1、第2课时电解原理的应用学业要求素养对接理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。社会责任：利用电解知识解决生活和生产中的实际问题。知 识 梳 理知识点一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气1.现象(装置如图)(1)阳极上：产生黄绿色气体。(2)阴极上：产生无色气体，阴极附近溶液变红。2.原理分析及电极反应电解时U形管中，Cl、OH移向阳极，H、Na移向阴极。(1)阳极离子放电顺序：ClOH，电极反应：2Cl2e=Cl2(氧化反应)。(2)阴极离子放电顺序：HNa，电极反应：2H2e=H2(还原反应)。3.总反应化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2。离子方程式：2C
2、l2H2OH2Cl22OH。4.用惰性电极电解饱和食盐水一段时间，电解后的混合液能使红色布条退色的原因是电解饱和食盐水，阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应：_Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，NaClO水解出的HClO具有漂白性。知识点二、铜的电解精炼工业上主要从黄铜矿提炼铜。冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称粗铜。1.装置与原理阳极材料用粗铜，阴极材料用精铜，电解质溶液用硫酸酸化的CuSO4溶液。2.电解特点电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn2、Fe2、Ni2、Cu2，阴极得到精铜。知识点三、电
3、镀1.根据图示，书写电极反应式：阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。2.电镀的概念是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。3.电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作为阴极。4.电镀的目的主要是增强材料抗腐蚀能力，也有许多电镀是为了美观或增加表面硬度。知识点四、电冶金1.金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mnne=M。2.电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式：2Cl2e=Cl2；阴极反应式：2Na2
4、e=2Na；总反应式：2NaCl(熔融)2NaCl2。自 我 检 测1.判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)氯碱工业是非常重要的化工生产，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH()(2)电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阳极()(3)电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极()(4)在镀件上电镀锌，用锌作阳极()(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变()(6)在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量()2.粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极_(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为_；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe
5、，它们在电解槽中的存在形式和位置为_。解析电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。答案cCu22e=CuAu、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2的形式进入电解液学习任务一、电解原理的应用【观图思考】1.氯碱工业的原理是什么？提示2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。2.实际生产过程中为什么要有离子交换膜？提示常用阳离子交换膜将两溶液分开，使阳离子能透过阳离子交换膜，而阴离子不能通过，避免生成的氯气和氢氧化钠发生反应。【名师点拨】1.工业电解饱和食盐水制取烧碱工业电解饱和食盐水制备烧碱
6、时必须阻止OH移向阳极，以使NaOH在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两溶液分开，使阳离子能透过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，可知溶液A的溶质是NaOH。2.铜的电解精炼与电镀铜对比电解精炼铜电镀铜电极材料阴极精铜镀件阳极粗铜纯铜电极反应式阳极 Cu2e=Cu2等Cu2e=Cu2阴极Cu22e=CuCu22e=Cu电解质溶液浓度的变化Cu2减少，比铜活泼的金属阳离子进入溶液电解质溶液成分及浓度均不变【典例1】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.电解时以精铜作阳极B.电解时阴极发生氧化反应C.粗铜连接电
7、源负极，其电极反应是Cu2e=Cu2D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应，故B错；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错；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对。答案D变式训练1下列描述中，不符合生产实际的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极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，用锌作阳极解析电解池的阳极上失电子发生氧化反应、阴极上得
8、电子发生还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe2e=Fe2，阳极损耗严重且时间稍长Fe2移动到阴极上发生反应Fe22e=Fe，使得到的Al不纯。答案A学习任务二、有关电解计算的三种常用方法【合作交流】在粗铜的精炼中，阴极和阳极通过的电子数相等吗？阴阳两个电极上的质量变化一样吗？提示两个电极上通过的电子数一样；质量变化不相等。【名师点拨】有关电解计算的方法1.根据电子守恒法计算：用于串联电路中各电极产物的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。2.根据总反应方程式计算：先写电极反应式，再写总反应方程式，最后根据总反应方程式计算。3.根据关系式计算：根据电子得失相等找
