1、第二单元 化学能与电能的转化 基础课时7 电解原理的应用 专题一 化学反应与能量变化 学 习任 务1通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。2通过建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。必备知识自主预习储备 NO.11电解饱和食盐水(1)装置 电解饱和食盐水的原理示意图(2)现象 阳极上有气体产生；阴极上有气体产生。(3)原理分析及电极反应 电解时，移向阳极，移向阴极。阳极离子放电顺序：，电极反应：(反应)。阴极离子放电顺序：，电极反应：
2、(反应)。黄绿色无色Cl、OHH、NaClOH2Cl2e=Cl2 氧化HNa2H2e=H2还原电池反应 化学方程式：，离子方程式：。2NaCl2H2O=通电 2NaOHH2Cl22Cl2H2O=通电 2OHH2Cl2微点拨：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。既能防止阴极产生的 H2 和阳极产生的 Cl2 混合而引起爆炸，又能避免 Cl2 和 NaOH 反应影响烧碱质量。(正确的打“”，错误的打“”)(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl2e=Cl2()(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区()(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如
3、铁)()(4)利用电解饱和食盐水可制得“84 消毒液”()(5)氯碱工业中用的是阴离子交换膜将两电解室隔开()2铜的电解精炼(1)铜的电解精炼示意图 铜的电解精炼示意图(2)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。电解池的构成是用作阳极，用作阴极，用作电解质溶液。(3)阳极反应式为 Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等；阴极反应式为 Cu22e=Cu。粗铜纯铜硫酸铜溶液(4)电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属 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 等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出
4、。银、金锌、铁(正确的打“”，错误的打“”)(1)电解精炼铜和电镀铜，电解质溶液中的 c(Cu2)均保持不变()(2)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(3)电解精炼铜和电镀铜过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加都相等()(4)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比 Cu 弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区()3电镀(1)电镀的概念：应用原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他或的过程。电镀可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。电解金属合金(2)某电镀银实验装置(电镀池)如图所示。电镀银原理示意图请回答下列问题：银为金属，与直流电源的相连，作阳极；待镀金属与直流电源的相连，作
5、阴极；含银离子溶液为，含有镀层金属离子。阳极反应式为 Age=Ag(氧化反应)阴极反应式为 Age=Ag(还原反应)镀层正极负极电镀液可观察到的现象是待镀金属表面，银。含银离子溶液浓度的变化是。(3)电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液 pH 等保持不变。镀上一层光亮的银不断溶解不变(正确的打“”，错误的打“”)(1)在 Fe 上镀 Ag，应用 Fe 作阳极，Ag 作阴极，用 AgNO3 溶液作电镀液()(2)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极()(3)电镀过程中相关离子的浓度、溶液 pH 基本不变()关键能力情境探究达成 NO.2学习任务1 学习任务2 电镀及铜的
6、电解精炼电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其他材料制品的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀)，提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。不少硬币的外层亦为电镀。电镀产品问题 1 电镀池应该具备什么条件？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？提示 条件：镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属离子的盐溶液作电解质溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。问题 2 在铁上镀锌时，溶液中的阳离子有两种，为什么在阴极是锌离子得电子而不是氢离子得电子被还原？提示 因为锌离子浓度远大于氢离子浓度，所以是锌离子得电子。
7、问题 3 粗铜中含有锌、铁、镍、银、金等金属杂质，在精炼铜的过程中，杂质金属为什么不在阴极析出？精炼铜的过程中溶液中 Cu2的浓度是否有变化？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，比铜活泼的金属锌、铁、镍被氧化，比铜活泼性弱的金属 Ag、Au 形成阳极泥。电解精炼铜时，阳极产生锌离子、亚铁离子、镍离子、铜离子，但阴极只消耗铜离子，所以电解质溶液中 Cu2浓度会减小。电镀与铜的电解精炼的比较 电镀铜的电解精炼 定义应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金利用电解原理提纯铜 装置举例 电镀铜的电解精炼 形成条件镀层金属作阳极接
8、直流电源正极，镀件作阴极接直流电源负极 电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 形成闭合回路粗铜作阳极，纯铜作阴极 含 Cu2的盐溶液作电解质溶液 直流电源 形成闭合回路 电镀铜的电解精炼 电极反应(以铁上镀锌为例)阳极：Zn2e=Zn2 阴极：Zn22e=Zn阳极：Cu(粗铜)2e=Cu2(主要)阴极：Cu22e=Cu(纯铜)电解(镀)液浓度不变减小 联系电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 1离子的放电顺序不仅与离子本身的性质有关，还与离子浓度、装置特点等有关，铁上镀锌时，溶液中的 H不放电。2在金属的电解精炼中，比被提炼的金属活泼的金属首先放电，比其不活泼的金属则最终成为阳极泥。1在铁制
9、品上镀上一定厚度的锌层，以下电镀方案中正确的是()A锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含 Fe2 B锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含 Zn2 C锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含 Fe3 D锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含 Zn2 D 在电镀池中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属阳离子的溶液作电解质溶液。2关于电镀铜和电解精炼铜，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=Cu2 D阴极反应都只有 Cu22e=Cu D A 项电镀时镀件作阴极；B 项电解精炼铜时电解液成分改变；C 项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质如锌，则阳极还会发生
