4.2.2 电解池原理的应用 学案 高中化学人教版（2019）选择性必修1

第二节电解池2.2电解原理的应用一、电解饱和食盐水氯碱工业1.概念：习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。2.电解原理： 电子转移方向由直流电源负极移向阴极，由阳极移向直流电源的正极离子迁移方向Na+、H+移向阴极Cl-、OH-移向阳极离子放电能力的强弱顺序阳极Cl->OH-阴极H+>Na+电极反应阳极2Cl－－2e－=Cl2↑阴极2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－总反应2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋NaOH【注】阳离子交换膜的作用：可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸；避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的纯度。3.氯碱工业产品及应用 氯碱工业产品烧碱、氯气、氢气均为重要的化工原料，以此为基本原料可以生产大量的其他工业产品。 电镀1.定义：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.电镀装置：目的：是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。4.电极材料：阳极：镀层金属，阴极：待镀金属（镀件）用含镀层金属离子的溶液作电镀液。5.原理：在直流电源作用下，阳极金属失去电子，溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，溶液中该金属离子在阴极获得电子呗还原为金属，覆盖在镀件上。6.电极反应：阳极：Cu-2e-=Cu2+阴极：Cu2++2e-=Cu【注】电镀特点：一多、一少、一不变。一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。三、电解精炼铜1.装置： 2.电极材料：阳极：粗铜（Cu、Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）阴极：精铜3.电极反应：阳极：Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e－=Ni2＋Cu－2e－=Cu2＋阳极产物：阳极泥中含金、银等金属。阴极：Cu2++2e-=Cu阴极产物：纯度为99.95%～99.98%的Cu电解质溶液：CuSO4溶液【注】粗铜精炼中：①阳极溶解的质量大于阴极析出的质量；②电解质溶液中Cu2+的浓度减小；4.电冶金（1）金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－=M。（2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极反应式为2Na＋＋2e－=2Na；总反应方程式为2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解))2Na＋Cl2↑。例1.某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是 ()A．石墨电极与直流电源负极相连B．用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变为蓝色C．氢氧化钠在阳极区附近产生，Na+向石墨电极迁移D．铜电极的反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－【答案】D例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例3.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A．氯碱工业中，X电极上反应式2H2O－4e－O2↑＋4H＋B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁【答案】D例4.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，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－=NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt【答案】D例5.某兴趣小组设计如图微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up10(电解))Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－=2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极做正极【答案】D例6.将1L含有0.4molCu(NO3)2和0.4molKCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2gCu；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．3.36L B．5.6LC．6.72L D．13.44L【答案】B例7.某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。甲乙丙根据要求回答相关问题：(1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为____________________________________。(2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度