9、到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。提醒(1)电解过程中产生的H或OH，其物质的量等于转移电子的物质的量。(2)进行电解计算时，要注意电极放电顺序，确定不同阶段的电极反应。【典例2】用铂电极电解50 mL CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 molL1)，当阴极析出9.6 g固体时，阳极产生标准状况下氧气_L。解析阴极电极反应为Cu22e=Cu，9.6 g Cu的物质的量为0.15 mol，得电子0.3 mol；阳极电极反应为2Cl2e=Cl2，4OH4e=2H2OO2，生成Cl2为0.05 L2 molL10.1 mol，Cl最多能失去电子0.05 L2 molL12
10、0.2 mol。根据电子守恒知必有氧气生成，所以4n(O2)2n(Cl2)0.3 mol，n(O2)0.025 mol，则产生氧气标准状况下的体积为0.025 mol22.4 Lmol10.56 L。答案0.56变式训练2如图所示，图乙是图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标x)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作电极，不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响)，这个量x是表示()A.各电解池析出气体的体积B.各电解池阳极质量的增加量C.各电解池阴极质量的增加量D.各电极上放电的离子总数解析电解氯化钠溶液时，阴、阳极都产生气体物质；电解硝酸银溶液时，阴极上产生单质银；电解硫酸铜溶液时阴极
11、上产生单质铜。所以随着电解的进行阴极质量的增加量有如图乙所示的变化。答案C1.关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极)，下列叙述正确的是()A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色C.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠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解析电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2对照分析选项，C错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：Cl22I=I22Cl，溶液呈棕黄色，B正确；阴极
12、附近产生大量的OH，滴加酚酞后变红色，A错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。答案B2.某溶液中只含有两种溶质NaCl与H2SO4，它们物质的量之比为31。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A.阴极自始至终只析出H2B.阳极先析出Cl2，后析出O2C.电解最后阶段为电解水D.溶液始终为酸性解析电解质溶液中，n(Na)n(Cl)n(H)n(SO)3321，三个阶段分别相当于电解HClNaClH2O。答案D3.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状
13、态(不考虑二氧化碳的溶解)，则电解过程中共转移电子的物质的量为()A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol解析电解硫酸铜溶液时，第一阶段：2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，第二阶段：2H2O2H2O2，如果只按第一阶段的电解反应，只需要加入CuO或CuCO3就可以，但是现在加入的是Cu2(OH)2CO3，相当于多加了水(0.1 mol H2O)，0.1 mol的水应该是第二阶段的反应消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，所以总共转移电子0.6 mol。答案C4.将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。(1
14、)当有1.0103 mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是_。(2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液的c(H)为_。解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应式为阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O。当有1.0103 mol的OH放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，此时转移电子为1.0103 mol，则在阴极上析出Cu为0.032 g。(2)阳极：4OH4e=2H2OO24 mol 1 moln n1.0103 mol，即消耗1.0103 mol OH，生成1.0103 mol H则c(
15、H)1.0103 molL1pHlgHlg(1.0103)3。答案(1)0.032 g(2)1103molL1课时作业基 础 练1.用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，电解初期阴极和阳极析出的物质分别是()A.H2、Cl2 B.Cu、Cl2 C.H2、O2 D.Cu、O2解析本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2、K、H及Cl、OH五种离子，得电子能力：Cu2HK，失电子能力：ClOH，所以电解初期：阴极：Cu22e=Cu，阳极：2Cl2e=Cl2，故选B。答案B2.用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是()氯化钠溶液硫酸铜溶液氢氧化钠溶液稀硫酸稀盐酸硫
