人教版选修4 第4章第3节 电解池（第2课时） 学案.doc

第3节 电解池第2课时电解原理的应用1.电解饱和食盐水的化学方程式为2nacl2h2o2naclh2cl2。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，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融mgcl2制取镁。1用惰性电极电解饱和食盐水时，两极得到的气体是什么？如何检验阳极产生的气体？提示：两极产生的气体是h2和cl2；用湿润的淀粉ki试纸检验cl2的存在。2饱和食盐水含有ca2、mg2、so，如何除去食盐水中的这些杂质离子？提示：精制食盐水的过程为：na、cl(ca2、mg2、sona、cl(ca2、mg2、ba2)na、cl(ca2、ba2、oh)na、cl(co、oh)na、cl。3工业上如何制备na、mg、al等活泼金属？提示：工业上制取na、mg、al分别用电解熔融的nacl、熔融mgcl2和熔融的al2o3来制取。电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气新知探究下图是电解饱和食盐水的装置：探究1饱和食盐水中存在哪些离子？通电后它们的移动方向如何？提示：饱和食盐水中存在的离子是na、h、cl、oh，通电后，na、h向阴极移动，cl、oh向阳极移动。探究2如何判断阴、阳两极的产物？书写两极反应方程式。提示：由于阳极上阴离子的放电顺序为cloh，cl首先放电，电极反应式为2cl2e=cl2，故阳极产物为cl2。阴极上阳离子放电顺序为hna，h放电，电极反应式为2h2e=h2，故阴极产物为h2。探究3如何通过实验证明阴、阳两极产物？提示：用湿润的淀粉ki试纸检验阳极产物：cl2，若试纸变蓝，证明是cl2。用爆鸣实验检验阴极产物h2，用小试管收集气体，管口向下，用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指，若听到“噗”的声音，说明收集的是h2。必记结论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=cl22.电解总反应式化学方程式：2nacl2h2o2naohh2cl2；离子方程式：2cl2h2o2ohh2cl2。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。成功体验1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。2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：选d电解nacl溶液时，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ki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。电镀新知探究探究1按如图1所示装置，向烧杯中倒入饱和硫酸铜溶液，用铜作阳极，一个钥匙(铁制)作阴极。接通k后，你观察到哪些现象？你能解释你观察到的现象吗？提示：实验现象：阳极铜片逐渐溶解，阴极铁制钥匙表面慢慢出现一层红色的物质。通电后阳极发生：cu2e=cu2，铜片逐渐溶解，cu2进入溶液中；阴极发生：cu22e=cu，钥匙表面逐渐镀上了一层红色的铜。探究2图1中若两极上的材料互换，能在铁钥匙的表面镀上一层铜吗？为什么？提示：不能。若两极材料互换，则fe作阳极，其电极反应式为fe2e=fe2，故在fe的表面不会镀上铜。探究3按图2装置电解精炼铜：图2写出图2装置中阴、阳两极上的电极反应式。提示：阳极(粗铜)：zn2e=zn2，fe2e=fe2，cu2e=cu2阴极反应式：cu22e=cu探究4粗铜中含有锌、铁、镍、银、金属杂质，在精炼铜的过程中，杂质金属为什么不在阴极析出？精炼铜的过程中溶液中cu2的浓度是否有变化？提示：因氧化性cu2大于fe2、zn2、ni2，故在阴极上cu2得到电子析出单质铜，电解精炼铜时，溶液中cu2的浓度减小。必记结论1电镀池、电解精炼铜的构成条件(1)电镀池：镀层金属作阳极；待镀金属制品作阴极；含镀层金属阳离子的溶液作电解液。(2)电解精炼铜：粗铜作阳极；精铜作阴极；含cu2的溶液(如cuso4)作电解液。2电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料精铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜阳极反应cu2e=cu2zn2e=zn2cu2e=cu2等阴极反应cu22e=cucu22e=cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液保持不变反应后硫酸铜溶液中混有zn2等，cu2浓度减小成功体验3(好题共享选自苏教版教材p22t3)若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是()将铜片接在电源的正极将银片接在电源的正极在铜片上发生的反应是age=ag在银片上发生的反应是4oh4e=o22h2o可用cuso4溶液作电解质溶液可用agno3溶液作电解质溶液a bc d解析：选c在铜片上镀银时，银作阳极：age=ag，铜作阴极：age=ag；agno3溶液作电解质溶液。即正确，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。电冶金新知探究探究1工业上制取金属钠是电解食盐水还是电解熔融氯化钠？提示：电解食盐水得到naoh而不是na；故工业上制取金属钠是电解熔融nacl。探究2工业上冶炼镁为什么用mgcl2而不使用mgo?提示：mgo的熔点高，mgcl2的熔点低，若用mgo则消耗更多的能量。必记结论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电解熔融的nacl制na对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。例如电解熔融的nacl制na：nacl在高温熔融，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2nacl(熔融)2nacl2。成功体验5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：考查氯碱工业例1(北京高考节选)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。(1)溶液a的溶质是_。(2)电解饱和食盐水的离子方程式是 _。(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的ph在23。