电解原理的应用

第2课时电解原理的应用2020年下学期长沙市第十一中学高一化学2020年下学期长沙市第十一中学高一化学学习目标1了解电解在氯碱工业中的应用2了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用一、电解饱和食盐水2Cl--2e-====Cl2↑2H2e-====H2↑2NaCl2H2O====H2↑Cl2↑2NaOH电解2Cl-2H2O====H2↑Cl2↑2OH-电解2020年下学期长沙市第十一中学高一化学【联想】1阳极必须是惰性电极，阴极与电极材料无关，可以是惰性电极，也可以是铁、铜等活性电极。2电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。二、电镀1定义：应用_____原理在某些金属表面镀上一薄层其他_____或合金的方法。2目的：使金属增强_______能力，增加美观度和表面硬度。电解金属抗腐蚀2020年下学期长沙市第十一中学高一化学3实例在铁件上镀铜：待镀的金属制品镀层金属离子1阴极：①材料：___，②电极反应式：______________；2阳极：①材料：___，②电极反应式：______________；3电解质溶液：_____溶液。FeCu22e-====CuCuCu-2e-====Cu2CuSO42020年下学期长沙市第十一中学高一化学【注意】1阳极减少的质量与阴极增加的质量相等。2电镀时，电解质溶液的浓度不变。三、电解精炼铜纯铜Cu22e-====Cu粗铜Cu-2e-====Cu2CuSO4溶液2020年下学期长沙市第十一中学高一化学【注意】1粗铜中含有的比铜活泼性强的金属杂质Fe、Ni、n等在阳极失去电子，变成阳离子进入溶液。2粗铜中含有的比铜活泼性弱的金属杂质Ag、Au等在阳极以单质状态沉入电解池底部，形成阳极泥。四、电冶金1金属冶炼的本质：使矿石中的_________获得电子，从它们的化合物中_____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。金属离子还原2020年下学期长沙市第十一中学高一化学3电解熔融的氯化钠：阳极反应：_________________；阴极反应：__________________；总反应：_________________________。2Cl--2e-====Cl2↑2Na2e-====2Na2NaCl熔融2NaCl2↑

电解====【注意】1电冶金过程中需要消耗大量的电能，因此只有金属性非常强的金属适用电解法。2冶炼金属镁时，电解的是熔融氯化镁；冶炼金属铝时，电解的是熔融氧化铝。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2020年下学期长沙市第十一中学高一化学水溶液，下列叙述正确的是A电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠溶液，溶液呈棕色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，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性3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溶液 3溶液3溶液 4溶液2【解析】选B。电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl--2e-====Cl2↑阴极：2H2O2e-====H2↑2OH-总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2↑Cl2↑对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加I溶液后发生反应：Cl22I-====I22Cl-，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH-，滴加酚酞后变红色，C错误；电解一段时间后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。

电解====2020年下学期长沙市第十一中学高一化学1【解析】选C。电解食盐水生成3种产物，H2和NaOH在阴极生成，Cl2在阳极生成。3【解析】选B。电镀槽中，镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳极金属溶解提供镀层金属阳离子，电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，由此A、D中AgCl和Ag2SO4均为沉淀，C中Fe做阳极，只有B符合要求。一、电解原理的应用1电解饱和食盐水的反应原理：在饱和食盐水中存在着Na、Cl-、H、OH-四种离子，其中放电能力H>Na，Cl->OH-，通电时，发生反应：阳极：2Cl--2e-====Cl2↑阳极上生成Cl2阴极：2H2e-====H2↑阴极上生成H22020年下学期长沙市第十一中学高一化学在电解池的阴极区，H放电，浓度减小，水的电离平衡向右移动，OH-浓度增大，同时Na受阴离子负电性的吸引而移向阴极区，Na与OH-组成了NaOH。电解饱和食盐水的总反应为2NaCl2H2O2NaOHCl2↑H2↑2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑

电解====

电解====2电镀铜与电解精炼铜的比较：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纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜2020年下学期长沙市第十一中学高一化学阳极反应Cu-2e-====Cu2+Zn-2e-====Zn2+Cu-2e-====Cu2+等阴极反应Cu2++2e-====CuCu2++2e-====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【易错提醒】1电镀铜中电解质溶液的浓度保持不变，而电解精炼铜中Cu2的浓度逐渐减小，n2、Fe2、Ni2等的浓度逐渐增大，因此电解精炼铜时需要定期更换电解质溶液。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学2电镀中阳极减小的质量等于阴极增加的质量。而电解精炼中，阳极减小的质量与阴极增加的质量不相等。3不论电镀还是电解精炼，阳极失去电子的物质的量与阴极得到电子的物质的量必然相等。【拓展深化】离子交换膜电解槽2020年下学期长沙市第十一中学高一化学1离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、阳离子交换膜、电解槽和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。2电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。3阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。1下列对于电解精炼铜与电镀的说法正确的是A电解精炼铜时是将电能转化为化学能，电路中每通过2mole-时，阳极就会溶解64g铜B电解精炼铜时阳极为精铜，阴极为粗铜，电解过程中电解质不需要更换2020年下学期长沙市第十一中学高一化学C在铁质器皿上镀铝，电解质为熔融氧化铝，铁制器皿作阴极，阳极为铝棒D电镀过程中电镀液需要不断更换1【解题指南】解答本题时应注意以下三点：1电镀铜和电解精炼铜的工作原理和装置特点。2电镀铜和电解精炼铜的区别。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学【解析】选C。铜的精炼：阳极n-2e-====n2，Ni-2e-====Ni2，Cu-2e-====Cu2，阴极Cu22e-====Cu；阳极为粗铜，阴极为精铜，电路中每通过2mole-时，阳极溶解的Cu少于64g。电镀铜时，镀层金属铜片作阳极，待镀件铁片作阴极，用含有镀层金属离子的电解质CuSO4作电镀液。阳极Cu-2e-====Cu2，阴极Cu22e-====Cu，电镀液浓度几乎保持不变，电镀过程中电镀液不需要更换。2如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：2020年下学期长沙市第十一中学高一化学1甲烷燃料电池负极反应式是___________。2石墨C极的电极反应式为____________。3若在标准状况下，有224L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。4某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或FeOH2的实验装置如图所示。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制FeOH2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。2【解题指南】解答本题时应注意以下两点：1原电池和电解池的判断；原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断。2原电池和电解池原理及物质的量的有关计算。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学【解析】1甲烷在负极上被氧化。在OH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾，负极反应式为CH4-8e-10OH-====CO32-7H2O。2铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑。3nO2==01mol，甲池正极反应式为O24e-2H2O====4OH-，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为04mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O2e-====2OH-H2↑，nH2==02mol，VH2=02mol×224L·mol-1=448L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu22e-====Cu，nCu==02mol，mCu=02mol×64g·mol-1=128g。4漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑，Cl22OH-====Cl-ClO-H2O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液，若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。

