第四单元 电解原理及其应用

第四单元 电解原理及其应用 _ 教 师_时 间_ 班 级_ 学习目标1掌握电解的基本原理。2了解电解原理在工业中的应用电镀、铜的电解精炼和氯碱工业。学习建议1本章编排于原电池、氧化还原反应、电解质基本理论知识之后，运用已有的上述知识，采用对比的方法，建构知识体系，进行电解原理及其应用的学习。2学习电镀铜时，回顾氧化还原反应规律，联系电解原理，掌握放电规律。3巩固电解原理，联系元素及化合物知识，更好地掌握氯碱工业的原理及其应用。 注：有关答案在本单元最后第一节 电解原理(一)学习目标1习巩固原电池及电解质的有关知识。2掌握电解的基本原理。学习过程一、自学探究1电解质是指在_能够导电的_。2电离是指电解质_或_状态下离解成_过程。3电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作_运动；在外电源的作用下，形成_移动而导电。在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化还原反应，即被电解，电离是_的前题。4分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。研究两池的关系（结构、原理）。（1）原电池由_ _组成。较活泼的金属是_极，较不活泼的金属（或能导电的非金属）是_极。（2）电解池由_ _ _组成，其中与外电源的正极相连的极板叫_极，与外电源的负极相连的极板叫_极。（3）原电池是把_能转化为_能的装置。电解池是把_能转化为_能的装置。在能量转化过程中，都发生了_反应。3右图的装置会出现什么现象？依据是什么？并完成电极反应式和总反应式。二、总结与评价总结使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程叫电解。电离是电解的前提。电解质的导电过程即是被电解过程。评价1下列说法或实验现象的描述不正确的是（ ）。A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快D与电源负极相连的是电解槽的阴极2100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）。A加入适量的6mol/L的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液3用两支惰性电极插入500mLAgNO3 溶液中，通电电解。当电解液的PH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氯气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是（ ）。mg mg mg mg.、是三种金属，根据下列、两个实验，确定它们的还原性强弱顺序为（ ）。当与浸在稀硫酸中用导线相连，上有气泡逸出，逐渐溶解。电解物质的量浓度相同的、盐溶液时，阴极上先析出（使用惰性电极）。BC BBCA C CAB DBAC 第一节 电解原理(二)学习目标1用电解原理，了解铜的精炼及电镀铜的基本方法。2掌握一定条件下的阴、阳离子放电（即微粒得失电子的能力）先后顺序。 学习过程一、自学探究1填写下列空白： 电解通电时，电子从电源的_极沿导线流入电解池的_极，在阴极区氧化性强的微粒先得电子，被_。同时，电子又从电解池的_流出，沿导线流回电源的正极，即在阳极区还原性强的微粒（包括极板）先_电子被_。 当极板材料（阳极）为 Pt 或C时，还原性非常弱，此条件不被氧化称为_电极。当极板材料（阳极）为Cu等金属（除了Pt和C），还原性强，易_电子,易被氧化称为_电极。阴离子放电顺序：S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 阳离子放电顺序：Ag Hg 2 Fe 3 Cu 2 H Pb 2 Sn 2 Fe 2 Zn 2Al 3 Mg 2Na Ca 2 K1当镀层金属作_极，含有镀层金属离子的电解质为电解液，把待镀金属制品浸入电镀液为_极时的电解即为_。电镀时，由于两极得失电子相同，所以理论上电解液的浓度保持_。2为什么很多器件是镀铜的，镀层被破坏，结果会怎样？二、总结与评价 总结1电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。2电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH一般不放电。评价1用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的PH值保持不变的是（ ）。AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl2下列关于铜电极的叙述，正确的是（ ）。A铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，铜作阳极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极3将两个铂电极插入500ml Cu SO4溶液中，进行电解。通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液的体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为（ ）。