16、酸钠溶液A. B. C. D.答案C3.观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是()A.装置工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属，此法也可用于生产活泼金属镁、铝等B.装置中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小C.装置中的离子交换膜只允许阳离子、阴离子和小分子水通过D.装置的待镀铁制品应与电源正极相连答案B4.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()A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液C.Pt和Ag2CO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液解析电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳
17、极溶解提供镀层金属，也可用惰性电极材料作阳极，镀层金属则由电镀液提供；电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，由于A、C、D中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀，只有B项符合要求。答案B5.在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是()A.都是轻金属 B.都是活泼金属C.成本低廉 D.化合物熔点较低解析金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活动性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解方法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。答案B6.用下图所示装置除去含CN、C
18、l废水中的CN时，控制溶液pH为910，阳极产生的ClO将CN氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()A.用石墨作阳极，铁作阴极B.阳极的电极反应式：Cl2OH2e=ClOH2OC.阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHD.除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O解析若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2，则CN无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；Cl要生成ClO，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液为碱性条件，故B项正确；阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，碱性条件下，H2O提供阳离子H，故C项正确；由于溶液是碱性条件，故除去CN发生的反应为2CN
19、5ClOH2O=N22CO25Cl2OH，D项错误。答案D7.将两个铂电极插入500 mL CuSO4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064 g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为()A.1103molL1 B.4103molL1C.2103molL1 D.1107molL1解析由于最后溶液的H主要由电解CuSO4溶液产生，所以要计算c(H)，可依据电解的离子方程式2Cu22H2O2CuO24H进行解题。题中电极增重0.064 g必为阴极反应生成Cu所致，即n(Cu)0.064 g64 gmol10.001 0 mol，
20、然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c(H)。2Cu22H2O2CuO24H2 mol 4 mol0.001 0 mol c(H)0.50 Lc(H)4.0103molL1。答案B8.用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间，溶液的酸性增强，并且在阳极得到0.56 L气体，阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是()A.稀盐酸 B.KNO3溶液C.CuSO4溶液 D.稀硫酸解析阳极与阴极产生的气体体积比为，相当于电解水，pH变小，说明电解了含氧酸。答案D9.将含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液 1 L，用惰性电极电
21、解一段时间后，在一个电极上得到 0.3 mol 铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是()A.5.6 L B.6.72 LC.13.44 L D.11.2 L解析阴极：0.3 mol Cu2得到0.6 mol电子，阳极：失去的电子的物质的量也应为0.6 mol，2Cl2e=Cl20.4 mol 0.4 mol 0.2 mol4OH4e=2H2OO2 0.2 mol 0.05 mol得到Cl2和O2共0.25 mol，标况下的体积为5.6 L。答案A10.电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将NO降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是()A.电源的正极为bB.电解时H从膜右
22、侧迁移到膜左侧C.AgPt电极反应为2H2O4e=4HO2D.若转移的电子数为1.2041024，生成N2 5.6 g解析A项，AgPt作阴极，b连接电源负极，错误；C项，阴极得电子，错误；B项，阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，错误；D项，根据N原子守恒可知2NON210e，转移电子数为1.2041024，即2 mol电子生成N2 0.2 mol，N2的质量为5.6 g，正确。答案D11.如图是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。(1)a电极的名称是_。(2)电解过程中观察到的现象是_。(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是_。(4)
23、电解的总反应离子方程式为_。(5)若将b电极换成铁电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象：_。解析根据电子的流向，可以判断a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极。因此，a极是电解池的阴极，b极为阳极，产物为Cl2，检验Cl2的方法是用湿润的淀粉KI靠近N出口，变蓝即是Cl2。当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出H2后剩余的OH结合，首先生成Fe(OH)2沉淀，然后转化为Fe(OH)3沉淀。答案(1)阴极(2)两极均有气泡产生；a极区溶液变成红色；b极液面上气体为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色(3)用湿润的淀粉KI试纸靠近N出口，变蓝则是Cl2(4)