电解====答案：1CH4-8e-10OH-====7H2O22Cl--2e-====Cl2↑34481284负饱和氯化钠溶液铁2020年下学期长沙市第十一中学高一化学3双选如图所示，A池用石墨电极电解氢氧化钠溶液，B池精炼粗铜，一段时间后停止通电，A池D极产生的气体在标准状况下为224L。下列说法正确的是2020年下学期长沙市第十一中学高一化学AA池为电解池，B池为原电池电极都发生氧化反应CF极是以粗铜板为材料作阳极极质量增加256g3【解析】选B、C。A、B池都有外加电源，都为电解池，故A错误；D极和E极分别为电解池的阳极和阴极，电极方程式分别为4OH--4e-====O2↑2H2O、Cu-2e-====Cu2，都发生氧化反应，故B正确；F为电解池的阳极，应为粗铜，故C正确；D为阳极，电极反应为4OH--4e-====O2↑2H2O，A池D极产生的气体在标准状况下为224L，nO2==01mol，转移电子04mol，E为电解池的阴极，为纯铜，电极反应为Cu22e-====Cu，则应生成02molCu，质量为02mol×64g·mol-1=128g，故D错误。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液填化学式，阳极电极反应式为______________________，电解过程中Li向________电极迁移填“A”或“B”。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学4【解析】B极区产生H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl-失去电子，则阳极电极反应式为2Cl--2e-====Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li向B电极迁移。答案：LiOH2Cl--2e-====Cl2↑B2020年下学期长沙市第十一中学高一化学5粗铜的电解精炼如图所示：2020年下学期长沙市第十一中学高一化学1在粗铜的电解过程中，图中c电极的材料是________填“粗铜板”或“纯铜板”；在d电极上发生的电极反应为________________________。2若粗铜中还含有Au、Ag、Fe等杂质，则沉积在电解槽底部阳极泥的杂质是________，电解一段时间后，电解液中的金属离子有________。5【解析】用电解法进行粗铜提纯时，粗铜应作阳极，精铜作阴极。1该装置中a为电池的正极，b为电池的负极，所以c为电解池的阳极，d为电解池的阴极，电解时，以硫酸铜溶液为电解液，溶液中的Cu2得到电子沉积在阴极上，发生还原反应，即Cu22e-====Cu。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学2作阳极的粗铜中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，所以Fe发生反应：Fe-2e-====Fe2，以Fe2的形式进入溶液中；比铜不活泼的金属Au、Ag不会失去电子，以单质的形成沉入电解槽形成“阳极泥”，则沉积在电解槽底部阳极泥的杂质是Au、Ag，电解一段时间后，电解液中的金属离子有Cu2、Fe2。答案：1粗铜板Cu22e-====Cu2Au、AgCu2、Fe2二、电解的有关计算1电解计算的原则：1阳极失去的电子数=阴极得到的电子数。2串联电路中通过电解池的电子总数相等。3电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。2020年下学期长沙市第十一中学高一化学2电解计算的常用方法：3电化学计算中注意的几个等量关系式：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：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H～2OH-2020年下学期长沙市第十一中学高一化学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nH2∶nCl2∶nO2=1∶1∶05。3电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总电池反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。【拓展深化】电解法处理含铬酸性废水工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，Cr2O72-先变为Cr3，再转化成CrOH3沉淀而被除去。其电解原理是2020年下学期长沙市第十一中学高一化学阳极：Fe―2e-====Fe2；阴极：2H2e-====H2↑。阴极生成的Fe2与Cr2O72-反应生成Cr3：Cr2O72-6Fe214H====2Cr36Fe37H2O，同时H不断在阴极上得电子生成H2而析出，且Cr2O72-与Fe2的反应也在消耗H，使得溶液酸性减弱，pH升高，Cr3、Fe3转化成CrOH3、FeOH3。1500mLNaNO3和CuNO32的混合溶液中cNO3-=03mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到112L气体标准状况，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是2020年下学期长沙市第十一中学高一化学Na=02mol·L-1H=02mol·L-1C上述电解过程中共转移04mol电子的物质的量为01mol1【解题指南】解答本题时应注意以下三点：1阴、阳极离子的放电顺序与阳离子的氧化性、阴离子的还原性的关系。2当电解质有多种时，注意电解质电解的先后顺序。3阴、阳极转移的电子的物质的量相等2020年下学期长沙市第十一中学高一化学【解析】选B。阳极是阴离子放电放电能力：OH->NO3-，根据题给信息，阳极一定是OH-放电，生成005mol氧气，转移02mol电子；阴极离子放电能力：Cu2>H>Na，所以Cu2先放电，然后是H放电，阴极生成005mol氢气时，转移01mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2转移01mol电子，nCu2=005mol。所以原溶液中n=005mol，nNO3-=03mol·L-1×05L=015mol，nNaNO3=005mol。原混合溶液中cNa=01mol·L-1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu22H2OCuH2↑O2↑2H可知，生成005molCu、005molO2、005molH2和01molH，电解后溶液中cH==02mol·L-1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移02mol电子，C项错误。

电解====2如图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加216