10、Zn2e=Zn2的反应。电解的有关计算如图用石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液 500 mL，其中 c(NO3)6.0 mol/L。当通电一段时间后，两极都收集到 22.4 L气体(标准状况)，忽略电解后溶液体积的变化。KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液问题 1 上述电解过程中共转移多少摩尔电子？电解得到 Cu的质量为多少？提示 两极都收集到 22.4 L 气体(标准状况)，气体物质的量为 1 mol，阳极反应为 4OH4e=2H2OO2，可知电解过程中参加电极反应的OH为 4 mol，转移电子 4 mol，两电极电子转移相同；阴极反应为 Cu22e=Cu 和
11、2H2e=H2；其中生成 1 mol H2 转移 2 mol 电子，则被还原的 Cu2也为 1 mol，因此电解得到 Cu 的质量为 64 g。问题 2 怎样使溶液恢复到原来的成分和浓度？提示 根据原理知道电解得到的是 Cu、氢气和氧气，电解质复原：出什么加什么，所以应该加入氢氧化铜，根据问题 1 的分析可知析出的 Cu、氢气和氧气分别为 1 mol、1 mol、1 mol，因此需要加入 1 mol 氢氧化铜，才能使溶液恢复到原来的成分和浓度。问题 3 电解后溶液中 H的物质的量浓度是多少？提示 电解后溶液中 H的物质的量浓度是氢氧根离子减少的量减去氢离子减少量，H的物质的量浓度为4 mol2
12、 mol0.5 L4 mol/L 电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过 4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。有
13、三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以 Pt 作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()A41 B11 C43D34 C 串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出 Cl2，第二个烧杯中放出 Cl2 和 H2，第三个烧杯中放出 O2。在有 1 mol 电子转移时，生成的气体的物质的量分别是 0.5 mol、
14、0.5 mol、0.5 mol 和 0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol0.5 mol1 mol，无色气体(O2 和 H2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。学习效果随堂评估自测 NO.31 2 3 4 5 1如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是()1 2 3 4 5 A装置中出口处的物质是氯气，出口处的物质是氢气 B该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C装置中发生反应的离子方程式为 Cl2H=通电 Cl2H2 D该装置将电能转化为化学能 1 2 3 4 5 C 由图看出处为电解池阳极产生氯气，处为电解池阴极产生氢气，
15、A 对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B 对；电解饱和食盐水有烧碱生成且 H2O 应写化学式，C 错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D 对。1 2 3 4 5 2金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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：Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22e=Ni B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铜和铂，没有锌、铁、镍 1 2
16、3 4 5 D 电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有 Ni2，则阳极发生氧化反应，电极反应式为 Zn2e=Zn2，Fe2e=Fe2，Ni2e=Ni2，阴极电极反应式为 Ni22e=Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有 Fe2、Ni2、Zn2，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。1 2 3 4 5 3如图所示的 A、B 两个电解池中的电极均为铂，在 A 池中加入 0.05 molL1 的氯化铜溶液，B 池中加入 0.1 molL1 的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d 四个电极上所析出的物质的物质的量之比是()
17、A2241 B1121 C2111D2121 1 2 3 4 5 A 由电解规律可知：a、c 为阴极，b、d 为阳极。a 极上析出铜，b 极上析出氯气，c 极上析出银，d 极上析出氧气。由得失电子守恒可得出：2eCuCl22Ag12O2，所以 a、b、c、d 四个电极上所析出物质的物质的量之比为 2241。1 2 3 4 5 4为了减少对环境的污染，煤直接燃烧前要进行脱硫处理。应用电解法对煤进行脱硫处理具有脱硫效率高、经济效益高等优点。电解脱硫的基本原理是利用电极反应将 Mn2转化成 Mn3，Mn3再将煤中的含硫物质(主要是 FeS2)氧化为 Fe3和 SO24(如下图示)FeS215Mn38
18、H2O=Fe315Mn22SO24 16H 1 2 3 4 5(1)阳极的电极反应式为_。(2)电解刚刚开始时，观察到阴极石墨棒上有无色气体产生，请用化学用语解释产生该现象的原因：_。(3)电解过程中，混合溶液中 H的物质的量浓度将_(填“变大”“变小”或“不变”)，理由是_ _。1 2 3 4 5 解析(1)在阳极上 Mn2失去电子被氧化为 Mn3，电极反应式为 Mn2e=Mn3。(2)开始时电解槽中的溶液是 MnSO4 与 H2SO4 的混合溶液，阳离子有 Mn2和 H，且后者的氧化性较强，因此开始时阴极的电极反应式为 2H2e=H2，现象是有无色气体产生。(3)电解一会后，电解质溶液中含
19、有较多的铁离子，阴极的电极反应变为 Fe3e=Fe2，而 Mn3与 FeS2 反应生成大量的氢离子，所以，电解过程中混合溶液的 c(H)变大。1 2 3 4 5 答案(1)Mn2e=Mn3(2)H的氧化性较强，开始时阴极的电极反应式为 2H2e=H2(3)变大 电解一会后，阴极的电极反应变为 Fe3e=Fe2，而 Mn3与 FeS2 反应生成大量的氢离子，所以，电解过程中混合溶液的 c(H)变大 1 2 3 4 5 5如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。甲 乙 1 2 3 4 5(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则 A 极为_极，电极材料是_，电极反应式为_，电解质溶液可以是_。(2)
20、乙池中铁极的电极反应为_。(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为_装置，电解一段时间后，溶液的浓度_。1 2 3 4 5 解析(1)由题图可知，甲池中 A 极为阴极，B 极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故 A 为纯铜，电极反应式为 Cu22e=Cu。电解质溶液应为含有 Cu2的盐溶液，如CuSO4 溶液等。(2)由题图可知，乙池中铁极作阴极，石墨作阳极，故铁极的电极反应式为 Age=Ag。(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。1 2 3 4 5 答案(1)阴 纯铜 Cu22e=Cu CuSO4 溶液(合理即可)(2)Age=Ag(3)电镀 不变点击右图进入 基 础 课 时 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
