2017-2018学年高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 第四课时 电解原理的应用学案 苏教版选修4.doc

第四课时电解原理的应用课标要求1了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。2掌握电解原理的有关计算。1.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl2H2O通电,2NaOHH2Cl2。2电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。3电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。4电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融MgCl2制取镁，电解熔融NaCl制取钠。电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)饱和食盐水中存在的离子有Na、Cl、OH、H。通电后，Na、H向阴极移动，H优于Na放电，电极反应为2H2e=H2；Cl、OH向阳极移动，Cl优于OH放电，电极反应为2Cl2e=Cl2；总反应方程式为2NaCl2H2O2NaOHCl2H2。(2)电解过程中，由于阴极区H浓度变小，使阴极区溶液中水电离的OH富集。因此，如果设法用隔膜阻止OH移向阳极，则氢氧化钠可以在阴极附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得到NaOH。2电镀(1)概念应用电解原理，在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，叫作电镀。(2)电镀的目的增强材料的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观性。(3)电镀池的构成阳极：镀层金属。阴极：待镀金属。电解质溶液：含镀层金属离子的溶液。(4)实例：在餐具上镀银。图示(如右)：两极反应：阳极：Age=Ag；阴极：Age=Ag。3铜的电解精炼(1)含义：利用电解原理提纯铜。(2)电解池的构成阳极：粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag等杂质)。阴极：精(纯)铜。电解质溶液：含Cu2的电解质溶液。(3)装置如右图所示：(4)电极反应阳极：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2。阴极：Cu2e=Cu阳极泥：阳极不溶解的金属银等沉积在阳极底部，构成阳极泥。4钠、镁、铝的冶炼(1)电解熔融NaCl：2NaCl2NaCl2(2)电解熔融MgCl2：MgCl2MgCl2。(3)电解熔融Al2O3：2Al2O34Al3O2。特别提醒(1)氯碱工业中所用的饱和食盐水必须精制，以除去食盐水中的Ca2、Mg2、SO等杂质。(2)电镀时电解质溶液的浓度不变而电解精炼铜时，电解质溶液的浓度减小。1.如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法不正确的是()A从E口逸出的气体是Cl2B从B中加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性C标准状况下每生成22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOHD完全电解后加适量盐酸可以恢复到电解前的浓度解析：选AD由图中Na的移动方向可知，左边为阳极室，右边为阴极室，阳极2Cl2e=Cl2，阴极2H2e=H2，同时产生NaOH，电解反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。由题意可知A项错误、B项正确；C项，由化学方程式得到产生1 mol Cl2，便产生2 mol NaOH，正确；D项，完全电解后要恢复到电解前的浓度，应通入HCl气体至溶液呈中性，错误。2关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()A都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B电解液的成分都保持不变C阳极反应都只有Cu2e=Cu2D阴极反应都只有Cu22e=Cu解析：选DA项，电镀时镀件作阴极，错误；B项，电解精炼铜时，电解液成分发生变化，错误；C项，电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)，比铜更易被氧化Zn2e=Zn2。有关电解的计算1计算方法有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的c(H)或c(OH)及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：电子守恒法计算用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式2.等量关系(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，所以各池的电流强度相等，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：H2Cl2O2Cu2Ag2H2OH。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n(H2)n(Cl2)n(O2)110.5。1把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通入直流电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，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()A27 mgB54 mgC108 mg D216 mg解析：选B由题意知，n(H)cV1030.5 mol5104 mol，电解AgNO3溶液时，阳极生成O2和HNO3，阴极生成Ag，若设生成Ag为x，则AgH1 mol1 molx5104 molx5104 mol，m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。2如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：(1)电源中X极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)_。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH_。解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。由4eO2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL气体是H2，即Cu2全部在阴极放电后，H接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol 电子时，Cu2已完全变为Cu单质。由2eCu，可知n(Cu2)0.005 mol，则c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由4e4OH知，A中生成0.02 mol OH，c(OH)0.1 molL1，c(H) molL11.01013 molL1，pH13。