24、2Cl2H2OCl2H22OH(5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色12.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答下列问题：(1)工业冶炼铝的化学方程式是_。(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_。(3)工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。该电解槽的阳极反应式是_。通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_。除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口_(填“A”或“B”)导出。解析(1)、(2)问主要考查教材的基础知识，应该属于易得分的题目，(3)中根据电解原理，阳极应是OH
25、失电子，所以电极反应式为4OH4e=2H2OO2，而阴极为H放电，促进水的电离，使OH浓度增大，所以pH增大，根据阳离子交换膜的特点，K可从阳极区进入阴极区和OH组成KOH，从而可在阴极区得到纯的KOH溶液，故液体应从B口导出。答案(1)2Al2O3(熔融)4Al3O2(2)2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(3)4OH4e=2H2OO2H放电，促进水的电离，OH浓度增大B13.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。某电解池装置如右图所示，其中a为电解液，X和Y均为惰性电极，则：(1)若a溶液为CuSO4溶液，则电解时的化学反应方程式为_。(2)若电解含有0.04 mol CuSO4和
26、0.04 mol NaCl 的混合溶液400 mL，当阳极产生 672 mL(标准状况下)气体时，溶液的c(H)_(假设电解后溶液体积不变)。解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极OH放电，阴极Cu2放电，故电解时既电解溶质又电解溶剂，由此可得电解反应式。(2)电解混合溶液时，阳极上Cl先放电，2Cl2e=Cl2，0.04 mol Cl只能生成0.02 mol Cl2，即448 mL，转移0.04 mol电子，现共生成672 mL气体，说明还有224 mL气体来自于水的电解，根据反应4OH4e=2H2OO2可知又转移0.04 mol电子，故电解过程中阴极共转移0.08 mol电子。阴极
27、上Cu2先放电，电极反应式为Cu22e=Cu，现有0.04 mol Cu2，恰好完全电解，由此可得整个电解过程中消耗了0.04 mol OH，根据水的电离可知溶液中H的物质的量为0.04 mol，则c(H)0.1 molL1。答案(1)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4(2)0.1 molL1素 养 练14.下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到 336 mL (标准状态)气体。请回答下列问题：(1)直流电源中，M为_极。(2)Pt电极上生成的物质是_，其质量为_g。(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的
28、物质的物质的量之比为2_。(4)AgNO3溶液的浓度_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，硫酸的浓度_。(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸_g。解析(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O2H2O2，V(H2)V(O2)21。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336 mL气体中，V(H2)336 mL224 mL，为0.01 mol；V(O2)336 mL112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol电子移动，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02 mol
29、108 gmoL12.16 g，即0.02 mol的Ag。(3)n(e)n(Ag)n(O2)n(H2)0.020.020.0050.01221。(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大。(5)设原5.00%的硫酸为x g，电解时消耗水0.01 mol18 gmoL10.18 g，则：5.00%x5.02%(x0.18)，解得x45.18 g。答案(1)正(2)Ag2.1
30、6(3)21(4)不变增大(5)45.1815.如图，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试回答下列问题：(1)A极为电源的_极。 (2)甲装置中电解反应的总化学方程式是_。 (3)乙装置中F极附近显红色的原因是_。 (4)欲用丙装置精炼铜，G应该是_(填“精铜”或“粗铜”)，电解质溶液的成分是_。 (5)已知氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的胶粒，那么装置丁中的现象是_。解析本题的突破口为“F极附近显红色”，显红色的原因是生成了OH，而OH是由于水电离出的H放电，促进了水的电离而生成的。H放电说明该极为阴极，B极为负极，则A极为正极。(4)电解精炼铜时应将粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。通电后，阳极(粗铜)的主要反应是Cu2e=Cu2。当粗铜的表面出现比铜活泼的金属时，它们也会放电，但生成的阳离子的氧化性比铜离子弱，不可能在阴极上析出，故留在溶液中，而粗铜中活动性比铜弱的金属会在阳极的底部沉积，成为阳极泥。所以，阴极(精铜)的反应为Cu22e=Cu，这样就可以在阴极上获得纯净的金属铜。(5)氢氧化铁胶粒带正电荷，向阴极(Y极)移动，则该极附近红褐色变深。答案(1)正(2)CuCl2CuCl2(3)F极为阴极，H放电，促进了水的电离，生成了OH，使酚酞显红色(4)粗铜硫酸铜溶液(5)Y极附近红褐色变深
