1、第2课时电解原理的应用学习目标核心素养1了解电解原理在工业生产中的应用。2认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。1通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，培养变化观念与平衡思想。2建立电解应用问题的分析思维模型，培养证据推理与模型认知的能力。新课情境呈现 电镀的妙用电镀在工业上的应用已经遍及国民经济各个生产领域中，如机械制造、无线电通讯、交通运输及轻工业系统，这些工业系统中使用金属镀层的目的是多种多样的。其中应用最多的是为了防止金属制品及其组合件的腐蚀。例如，一辆解放牌载重汽车上，零部件的受镀面积可达10 m2左右，其主要目的是防止金属锈蚀。一些产品使用金属镀层则具有防护
2、和装饰的双重目的，像自行车、钟表等。在一些特殊情况下，电镀金属层则是为了赋予制品一定的物理、机械性能，如增加金属表面反光能力、提高表面导电能力、增加抗磨损能力、提高金属的热稳定性等。让我们走进教材，一起学习电解原理的应用。课前素能奠基 新知预习 一、氯碱工业1概念：用电解_饱和氯化钠溶液_的方法来制取_氢氧化钠、氢气和氯气_，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。2原理：(1)阳极反应：_2Cl2e=Cl2_(_氧化_反应)(2)阴极反应：_2H2O2e=H22OH_(_还原_反应)(3)总反应：化学方程式：_2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2_离子方程式：_2Cl2H2O
3、2OHH2Cl2_二、电镀1概念：应用_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，增加美观度和表面硬度。3实例(在铁件上镀铜)。材料电极反应式阴极_Fe_Cu22e=Cu阳极_Cu_Cu2e=Cu2电解质溶液_CuSO4_溶液三、电解精炼铜1概念：粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用_粗铜_作阳极，用_纯铜_作阴极，用_硫酸铜溶液_作电解质溶液。2原理：粗铜中比铜活泼的金属_锌、铁_等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属_银、金_等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形
4、成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。四、电冶金1金属冶炼的本质：使矿石中的_金属离子_获得电子变成金属单质的过程。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。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠_2NaCl(熔融)2NaCl2_2Cl2e=Cl2，2Na2e=2Na_冶炼镁_MgCl2(熔融)MgCl2_2Cl2e=Cl2，Mg22e=Mg_冶炼铝_2Al2O3(熔融)4Al3O2_6O212e=3O2，4Al312e=4Al_预习自测 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作
5、阳极。()(2)电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极。()(3)电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极。()(4)在镀件上电镀锌，用锌作阳极。()(5)从粗铜精炼所得阳极泥中可回收Ag、Au、Fe等金属。()(6)铁器上镀铜所用电解质溶液为FeSO4溶液。()(7)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2)均保持不变。()(8)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。()2以硫酸铜溶液作电解质溶液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述错误的是(B)A粗铜与直流电源正极相连B粗铜电解精炼过程中，硫酸铜溶液的浓度不变C当得到的精铜质量为32 g，
6、转移电子数为6.021023个D杂质Ag以单质形式沉入电解槽底部形成“阳极泥”解析：电解精炼铜时，粗铜应作阳极，与直流电源正极相连，故A正确；由于粗铜中含有Fe、Zn等金属要先于铜溶解，而阴极只有铜离子得电子生成铜单质，故电解过程中硫酸铜溶液浓度减小，故B错误；根据电极反应：Cu22e=Cu，电路中每通过6.021023个即1 mol电子，得到的精铜质量为0.5 mol64 gmol132 g，故C正确；金属的活动性顺序为ZnFeCuAgPt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式沉积下来，故D正确。3下列有关电解应用的说法中错误的是(B)A电解熔融Al2O3可得到金属铝B电解熔融NaCl或饱和N