答案：(1)负(2)0.025 molL1(3)13三级训练节节过关1用惰性电极电解NaCl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B若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈褐色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，将全部电解质溶液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性解析：选B用惰性电极电解NaCl溶液，阳极产物为Cl2，阴极产物为H2和NaOH，不是金属钠，A错误；NaOH溶液使酚酞溶液变红色，C项错误；因产物中生成NaOH，溶液不可能呈中性，D项错误。2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()AAg和AgCl溶液BAg和AgNO3溶液CPt和Ag2CO3溶液 DPt和Ag2SO4溶液解析：选B镀层金属银作阳极，电镀液为含镀层金属离子的AgNO3溶液作电解质溶液。3利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A电解时以粗铜为阳极，以CuSO4溶液为电解液B电解时阴极发生还原反应C粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu2e=Cu2D电解结束后，电解质溶液的浓度保持不变解析：选AB电解时精铜为阴极，粗铜为阳极，A项正确；溶液中Cu2在阴极上得电子，发生还原反应，B项正确；粗铜应该连接电源正极，C项错误；阳极上Fe、Zn、Cu失电子，阴极上只有Cu2得电子，电解结束后，电解质溶液中的Cu2浓度减小，D项错误。4把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、三氧化二铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为()A123 B32lC631 D632解析：选D假设电路中通过1 mol 电子，根据KK(得1e)、Mg2Mg(得2e)、Al3Al(得3e)，析出K、Mg、Al的物质的量分别为、，物质的量之比为632。5.如图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：(1)电源A上的a为_极。(2)滤纸B上发生的总化学方程式为_。(3)欲在电镀槽中实现铁上镀铜，接通K，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为_，电极f上发生的反应为_，槽中放的电镀液可以是_(填一种电解质溶液即可)。解析：(1)电解NaCl溶液时阴极发生反应2H2e=H2，生成NaOH遇酚酞变红色，所以电源b为负极，a为正极。(3)接通K，e为电镀池的阳极，为金属铜，发生反应Cu2e=Cu2，电镀液为含Cu2的电解液，f为阴极，发生反应：Cu22e=Cu。答案：(1)正(2)2NaCl2H2O2NaOHCl2H2(3)Cu2e=Cu2Cu22e=CuCuSO4溶液一、单项选择题1下列描述中，不符合生产实际的是()A电解法精炼铜，用粗铜作阳极B电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极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：选BA项，电解法精炼铜，粗铜为阳极，纯铜为阴极，正确；B项，用铁作阳极，阳极上铁被氧化，应使用惰性电极，错误；C项，用涂镍碳钢网作阴极，阴极材料不反应，正确；D项，电镀时，镀层金属作阳极，用锌作阳极，电解液为含有锌离子的电解质溶液，正确。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解析：选A电镀时，通常镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。3电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：阳极质量减少；阴极质量增加；溶液中c(Cu2)不变。可选用的电极是()A纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极B含Zn、Ag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(Pt)作阴极解析：选AA项，阳极反应Cu2e=Cu2，阴极反应Cu22e=Cu，正确；B项，阳极反应Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2，阴极反应Cu22e=Cu，c(Cu2)发生变化，不正确；C项，阳极反应Fe2e=Fe2，阴极反应Cu22e=Cu，c(Cu2)发生变化，不正确；D项，阳极反应4OH4e=O22H2O，阴极反应Cu22e=Cu，c(Cu2)发生变化，不正确。4用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，下列方案正确的是()解析：选D要用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，则应该用电解原理，因此阴极应该是银，阳极可以是惰性电极，例如碳棒，答案选D。5用惰性电极电解饱和食盐水，当电源供给0.2 mol电子时停止通电，若此溶液体积为2 L，则所得电解液中氢氧根离子浓度为()A1 molL1B0.2 molL1C0.1 molL1 D0.01 molL1解析：选C由2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2知，当电路中转移2 mol e时生成2 mol NaOH，即n(NaOH)0.2 mol，c(OH)0.1 molL1。二、不定项选择题6.右图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是()A滤纸上c点附近会变红色BCu电极质量减小，Pt电极质量增大CZ中溶液的pH先减小，后增大DZ溶液中的SO向Cu电极移动解析：选A由题紫红色斑即MnO向d端扩散，阴离子向阳极移动，说明d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。NaCl溶液中c点H放电，附近变红色。Z中为电解CuSO4溶液，Pt为阳极，水中的OH放电，2H2O4e=O24H，Cu为阴极，溶液中的Cu2得电子生成铜，总反应为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，阳极区生成H，则SO向Pt极移动，B、D项错误；随着电解的进行，Z溶液变为硫酸，再电解则变为电解水，硫酸浓度增大，C项错误。7.碘盐的主要成分是KIO3和NaCl，KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和铁为电极，电解KI溶液，化学方程式为KIH2OKIO3H2(未配平)。下列有关说法中正确的是()A电解时，石墨作阴极，铁作阳极B电解时，在阴极上产生KIO3C电解前后电解质溶液pH变大D电解中，每转移0.6 mol e，理论上可得到0.1 mol无水KIO3晶体解析：选D配平化学方程式为KI3H2OKIO33H2。铁是活泼电极不能作阳极，A项错误；阳极发生氧化反应，B项错误；反应后没有酸或碱生成，溶液的pH不变，C项错误；KIKIO3发生氧化反应，转移6e，为阳极反应，D项正确。