高中化学第1章化学反应与能量转化1.2电能转化为化学能__电解第1课时电解原理的应用学案鲁科版.docx

电解原理的应用学习目标：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。学习重难点：电解方程式的书写及电解的计算自主学习【知识回顾】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。【自主探究】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。【学习小结】【自我检测】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