7、aCl溶液可制得单质钠C利用电解法可在铁表面镀上一层均匀光滑的银D利用电解原理可除去粗铜中的杂质得到高纯度的铜解析：电解熔融Al2O3生成金属铝和氧气，选项A正确；电解熔融NaCl生成金属钠和氯气，但电解饱和NaCl溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，选项B错误；利用电解法可在铁表面镀上一层均匀光滑的银，其中铁连接负极作阴极，银连接正极作阳极，电解质溶液为硝酸银溶液，形成电镀池，选项C正确；利用电解原理可除去粗铜中的杂质得到高纯度的铜，其中精铜为阴极，粗铜为阳极，硫酸铜溶液为电解质溶液，形成电解池，选项D正确。4若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(C)将铜片接在电源的正极将银片接在电源的正极在铜
8、片上发生的反应是Age=Ag在银片上发生的反应是4OH4e=O22H2O可用CuSO4溶液作电解质溶液可用AgNO3溶液作电解质溶液ABCD解析：将铜片接在电源的负极上，故错误；将银片接在电源的正极上，故正确；在铜片上发生的反应是Age=Ag，故正确；在银片上发生的反应是Age=Ag，故错误；用含有镀层金属的盐溶液作电解质溶液，不能选用硫酸铜溶液为电镀液，故错误；用含有镀层金属的盐溶液作电解质溶液，可以选用硝酸银溶液为电镀液，故正确。课堂素能探究 知识点电解原理的应用问题探究：1氯碱工业中阴极产物是什么？2粗铜中含有锌、铁、镍、银金属杂质，在精炼铜的过程中，杂质金属为什么不在阴极析出？精炼铜的
9、过程中溶液中Cu2的浓度是否有变化？3工业上冶炼镁为什么用MgCl2而不使用MgO?探究提示：1提示：H2、NaOH。阴极消耗H，产生H2，同时生成NaOH。2提示：因氧化性Cu2大于Fe2、Zn2、Ni2，故在阴极上Cu2得到电子析出单质铜，电解精炼铜时，溶液中Cu2的浓度减小。3提示：MgO的熔点高，MgCl2的熔点低，若用MgO则消耗更多的能量。知识归纳总结：1氯碱工业：(1)装置图及原理解释。当接通电源后，在电场的作用下，带负电的Cl和OH移向阳极，带正电的Na和H移向阴极，在这种条件下，电极上发生的反应分别为阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2随着电解的不断进行，阴极区溶液的
10、OH浓度越来越大，并生成NaOH，电解饱和食盐水的总反应为2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。(2)电解饱和食盐水时的两注意。电解饱和食盐水的过程中，H在阴极上得电子而生成H2，因水电离产生的H与OH数目相等，消耗了H后，使阴极区溶液中c(OH)c(H)，所以阴极区溶液呈碱性。在氯碱工业中，采用了离子交换膜，离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。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作用生成NaCl和NaClO而影响烧碱的质量。2电镀池与电解精炼池的区别与联系：电镀池电解精炼池
11、定义应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置利用电解原理提纯金属的装置装置举例形成条件镀层金属作阳极接直流电源正极，镀件接直流电源负极，作阴极电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液形成闭合回路不纯金属作阳极，纯金属作阴极含该金属离子的可溶盐溶液作电解质溶液直流电源形成闭合回路电极反应(以铁上镀锌为例)阳极：Zn2e=Zn2阴极：Zn22e=Zn(以精炼铜为例)阳极：Cu(粗铜)2e=Cu2(主要)阴极：Cu22e=Cu(精铜)联系电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池提醒：电镀的特点是“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
12、质溶液的浓度不变。3电冶金：(1)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)。(2)电解法冶炼较活泼金属，不能电解其盐溶液，因为金属离子的放电能力小于氢离子的放电能力，而应电解其熔融态化合物。(3)电解法冶炼金属镁时，选择氯化镁，而不是氧化镁，是因为氧化镁的熔点高，耗能大。(4)电解法冶炼金属铝时，选择氧化铝，而不是氯化铝，是因为氯化铝为共价化合物，熔融时不导电。(5)电解法冶炼金属铝时，由于氧化铝熔点高，为了减少能耗，常加入冰晶石(Na3AlF6)，降低氧化铝的熔化温度。典例1实验室模拟工业制备高纯铁。用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如图所示。下列说法正确的是(D)A阳极主
13、要发生反应：Fe22e=FeB向阴极附近滴加KSCN溶液，溶液变红C电解一段时间后，阴极附近pH减小D电解法制备高纯铁总反应：3Fe2Fe2Fe3解析：由图可知，Fe为阴极，阴极上发生Fe22e=Fe，阳极上发生2Fe22e=2Fe3，总电解反应为3Fe2Fe2Fe3。A项、阳极上Fe2放电生成Fe3，电极反应式为2Fe22e=2Fe3，故A错误；B项、阴极是Fe2得电子生成Fe，没有Fe3生成，向阴极附近滴加KSCN溶液，溶液不会变红，故B错误；C项、阴极上发生Fe22e=Fe，Fe2浓度减小，水解生成的氢离子浓度减小，则pH增大，故C错误；D项、阴极上发生Fe22e=Fe，阳极上发生2Fe
14、22e=2Fe3，电解总反应为3Fe2Fe2Fe3，故D正确。变式训练1氯碱工业的原理示意图如图。下列说法正确的是(C)AM为负极B通电使氯化钠发生电离C出口c收集到的物质是氯气D通电一段时间后，阴极区pH降低解析：饱和食盐水从a口进入，在出口变成稀食盐水，可推出Cl在左侧电极放电，该极为阳极，M为电源正极，A项错误；NaCl在水作用下发生电离，不需要通电，B项错误；Cl在左侧放电，出口c收集到的物质是Cl2，C项正确；右侧电极为阴极，该处产生OH，则通电一段时间后，OH浓度增大，pH增大，D项错误。知识点电解的有关计算问题探究：1已知一个电子的电量是1.6021019C，用装置电解饱和食盐水
