电解原理的应用【核心知识精讲精研】高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章

化学反应与电能第二节

电解池第3课时电解原理的应用[学习目标]1.认识电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的实际应用。2.深化对电解原理的理解。[重点难点]1.根据电解池的构造书写相应的电极反应式。2.电解原理的应用。温故知新惰性电极(石墨)电解饱和食盐水的电极反应和总反应方程式。阴极：_____________________阳极：_____________________总反应：____________________________2Cl-+2H2O===

Cl2↑+H2↑+2OH-电解2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑如图所示装置进行电解，试分析反应过程中存在副反应的方程式。Cl2+2OH-

==Cl-+ClO-+H2OCl2+H2

===

2HCl光照惰性电极(石墨)电解饱和食盐水的电极反应和总反应方程式。阴极：_____________________阳极：_____________________总反应：____________________________一、电解饱和食盐水1.电解饱和食盐水的原理2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－2Cl-+2H2O===

Cl2↑+H2↑+2OH-电解2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑来自水的电离化学方程式：2NaCl+2H2O===

Cl2↑+H2↑+2NaOH电解习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。烧碱、氯气都是重要的化工原料。(2)避免生成物H2和Cl2混合(1)避免Cl2接触NaOH溶液反应，使产品不纯Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸电解饱和食盐水要解决的主要问题是什么？问题思考使用离子交换膜一、电解饱和食盐水2.氯碱工业生产流程工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。(1)阳离子交换膜电解槽NaOH精制饱和NaCl溶液Cl2H2(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止H2与Cl2混合爆炸，也能避免Cl2与NaOH溶液反应。一、电解饱和食盐水3.氯碱工业产品及其应用(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。一、电解饱和食盐水请完成学案上的导思、导练导思授课老师可根据需要选择使用1.正误判断(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(

)(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区(

)(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)(

)(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠(

)××××导思2.在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。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，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。完成下列填空：(1)a为电源的

(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的

极。负阳(2)d电极的电极反应式：

，电解产生消毒液的总化学方程式为

。2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－为充分混合反应，下端产生Cl2，上端产生NaOH导练1.下列关于电解NaCl溶液的叙述正确的是A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B.若向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色C.若向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，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性√阴极得到H2和NaOHI－比Cl－更容易失电子，2I－－2e－===I2变红电解后的溶液实质上是NaOH、NaCl和NaClO的混合溶液，溶液呈碱性授课老师可根据需要选择使用导练2.高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示，回答下列问题：(1)若离子交换膜为阴离子交换膜，则OH－自___向

(填“左”或“右”)移动。左右(2)电解一段时间后，撤去离子交换膜，混合后的溶液与原溶液比较，pH

(填“增大”或“减小”)。减小离子交换膜是“具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜”，常运用于膜电解和电渗析等离子交换膜法技术中。它具有选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少等特点，在水处理、环保、化工、冶金等领域都有广泛应用。离子交换膜的种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。离子交换膜的作用：①隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应；②用于制备某些物质：通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质；③对物质进行分离、提纯等。归纳总结二、电镀

电冶金1.电镀(1)电镀：利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加工工艺。(2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。(3)电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋；阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。1.电镀直流电源+-阳极阴极阳极：Cu－

2e-==

Cu2+阴极：Cu2++2e-==

CuCuSO4溶液镀层金属Cu镀件二、电镀

电冶金粗铜中含锌、银、金等杂质，结合电解原理如何设计电解池进行粗铜的精炼?问题思考阴极阳极粗铜纯铜粗铜：Cu－2e－===Cu2＋；纯铜：Cu2＋＋2e－===CuCuSO4溶液阳极粗铜中金属锌失电子吗？二、电镀

电冶金2.电解精炼

(粗铜含锌、银、金等杂质)主要反应：Cu(粗铜)－2e－===Cu2+Ag、Au等活动性较弱的金属在电解槽底部沉积形成阳极泥Cu2+＋2e－===Cu(纯铜)阳极其他反应：Zn－2e－===Zn2+等阴极阴极阳极粗铜纯铜CuSO4溶液电解质溶液中Cu2＋浓度如何变化？(不变、增大或减小)减小二、电镀

电冶金3.电冶金熔融NaCl阴极阳极e-e-Na+Cl-2Cl-－2e-

=Cl2氧化反应还原反应2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑电解Na++e-=Na二、电镀

电冶金3.电冶金(1)金属冶炼：

Mn＋＋ne－===M(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，

应电解其熔融态。(熔融)电解Mg+Cl2↑MgCl2阳极：2Cl-

－

2e-

==

Cl2↑阴极：Mg2++2e-==

Mg阳极：6O2-

－

12e-==3O2↑阴极：Al3++3e-==Al电解冰晶石

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑电解阳极：2Cl-

－

2e-==

Cl2↑阴极：Na++e-==Na二、电镀

电冶金离子的放电顺序(1)阳极：若阳极为惰性电极(如石墨、铂等)，则溶液中阴离子放电，常见阴离子的放电顺序：S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子；若阳极为活性电极，如Fe、Cu、Ag等，则电极本身放电，电极反应式为M－ne－===Mn＋。(2)阴极：溶液中阳离子放电放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>……特别提醒请完成学案上的导思、导练导思授课老师可根据需要选择使用1.正误判断(1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液(

)(2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区(

)(3)工业冶炼金属铝时，电解熔融态AlCl3(

)√√×导思授课老师可根据需要选择使用2.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，思考回答下列问题：(1)阳极发生_____反应，其电极反应式：________________________________________________。(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加_______(填“相等”或“不相等”)。(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有___________、Ni2＋等(4)电解后，电解槽底部含有________等金属。氧化Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－===Fe2＋；Zn－2e－===Zn2＋不相等阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，结合电子守恒Fe2＋和Zn2＋Cu和PtFe、Zn失电子成阳离子，但Cu和Pt沉降到电解槽底部归纳总结(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。(2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。导练1.若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是①将铜片接在电源的正极②将银片接在电源的正极③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag

④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液A.①③⑥

B.②③⑥C.①④⑤

D.②③④⑥铜作阴极与电源负极相连；银作阳极和电源正极相连；电解质溶液为硝酸银溶液；铜片上反应是Ag＋＋e－===Ag；银片上反应是Ag－e－===Ag＋；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜；√导练2.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是A.两个电极必须都用惰性电极B.阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极C.电解熔融状态的氯化镁D.电解氯化镁的水溶液√导练3.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题：(1)电解时粗铜作

极，连接电源的

极，电极反应为___________________

；纯铜作

极，电极反应为__________

。(2)电解质溶液应选择

(填字母)。A.CuCl2溶液 B.CuSO4溶液

C.ZnSO4溶液(3)电解后，电解槽底部会形成含少量

等金属的阳极泥。(4)若纯铜片增重6.4g，则电路通过电子为

mol。阳正Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋阴Cu2＋＋2e－===CuBAg、Au0.2比铜活泼的Fe、Zn先失电子，然后铜失电子；Ag、Au等金属沉积在电解槽底部C