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：_。(4)电解所用的盐水需精制，去除有影响的ca2、mg2、nh、soc(so)c(ca2)。精制流程如下(淡盐水和溶液a来自电解池)：盐泥a除泥沙外，还含有的物质是_。过程 中将nh转化为n2的离子方程式是_。baso4的溶解度比baco3的小，过程 中除去的离子有_。解析(1)从加入原料(水含少量naoh)可知a为浓氢氧化钠溶液；也可以从电极反应推测，右室生成h2，h得电子，oh浓度增大，na向右移动，所以生成物为naoh。(3)抓住信息(化学平衡移动)，分析阳极区存在的化学平衡只有cl2与水反应。(4)由信息用溶液a(naoh溶液)调ph11、溶液中含有mg2，所以有沉淀mg(oh)2生成；由信息可知nh被氧化生成n2，所以氯气是氧化剂，溶液显碱性用oh和h2o配平即可；baco3(s)ba2(aq)co(aq)，ba2与溶液中的so结合生成更难溶的baso4，且使baco3(s)ba2(aq)co(aq)右移，生成co与溶液中的ca2结合生成caco3，除去so和ca2。答案(1)naoh(2)2cl2h2oh2cl22oh(3)cl2与水反应：cl2h2ohclhclo，增大hcl的浓度使平衡逆向移动，减少cl2在水中的溶解，有利于cl2的逸出(4)mg(oh)22nh3cl28oh=n26cl8h2oso、ca21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。考查电解原理的应用例2火法炼铜得到的粗铜中含有多种杂质(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精铜作阴极c杂质都将以单质形式沉积到池底d精铜片增重2.56 g，电路中通过0.04 mol电子解析由金属活动性顺序zncuagau可知，首先杂质锌失去电子进入溶液，而后是铜失去电子，而不活泼杂质au、ag以单质形式沉积到池底。精铜增重2.56 g时，得到电子：20.08 mol，即电路中通过0.08 mol电子，d不正确。答案b2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fe2ni2xd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。5(山东高考)以kcl和zncl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()a未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程b因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系c电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率d镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用解析：选c电镀过程中zn与电源正极相连，若给原电池充电，则zn应接电源负极，a错误；导线中通过的电子，在阴极均被zn2得到，所以通过的电子与锌析出的物质的量成正比，b错误；只要电流恒定，阴阳极得失电子的速率不变，所以电解反应速率不变，c正确；镀锌层破损后，zn比铁活泼，zn作负极、fe作正极，fe被保护，d错误。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错；乙装置中铁为阴极，2na2e=na，c错；石墨为阳极，2cl2e=cl2，a为cl2出口，b是na出口，d错。7双选题(山东高考节选)以cuso4溶液为电解质溶液进行粗铜(含al、zn、ag、pt、au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是()a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c溶液中cu2向阳极移动d利用阳极泥可回收ag、pt、au等金属解析：选bd电解精炼铜的过程中，电能转化为化学能的同时，部分电能转化为热能，a项错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b项正确；电解过程中cu2向阴极移动，c项错误；粗铜中ag、pt、au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，d项正确。8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的大，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。9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。10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 moll1 b2 moll1c3 moll1 d4 moll1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 moll1。11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v(cl2)4.48 l。答案：(1)阴极纯铜cu22e=cu阳极粗铜cu2e=cu2(2)红(3)4.48 l12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。在实际解题过程中，有许多同学会根据cr2o的氧化性强于h，简单地将阴极反应当作是cr(oh)3得电子，这就会导致以后对试题中相关问题的处理含糊不清。这主要是没有将电解过程中的几个不同层次的问题有序地加以分析和处理所致。答案：(1)fe2e=fe22h2e=h2(2)6fe2cr2o14h=6fe32cr37h2o(3)在阴极反应及cr2o与fe2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13某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题。(1)若开始时开关k与a连接，则b极的电极反应式为_。(2)若开始时开关k与b连接，则b极的电极反应式为_，总反应的离子方程式为_。有关上述实验，下列说法正确的是(填序号)_。溶液中na向a极移动从a极处逸出的气体能使湿润的ki淀粉试纸变蓝反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度若标准状况下b极产生2.24 l 气体，则溶液中转移0.2 mol电子(3)该小组同学认为，如果模拟工