15、，当电路中通过1.929105C的电量时，生成NaOH的质量是多少？2把两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是多少？探究提示：1提示：80 g。一个电子的电量是1.6021019C，当电路中通过1.929105C的电量时，电子的个数为1.2041024，电子的物质的量为2 mol，根据转移电子和氢氧化钠的关系式2NaOH2e得NaOH的质量为240 gmol180 g。2提示：54 mg。由得失电子守恒知，eOHHAg，所以n(Ag)n(H)。AgNO3
16、溶液电解后产生酸，产生的H的物质的量可由pH差来计算：pH从6.0变为3.0，即c(H)103molL1，所以n(Ag)n(H)103molL10.5 L5104mol，m(Ag)n(Ag)M5104mol108 gmol10.054 g54 mg。知识归纳总结：1三个计算原则：(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。(2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。(3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。2四种常见计算类型：(1)两极产物的定量计算。(2)溶液pH的计算pHlgc(H)。(3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定。(4)根据转移电子的量求产物的量或
17、根据产物的量求转移电子的量。3三种常见计算方法：如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：典例2如图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：(1)电源中X极是_负_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况下)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)_0.025 molL1_。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl，则电解后溶液的pH为_13_。(Kw1.01014)解析：(1)铜极增重，说明银在铜极上析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重
18、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已完全被还原。由2eCu，可知n(Cu2)0.005 mol，则c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由2e2OH知，A中生成0.02 mol OH，则c(OH)0.1 molL1，c(H) molL11.01013molL1，pH13。规律方法指导：解答与电解有关的计算题的基本步骤
19、(1)正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。(2)当溶液中有多种离子共存时，先要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。(3)根据得失电子守恒进行相关计算。变式训练2用惰性电极电解CuCl2和CuSO4的混合溶液(物质的量浓度均为0.1 molL1)500 mL，当阴极析出4.8 g固体时，在阳极可得到标准状况下的气体体积为(B)A1.68 LB1.4 LC3.36 LD2.24 L解析：CuCl2和CuSO4的混合溶液，物质的量浓度均为0.1 molL1，体积为500 mL，即溶液中的n(Cu2)0.1 mol，完全得电子时，质量为6.4 g4.8 g，则阴极电极反应式为Cu22e=Cu，生
20、成4.8 g Cu时，转移0.15 mol电子，阳极：2Cl2e=Cl2，可生成n(Cl2)0.05 mol，即失去0.1 mol电子，则0.05 mol电子发生2H2O4e=4HO2，生成0.012 5 mol氧气，即0.28 L，生成气体合计1.4 L。名师博客呈现 电解规律(惰性电极)类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：4H4e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通入HCl气体CuCl2电解质减小加入CuCl2固体放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通入HCl气体放O2生酸型阴极：阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加入CuO知识点睛电解质溶液复原(1)从元素角度分析，“缺什么，补什么”，如电解HCl溶液时产生H2、Cl2，需通入HCl气体即可复原，但并不能加入盐酸，因为盐酸除含HCl外，还含H2O。(2)需要加入金属氧化物复原的，加入对应碳酸盐也可复原。如：用石墨作电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入氧化铜或碳酸铜即可复原，但不能加入氢氧化铜。