A4103 mol/L B2103 mol/L C1103 mol/L D1107 mol/L4氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是： H2 + 2 NiO(OH)2 2Ni(OH)2 根据此反应式，判断下列叙述正确的是（ ）。A 电池放电时，电池负极周围溶液的OH不断增大B电池放电时，镍元素被氧化B 电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，氢气是负极5在外界提供相同电量的条件，Cu2+或Ag+分别按Cu2+2eCu或Ag+eAg在电极上放电，若析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为（ ）。A1.62g B6.48g C3.24g D12.96g6关于“电解氯化铜溶液的PH值变化”问题，化学界有两种不同的观点：观点一：“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的PH值升高。观点二：“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时PH值的变化如图所示曲线关系。请回答下列问题：（1）电解前氯化铜溶液的PH处于A点位置的原因是：（用离子方程式说明） 。(2)“理论派”所持观点的理论依据是： 。(3)“实验派”的结论是： ，他们所述“精确的实验”是通过 确定的。(4)你持何种观点，你所持观点的理由是： （从化学原理加以说明）。第二节 氯碱工业学习目标1掌握电解饱和食盐水的基本原理及其产品的主要用途。2了解先进的电解制碱技术离子交换膜法。学习过程一、自学探究（课本56页图4-7）一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极，即电极为_电极，溶液中存在的离子有_。根据放电的先后顺序，阳极电极反应式为_。阴极电极反应式为_。总反应式为：_。电解前向溶液中滴加酚酞，现象_，随着电解反应的进行，溶液颜色由_，两极极板上都有_产生，如何检验气体的种类？二、总结与评价 总结在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH、和Cl向阳极移动，由于Cl比OH容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+、和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。评价1怎样除去饱和食盐水中 Fe 3 、Mg 2 、Ca 2 、SO42等杂质，（方法 、药品及反应方程式）。2右图是世界上比较先进的电解制碱技术离子交换膜法电解原理示意图。写出各进出口的物质(1) 、(2) 、(3) 、(4) 、(5) 、(6) 。 3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第三节 电解饱和食盐水(二)学习目标1巩固工业制碱原理。了解以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途。2了解以氯碱工业为基础的化工生产过程的污染及其产品对环境污染。培养学生的良好的环保意识。学习过程一、自学探究1用石灰石、食盐、焦炭、水为空气为原料制取漂白粉、聚氯乙烯、乙酸乙酯的有关化学方程式。3见教材61页图4-13电解饱和食盐水装置。(1)碳棒和铁钉可以交换使用吗？为什么？(2)教材第61页讨论2。二、总结与评价 总结氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。评价1在制玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业生产中都需要的物质是（ ）。A氧化钙 B石灰石 C氯化钠 D纯碱2关于工业生产的下列叙述，不正确的是（ ）。A将氢气和氯气混合后光照，使其反应生成氯化氢，再用水吸收得盐酸B用硝酸镁作吸水剂，将稀硝酸蒸馏，浓缩制得95%以上的浓硝酸C以石灰石、纯碱、石英为原料，在玻璃窑中加强热制取普通玻璃D工业上采用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁3取PH=4的某电解质溶液 1.00L ，用 Pt电极进行电解，经过一段时间后，测得溶液的PH=1，且阴阳两极产物的物质的量之比为2：1，则该电解质溶液是（ ）。A盐酸 B氯化钾溶液 C硝酸银溶液 D硫酸铜溶液4用电解水的方法分析水的组成时，需要加入一些电解质以增强水的导电性，不宜加入的物质是（ ）。ANa2SO4 BNaNO3 CKOH DCu SO45干电池的负极反应是：Zn 2e = Zn 2，现以干电池作电源电解33.4g 34%的硝酸钾溶液，一段时间后，测得溶液中溶质的质量分数为37.8%，则干电池中消耗锌的物质的量为（ ）。A0.3mol B0.05mol C0.2mol D0.1mol6用Cl2对饮用水消毒已有百年历史，这种消毒方法会使饮用水中的有机物发生氯代，生成有机化合物，对人体有害，世界环保联盟即将全面禁止用氯气对饮用水消毒，建议推用广谱性高效消毒剂二氧化氯(ClO2)（1）使用作饮用水消毒剂的优点是： 。（2）目前欧洲一些国家有用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2 同时有Cl2生成，且Cl2的体积为ClO2 的一半，这一反应的化学方程为： 。