8如图所示，某工厂采用电解法处理含铬(Cr2O)酸性废水，其中，耐酸电解槽以铁板作阴、阳极，电解后，溶液中的Cr2O全部变为Cr3，下列说法不正确的是()AM与电源的负极相连B出液口排出的溶液中还含有Fe3CN极电极反应为2H2e=H2D阴极区附近溶液pH降低解析：选ADA项，电解含铬(Cr2O)酸性废水，溶液中的H在阴极放电产生H2，所以N与电源的负极相连，作阴极，M与电源的正极连接，作阳极，错误；B项，阳极Fe失去电子变为Fe2，然后与溶液中的Cr2O发生反应变为Fe3，Cr2O则被还原变为Cr3，所以出液口排出的溶液中含有Cr3、Fe3，正确；C项，在N极，溶液中的H得到电子变为H2，电极反应为2H2e=H2，正确；D项，在阴极区，由于H得到电子变为H2，附近溶液的酸性减弱，溶液pH升高，错误。三、非选择题9.电解原理在化学工业中被广泛应用。右图表示一个电解池，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：(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极上的电极反应为_，在X极附近观察到的现象是_。Y极上的电极反应为_，检验该电极反应产物的方法是_。(2)若用电解法精炼铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则：X极的材料是_，电极反应为_。Y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)解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl2e=Cl2；阴极反应：2H2e=H2。与电源正极相连的极为阳极，所以X极为阴极，Y极为阳极。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成蓝色。(2)电解精炼铜时，用含杂质的铜作阳极，精铜作阴极。反应过程中阳极上铜以及比铜活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比铜弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2能得到电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得到电子。根据题图，X为阴极，Y为阳极。所以X极的材料是精铜，电极反应：Cu22e=Cu；Y极的材料是粗铜，电极反应：Cu2e=Cu2。答案：(1)2H2e=H2放出气体，溶液变红2Cl2e=Cl2把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y极附近，试纸变为蓝色(2)精铜Cu22e=Cu粗铜Cu2e=Cu210如下图装置所示，C、D、E、F都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B极是电源的_。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为_。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是_(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是_溶液。当乙中溶液的c(OH)0.1 molL1时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为_，甲中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是_。解析：(1)乙池为电解饱和食盐水装置，F极附近变红色，说明F极为阴极。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，若通过1 mol电子，其物质的量之比为1222。(3)根据电镀原理，阴极材料应为镀件，电镀液应为硝酸银溶液，当乙中溶液的c(OH)0.1 molL1时(乙溶液体积为500 mL)，电子转移为0.05 mol，根据电子守恒，可知丙中镀件上析出银的物质的量也为0.05 mol，质量为5.4 g，甲池电解产物为Cu、O2、H2SO4，溶液的pH减小。答案：(1)负极(2)1222(3)镀件硝酸银54 g变小(4)FeCu2Fe2Cu一、单项选择题1将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是()选项ABCD阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝解析：选D题中所述装置是电解食盐水，阳极反应：2Cl2e=Cl2，Cl2使湿润的KI淀粉溶液变蓝色；阴极反应：2H2e=H2，阴极附近溶液呈碱性，使石蕊溶液变蓝色。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，则下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2”“”或“”)通过阳离子交换膜的离子数。图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为_。电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为_。解析：(1)开关K与a连接时，是原电池装置，B极是阴极，电极反应式为Fe2e=Fe2。(2)若K与b连接，是电解池装置，且A是阳极、B是阴极；阳离子向阴极移动；阳极是Cl失电子生成Cl2，它能使湿润的淀粉KI试纸变蓝；阴极产生H2，故由阴、阳两极逸出的气体可知，要使电解液恢复到电解前的浓度需通入HCl气体而非加入盐酸。(3)由图示加入的物质可知，阳极是OH失e，阴极是H得e，据电荷守恒，则通过阳离子交换膜的K数大于通过阴离子交换膜的SO数。电解后生成的硫酸和KOH溶液的浓度均比原来的大，则bc，又因为碱溶液的pH大于酸溶液的pH，则：bacd。B口产生O2，C口产生H2，根据得失电子守恒知两者物质的量之比为12，则质量之比为81。答案：(1)Fe2e=Fe2(2)(3)2H2O4e=O24H(或4OH4e=2H2OO2)bacd819.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。(1)如右图，其中a是电解液，X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极，a是CuSO4溶液，则电解时的化学方程式为_。通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为_；当X、Y分别是铁和铜，a仍是CuSO4溶液，则Y极的电极反应式为_。(2)已知2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，但是若用电解的方法却可以较易制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如右图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。a电极上的反应式为_。电解液d最好选_(填字母，下同)。A纯水BCuSO4溶液CNaOH溶液 DH2SO4溶液液体c为_。A四氯化碳 B硝基苯C苯 D乙醇解析：(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，化学方程式为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，说明在电解的过程中刚好生成了0.2 mol Cu和0.1 mol O2，所以转移的电子的物质的量为0.4 mol；当X、Y分别是铁和铜时，此反应为电镀，所以Y极的电极反应式为Cu2e=Cu2。(2)制备Fe(OH)2沉淀应在无氧环境下，所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质，所以选C。答案：(1)2CuSO42H2O2CuO22H2SO40.4 molCu2e=Cu2(2)Fe2e=Fe2CC