极泥；在阴极只有cu2能得到电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得到电子。根据题图，x为阴极，y为阳极。所以x极的材料是精铜，电极反应：cu22e=cu；y极的材料是粗铜，电极反应：cu2e=cu2。答案：(1)2h2e=h2放出气体，溶液变红2cl2e=cl2把湿润的碘化钾淀粉试纸放在y极附近，试纸变为蓝色(2)精铜cu22e=cu粗铜cu2e=cu21下列关于铜电极的叙述正确的是()a铜锌原电池中铜是负极b用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极c在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极d电解稀硫酸制h2和o2时铜作阳极解析：选c铜锌原电池中锌活泼，锌作负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，作阳极；电镀铜时，应选用铜片作阳极，镀件作阴极，含有铜离子的溶液作电镀液；电解稀硫酸时，铜作阳极，失电子的是铜而不是溶液中的oh，因而得不到氧气。2电解cuso4溶液时，若要达到以下三点要求：阳极质量减少；阴极质量增加；溶液中c(cu2)不变。可选用的电极是()a纯铜作阳极，含zn、ag的铜合金作阴极b含zn、ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极c用纯铁作阳极，用纯铜作阴极d用石墨作阳极，用惰性电极(pt)作阴极解析：选aa项，阳极反应cu2e=cu2，阴极反应cu22e=cu，正确；b项，阳极反应zn2e=zn2，cu2e=cu2，阴极反应cu22e=cu，c(cu2)发生变化，不正确；c项，阳极反应fe2e=fe2，阴极反应cu22e=cu，c(cu2)发生变化，不正确；d项，阳极反应4oh4e=o22h2o，阴极质量不变，不正确。3用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，下列方案正确的是()解析：选d要用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，则应该用电解原理，因此阴极应该是银，阳极可以是惰性电极，例如碳棒，答案选d。4将一直流电源的正、负极(电极材料为pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是()选项abcd阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝解析：选d题中所述装置是电解食盐水，阳极反应：2cl2e=cl2，cl2使湿润的ki淀粉溶液变蓝色；阴极反应：2h2e=h2，阴极附近溶液呈碱性，使石蕊溶液变蓝色。5.右图中x为电源，y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴kmno4溶液，通电后y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是()a滤纸上c点附近会变红色bcu电极质量减小，pt电极质量增大cz中溶液的ph先减小，后增大dz溶液中的so向cu电极移动解析：选a由题紫红色斑即mno向d端扩散，阴离子向阳极移动，说明d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。nacl溶液中h放电，c点附近变红色。z中为电解cuso4溶液，pt为阳极，水中的oh放电，2h2o4e=o24h，cu为阴极，溶液中的cu2得电子生成铜，总反应为2cuso42h2o2cuo22h2so4，阳极区生成h，则so向pt极移动，b、d项错误；随着电解的进行，z溶液变为硫酸，再电解则变为电解水，硫酸浓度增大，c项错误。6金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量fe、zn、cu、pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，则下列叙述中正确的是(已知：氧化性fe2ni2”“”或“”)通过阳离子交换膜的离子数。图中a、b、c、d分别表示有关溶液的ph，则a、b、c、d由小到大的顺序为_。电解一段时间后，b口与c口产生气体的质量比为_。解析：(1)开关k与a连接时，是原电池装置，b极是阴极，电极反应式为fe2e=fe2。(2)若k与b连接，是电解池装置，且a是阳极、b是阴极；阳离子向阴极移动；阳极是cl失电子生成cl2，它能使湿润的淀粉ki试纸变蓝；阴极产生h2，故由阴、阳两极逸出的气体可知，要使电解液恢复到电解前的浓度需通入hcl气体而非加入盐酸。(3)由图示加入的物质可知，阳极是oh失e，阴极是h得e，据电荷守恒，则通过阳离子交换膜的k数大于通过阴离子交换膜的so数。电解后生成的硫酸和koh溶液的浓度均比原来的大，则bc，又因为碱溶液的ph大于酸溶液的ph，则：bacd。b口产生o2，c口产生h2，根据得失电子守恒知两者物质的量之比为12，则质量之比为81。答案：(1)fe2e=fe2(2)(3)2h2o4e=o24h(或4oh4e=2h2oo2)bacd811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，镀层金属作阳极，电镀液采用含有镀层金属离子的盐溶液，a、d项中agcl和ag2so4均难溶于水，只有b项符合要求。2下列图示中关于铜电极的连接错误的是()解析：选c锌铜原电池中锌作负极，铜作正极，a正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜(或精铜)作阴极，b正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，c错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，d正确。3下面有关电化学的图示，完全正确的是()解析：选da为原电池，锌应为负极；b为电解法精炼铜的装置，粗铜应为阳极；c为电镀池，镀件铁片应该为阴极；d为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用碘化钾淀粉溶液检验氯气，阴极析出的氢气，用向下排空气法收集。4.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nacl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解析：选b电解氯化钠溶液时，阳极反应是氯离子失电子生成氯气，阴极反应是氢离子得电子生成氢气，为使cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，应让氯气在下端产生，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。5.如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物物质的量之比是()a2241b1121c2441 d2121解析：选aa为阴极，cu2得电子生成cu，b为阳极，cl失电子生成cl2；c为阴极，ag得电子生成ag，d为阳极，oh失电子生成o2。根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为2cu2cl24ago2。6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项错误；乙装置中，铁为阴极，电极反应式为2na2e=na，c项错误；乙装置中，石墨为阳极，电极反应式为2cl2e=cl2，a为cl2出口，b是na出口，d项错误。71 l 0.1 moll1 agno3溶液在以ag作阳极，fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断(设电解按理论进行，溶液不蒸发)正确的是()a溶液的浓度变为0.08 moll1b阳极上产生112 ml o2(标准状况)c转移的电子数是1.2041022个d反应中有0.01 mol的ag被氧化解析：选c由题意知，阴极反应为age=ag，阳极反应：age=ag，由阴极增重2.16 g知，n(ag)n(e)n(ag)2.16 g/108 gmol10.02 mol。a项，此装置是在铁上镀银，agno3溶液浓度不变，错误；b项，由阳极反应知，阳极上没有o2生成，错误；c项，n(e)0.02 mol，n(e)n(e)na1.2041022，正确；d项，反应中被氧化的银为0.02 mol，错误。8电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将no降解成n2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是()a.电源的正极为bb电解时h从膜右侧迁移到膜左侧cagpt电极反应为2h2o4e=4ho2d若转移的电子数为1.2041024，生成n2 5.6 g解析：选da项，agpt作阴极，b连接电源负极，错误；c项，阴极得电子，错误；b项，阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，错误；d项，根据n原子守