高中化学 4.3 电解原理的应用（第2课时） 新人教版选修4

1、第2课时电解原理的应用,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,1.电解饱和食盐水 通电前溶液中含有的离子: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。电极反应为: 阳极:2Cl-2e-=Cl2(氧化反应) 阴极:2H+2e-=H2(还原反应) 因H+放电,导致水的电离平衡H2OH+OH-向右移动,致使生成NaOH。 电解总化学方程式为: 2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH 总离子方程式为: 2Cl-+2H2O H2+Cl2+2OH,目标导航,预习导引,2.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

2、金属或合金的方法。 (2)电镀池的构成,3)实例(往铁件上镀铜): 阴极材料为Fe,电极反应式为Cu2+2e-=Cu; 阳极材料为Cu,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+; 电解质溶液:CuSO4溶液,目标导航,预习导引,3.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Zn-2e-=Zn2+、Cu-2e-=Cu2+。 阴极为Cu2+2e-=Cu,目标导航,预习导引,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Mn+ne-=M。 (2)电解熔融的NaCl制Na。 对于冶炼像钠、钙、镁、铝

3、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在高温熔融条件下,发生电离:NaCl=Na+Cl-,通直流电后,阴极:2Na+2e-=2Na,阳极:2Cl-2e-=Cl2,总化学方程式为2NaCl(熔融) 2Na+Cl2,目标导航,预习导引,深度思考 判断下列描述的正误(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)在镀件上电镀铜时,可用金属铜作阳极。 () (2)电解精炼铜时,电解质溶液的浓度不变。 () (3)电解精炼铜时,用纯铜作阳极,粗铜作阴极。 () (4)工业上用电解熔融氧化镁的方法制取Mg。 () (5)用U形管作电解饱和食盐水的实验,通电前在U形

4、管的两端滴加几滴石蕊溶液,通电后阳极处溶液变蓝。 () 答案:(1)(2)(3)(4)(5,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,一、电解原理的应用 1.氯碱工业 (1)原理。 用惰性材料作阳极电解饱和食盐水,生成Cl2、H2和NaOH。 阳极:2Cl-2e-=Cl2(放电顺序Cl-OH-) 阴极:2H+2e-=H2(放电顺序H+Na+) 在上述反应中,由于H+在阴极上得到电子而生成H2,破坏了附近的水的电离平衡,促进了水继续电离,结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2)主要生产过程,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要

5、,2.电镀铜与精炼铜的比较,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1)用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl溶液,如何通过实验现象判断阴、阳两极? 答案:方法一:电极附近溶液变红的一极为电解池的阴极,另一极为阳极,原因是H+在阴极上放电(2H+2e-=H2),破坏了水的电离平衡,使此极附近溶液c(OH-)c(H+),从而会使酚酞变红。 方法二:有黄绿色气体产生的一极为电解池的阳极,电极反应式为2Cl-2e-=Cl2;有无色无味气体产生的一极为电解池的阴极,电极反应式为2H+2e-=H2。 方法三:能产生使湿润KI淀粉试纸变蓝的气体的一极为电解池的阳极,另一极为阴极,迁移应用,典题例解,

6、一,二,思考探究,知识精要,2)电解精炼铜时,阳极泥是怎样形成的? 答案:粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,位于金属活动性顺序中铜以前的金属如Zn、Fe、Ni等,会优先失去电子,如Zn-2e-=Zn2+,Ni-2e-=Ni2+。但是它们的阳离子比铜离子难还原,所以它们并不在阴极获得电子析出,而是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的银、金等杂质,因为失电子的能力比铜弱,不能在阳极失去电子变成阳离子溶解在溶液中,而是以金属单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,

7、例1】 电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池,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,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,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电极上的电极反应为,在X电极附近观察到的现象是。 Y电极上的电极反应为,检验该电极反应产物的方法是。 (2)如要用电解方法精炼粗铜,电解质溶液a选用CuSO4溶液,则: X电极的材料是,电极反应为。 Y电极的材料是,电极反应为。(说明:杂质发生的电极反应不必写出,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识

8、精要,解析:(1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极反应:2Cl-2e-=Cl2;阴极反应:2H+2e-=H2。与电源正极相连的为阳极,反之为阴极。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,加入酚酞溶液变成红色;Y极产生Cl2,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。 (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Cu2+2e-=

9、Cu;Y电极的材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-=Cu2,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,答案:(1)2H+2e-=H2有气泡冒出,溶液变红 2Cl-2e-=Cl2把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色 (2)纯铜Cu2+2e-=Cu粗铜Cu-2e-=Cu2,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.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,

10、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.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:电镀过程中Zn与电源正极相连,若给A项中原电池充电,则Zn应接电源负极,A项错误;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项错误;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项正确;镀锌层破损后,Zn比铁活泼,Zn作负极、Fe作正极,Fe被保护,D项错误。 答案:C,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.下列描述中,不符合生产实际的是(

11、) 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: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Fe-2e-=Fe2+,Fe2+移动到阴极上发生Fe2+2e-=Fe,使得到的Al不纯。 答案:A,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,二、有关电解的计算 1.基本思路,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,2.电解计算的类型,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,3.电解计算的方法,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,

12、例2】 用惰性电极电解V mL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间,阴极有W g金属析出,溶液的pH从6.5变为2.0(体积变化可忽略不计)。析出金属的相对原子质量为(,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,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)() A.3.36 LB.5.6 LC.6.72 LD.13.44 L 解析:阴极析出铜0.3 mol,由Cu2+2e-=Cu知Cu2+得到0.

13、6 mol电子,根据2Cl-2e-=Cl2,求出当溶液中Cl-全部参与电极反应时,放出Cl2 0.2 mol,失去电子0.4 mol。因此在阳极还有OH-放电,根据4OH-4e-=2H2O+O2和电子守恒,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。 答案:B,思悟升华,方法规律,案例探究,原电池和电解池的组合装置分析 为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下: 电池:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 电解池:2Al+3

14、H2O Al2O3+3H2 电解过程中,以下判断正确的是(,思悟升华,方法规律,案例探究,思悟升华,方法规律,案例探究,1)有关概念的分析判断。 在确定了原电池和电解池后,有关概念的分析和判断如:电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析就可以了。 (2)综合装置中的有关计算。 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:串联电路中各支路电流相等;并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据,思悟升华,方法规律,案例探究,多池串联装置中电池类型的判断: (1)直接判断:非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。如下图中A为原电池,B为电解池,思悟升华,方法规律,案例探究,2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断: 原电池一般是两种不同的金属电极或一个是金属电极,另一个是碳棒作电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两