（3）我国最近研制成功用Cl2氧化NaClO2(亚氯酸钠)制得ClO2(在N2的保护下)，这一反应化学方程式为： 。这一方法的优点是： 。(4)ClO2有很强的氧化性。因此，常被用作消毒剂，其消毒的效率（以单位质量得到的电子数表示）是Cl2的_倍。针对性测试题一、选择题：1如下图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是（ ）。A阳极 B正极 C阴极 D负极2下列叙述中不正确的是（ ）。A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气3电解硫酸铜溶液时，若要求达到以下几点：阳极质量减少，阴极质量增加，电解液中Cu2不变，则可选用的电极是（ ）。A纯铜作阳极，含锌、银的铜合金作阴极B含锌、银的铜合金作阳极，纯铜作阴极C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极D用石墨作阳极，用惰性电极作阴极4下列叙述能说明金属甲比金属乙活泼的实际事实是（ ）。A同价态的阳离子，甲的氧化性比乙强B将甲、乙作电极与稀硫酸酸溶液组成原电池，甲是负极C在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多D常温下，甲能和 NaOH溶液反应，而乙不能5在25C时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出mg Na2SO4 10 H2 O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为（ ）。A 100% B 100%C 100% D 100%6常温时，将500 ml PH=5的Cu SO4 溶液用石墨电极电解一段时间，测得溶液的PH变为2，若使溶液的浓度、PH与电解前相同，可采用的方法（ ）。 A向溶液中加入0.245g Cu (OH)2B向溶液中加0.31g CuSO4C向溶液中加0.0025 mol H2 SO4并加热D向溶液中加0.2g CuO7按A图装置进行实验，若图B的X轴表示流入电极的电子的量，则Y轴不可能表示的情况是（ ）。AAg BNO3 C溶液的PH D银棒的质量8溶液中含有两种溶液质氯化钠和硫酸，他们的物质的量之比为3：1。用石墨做电极电解该溶液时，根据反应产物可明显分为三个阶段，则下列叙述不正确的是 （ ）。A阴极只析出氢气 B阳极先析出氯气后析出氧气C电解最后阶段为电解水 D电解过程中溶液的PH不断增大，最后PH为79甲、乙两个电解池均为 Pt 电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加 2.16g，乙池中电极上析出 0.24g 金属，则乙池中溶质可能是（ ）。ACuSO4 BMgSO4 CAl (NO3)3 DNa2SO410用惰性电极电解M (NO3 )x 的水溶液，当阴极上增重 a 克时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（ ）。A22.4ax/b B11.2 ax/b C5.6 ax/b D2.5 ax/b二、填空题：11氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依照图示，完成下列填空： 在电解过程中，与电源正极相联的电极上所发生反应的化学方程式为_与电源负极相连的电极附近，溶液PH值_（选填：不变，升高或下降）。 工业食盐含Ca2 、Mg2等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为_ 。如果粗盐中SO42 含量较高，必须添加钡试剂除去SO42，该钡试剂可以是_。ABa (OH)2 BBa (NO3 )2 CBaCl2 为有效除去Ca2 、Mg2 、 SO42，加入试剂的合理顺序为_（选填A、B、C，多填扣分）。A先加NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂。B先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3。C先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3。 脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过_冷却、_（填写操作名称）除去NaCl。 在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与 NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与 NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为_ 。12由于Fe (OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe (OH)2沉淀，应用下图电解实验可以制得白色的纯净的Fe (OH)2沉淀。两电极材料分别为石墨和铁。 a电极材料应为_，电极反应式为_。 电解液C可以是_。A纯净水 BNaCl溶液 CNaOH溶液 DCuCl2溶液 d为苯，其作用是_，在加入苯之前对C应作何简单处理_ 为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是_。A改用稀硫酸作电解液 B适当增大电源的电压。C适当减小两电极间距离 D适当降低电解液的温度。 若C中用Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe (OH)2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为_。三、计算13电解26.8%的食盐水1500g，若食盐的利用率为87.3%，求： (1)在27和1.11105大气压下可制得H2多少升？(2)这些氢气和氯气全部化合成氯化氢，溶于水制成功31%的盐酸，其质量为多少g？(3)电解液中氢氧化钠的质量分数浓度为多少？第四单元 电解原理及其应用答案第一节 电解原理（一）一、自我探究1 在水溶液中或熔化状态下，化合物。2在水分子的作用下，熔融，自由移动的离子。3无规则，定向，电解。4电池：、电解池：、 两个相互联接（或互相接触）活泼性不同的两极；与两极接触的电解液；负；正。 外电源，两导电电极，与两接触的电解液；阳，阴。（3）化学能，电能，化学能；氧化还原反应。3依据电解，原电池原理，在烧杯中Zn逐渐溶解，C棒上有气体析出。右烧杯中，右边C棒上有Cu析出，左边有气体析出。负极：Zn-2e = Zn 2 阳： 2Cl 2e = Cl2正极：2 H +2e = H2 阴： Cu 2 +2e = Cu总：Zn +2 H = Zn 2 + H2 总：Cu 2 +2Cl = Cu + Cl2评价1B 2B 3B 4D第一节 电解原理（二）一、自我探究1 负，阴，还原，阳，失，氧化。惰性，失去，活泼性。2阳，电镀，不变。3铜化学性质较不活泼，不易被氧化腐蚀，铜又光亮、美丽。加快金属的腐蚀。评价1C 2AC 3A 4CD 5B6（1）Cu2+ + 2H2O Cu(OH)2 + H+ （2）电解时，溶质CuCl2减少，溶液浓度减少，导致PH值升高。（3）PH值先降低，然后趋于稳定、PH值。 （4）“实验派”观点正确。电解产生的Cl2溶于水并与水反应生成两种酸，会使PH值降低，Cl2饱和后，PH值不再变化。第二节 氯碱工业一、自我探究电解1 性 Na 、Cl 、H 、OH 2Cl 2e = Cl2 2 H +2e = H2 2Cl + 2 H2O = = = Cl2+ H2+ 2 OH无色，无色变成红色，气泡，阳极极板上产生的气体用湿润的淀粉，碘化钾试纸检验，阳极产生的气体，收集点燃听到噗的响声。评价：1（1）先加BaCl2 溶液足量。 Ba 2+ + SO4 2- = BaSO4 再加Na2CO3 溶液足量。 Ba 2+ + CO3 2- = BaCO3Ca 2+ + CO3 2- = CaCO3 Mg 2+ + CO3 2- = MgCO3再加NaOH 溶液足量。 Mg 2+ +2 OH = Mg(OH)2（2）过滤。（3）加适量盐酸。 CO3 2- +2 H = CO2+ H2O H + OH = H2O2(1) H2O(含少NaOH) (2) 精制饱和NaCl溶液 (3) 淡盐水 (4) Cl2 (5) H2 (6) NaOH溶液 3B第二节 电解饱和食盐水一、自我探究电解高温1（1）制取漂白粉CaCO3 = CaO + CO2 2 NaCl + 2 H2O = H2 + Cl2 2NaOHCaO + H2O = Ca(OH) 2 Ca(OH)2(石灰乳)+2 Cl2 = Ca(ClO)2+CaCl2 +2 H2O （2）制聚氯乙烯点燃高温应用(1)所制得的CaO 、H2 和Cl2CaO + 3C = CaC2 + CO H2 + Cl2 = 2HCl催化剂催化剂CaC2 + 2H2O HCCH + Ca(OH) 2 HCCH + HCl HCCHCl催化剂nnH2CCHCl （CH2CHCl） （3）制取乙酸乙酯应用(2)所制得HCCH和HCl催化剂催化剂HCCH + H2O CH3CHO CH3CHO + H2 CH3CH2OH浓硫酸催化剂2CH3CHO + O2 2CH3COOH CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O2不可以，此装置中，铁钉只起导电作用，如果交换，铁会放电。逐渐溶解，不再电解食盐水，制取不出NaOH、Cl2 。、可以。接通电源，哪一极析出铜，哪极为负极，则另一极为正极。评价1D 2A 3D 4D 5D6（1）ClO2 具有强氧化性，是高效消毒剂，且不会与有机物发生氯代，是一种较理想的饮用水消毒剂。（2）2NaClO3 + 4HCl=Cl2+2ClO2+2NaCl+2H2O（3）2NaClO2+Cl2 =2ClO2+2NaCl 此法的优点是ClO2的收率高、质量好，无Cl2杂质。(4) 2.63针对性测试题一、选择题：1D 2B 3A 4B 5D 6D 7D 8D 9A 10C二、11（1）2Cl- 2e = Cl2 升高 （2）Ca 2 +CO3 2 = CaCO3电解电解Mg 2 + 2 OH = Mg(OH)2 （3）A、C （4）B、C（5）蒸发 过滤（6）NaCl +H2O = NaClO + H2 或 2 NaCl + 2 H2O= = H2 + Cl2+ 2NaOHCl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O12铁，Fe-2e = Fe 2B、C 隔绝空气，防止Fe(OH)2 被氧化，加热。、B、C Fe(OH)2 变成灰绿色，最后变成红褐色。13(1)67.1L (2)706.5g (3)18.74%