專題1 第二單元 第4課時(shí)

1、第4課時(shí)電解原理的應(yīng)用 專題1第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 知識(shí)內(nèi)容必考要求加試要求 金屬冶煉、氯堿工業(yè)、電鍍?cè)谏a(chǎn)生 活中的應(yīng)用。 b 課時(shí) 要求 1.熟知電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理， 會(huì)寫其電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式。 2.學(xué)會(huì)電解的有關(guān)計(jì)算。 新知導(dǎo)學(xué) 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 內(nèi)容索引 新知導(dǎo)學(xué) 一、電解原理的應(yīng)用 1.氯堿工業(yè)氯堿工業(yè) (1)概念：用電解的方法來(lái)制取， 并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)，稱為氯堿工業(yè)。 (2)原理 通電前，氯化鈉溶液中含有的離子是。 通電時(shí)，移向陽(yáng)極的離子是，移向陰極的離子是。 陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2； 陰極反應(yīng)式為； 因放電

2、，促進(jìn)了水的電離，使陰極區(qū)溶液顯性。 飽和氯化鈉溶液氫氧化鈉、氫氣和氯氣 Na、Cl、H、OH Cl、OHNa、H 2H2e=H2 H堿 電解的總反應(yīng)式 化學(xué)方程式為_； 離子方程式為_。 (3)氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程 陽(yáng)離子交換膜電解槽 2NaCl2H2O H2Cl22NaOH 2Cl2H2O H2Cl2 2OH 陽(yáng)離子交換膜的作用：只允許Na等 陽(yáng)離子通過(guò)，不允許Cl、OH等陰離 子及氣體分子通過(guò)，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生 爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量和 質(zhì)量。 2.電鍍電鍍 (1)電鍍的概念：應(yīng)用原理在某些金屬表面鍍 上一薄層其他或的方法

3、。電鍍可以使金 屬更加美觀耐用，抗腐蝕性能增強(qiáng)。 (2)某電鍍銅實(shí)驗(yàn)裝置(電鍍池)如圖所示。 請(qǐng)回答下列問題： 銅片為金屬，與直流電源的相連，作陽(yáng)極； 鐵件為金屬，與直流電源的相連，作陰極； 硫酸銅溶液為，含有鍍層金屬離子。 陽(yáng)極反應(yīng)式為_； 陰極反應(yīng)式為_。 鍍層正極 待鍍負(fù)極 電鍍液 Cu2e=Cu2 Cu22e=Cu 電解 金屬合金 可觀察到的現(xiàn)象是鐵件表面，銅片。 硫酸銅溶液濃度的變化是。 (3)電鍍的特點(diǎn)是陽(yáng)極參與電極反應(yīng)，電鍍過(guò)程中相關(guān)離子的濃度、溶液 pH等保持不變。 鍍一層紅色的銅不斷溶解 不變 3.電解精煉銅電解精煉銅 (1)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì)，常用電解的

4、方法進(jìn)行精煉。 電解池的構(gòu)成是用作陽(yáng)極，用作陰極，用作電解 質(zhì)溶液。 (2)陽(yáng)極反應(yīng)式為_、_、_ 等；陰極反應(yīng)式為_。 (3)電解精煉銅的原理：粗銅中比銅活潑的金屬等，失去電子形成陽(yáng) 離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬等，以金屬單質(zhì)的 形式沉積在電解槽的底部(形成陽(yáng)極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。 粗銅純銅硫酸銅溶液 Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2 Fe2e=Fe2 Cu22e=Cu 鋅、鐵 銀、金 4.電冶金電冶金 (1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的獲得電子，從它們的化合物中 _出來(lái)。如Mnne=M。 (2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽 溶液，

5、應(yīng)電解其熔融態(tài)。 如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉： 陽(yáng)極反應(yīng)式為_； 陰極反應(yīng)式為_； 總反應(yīng)方程式為2NaCl(熔融)2NaCl2。 金屬離子 還原 2Cl2e=Cl2 2Na2e=2Na 歸納總結(jié)歸納總結(jié) 分析電解應(yīng)用問題的思維模型分析電解應(yīng)用問題的思維模型 (1)看電池(所給裝置是電解池還是電鍍池)，分電極(由電源的正極和負(fù) 極確定)； (2)析溶液(電解質(zhì)溶液中含有的離子)，判流向(電子的流向、離子移動(dòng) 方向)； (3)定微粒(確定兩極上發(fā)生反應(yīng)的微粒)，寫反應(yīng)(電極反應(yīng)式、總反應(yīng) 方程式)。 例例1化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組在學(xué)習(xí)化學(xué)電源和氯堿工業(yè)相關(guān)知識(shí)后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們?cè)O(shè)計(jì)組裝

6、了如圖所示裝置，已知a為石墨電極，b為鐵 電極，c為鋁電極(已除去表面氧化膜)，d為多孔石墨電極，燒杯中是足量 飽和食鹽水(滴有酚酞)，連好導(dǎo)線后，電流計(jì)指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。下列判 斷正確的是 A.b為負(fù)極，d為陽(yáng)極 B.一段時(shí)間后，a和d電極附近溶液變紅 C.b電極的電極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2 D.電解一段時(shí)間，當(dāng)B中出現(xiàn)大量白色沉淀 時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，再將A中溶液倒入B中混合， 充分振蕩，沉淀全部消失 答案解析 解析解析右側(cè)裝置為原電池，左側(cè)裝置為電解池。在右側(cè)裝置中，通入O2 的電極為原電池的正極，其電極反應(yīng)式為O24e2H2O=4OH，所 以一段時(shí)間后d電極附近溶液變紅，Al為原電池的負(fù)

7、極，Al失去電子生成 Al3，Al3與溶液中的OH反應(yīng)生成白色Al(OH)3沉淀，電池總反應(yīng)式為 4Al3O26H2O=4Al(OH)3，a與電池的正極相連，故a為電解池的陽(yáng) 極，b與電池的負(fù)極相連，故b為電解池的陰極，電解飽和NaCl溶液時(shí)， Cl在a極放電生成Cl2，H在b極放電生成H2，故一段時(shí)間后b電極附近溶 液變紅。根據(jù)得失電子守恒，A中產(chǎn)生的NaOH與B中Al3結(jié)合的OH物 質(zhì)的量相等，所以電解一段時(shí)間后，將A、B混合并充分振蕩，Al(OH)3 能被NaOH全部溶解。 例例2在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計(jì)正確的是 A.鋅作陽(yáng)極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子 B.鉑作陰

8、極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有鋅離子 C.鐵作陽(yáng)極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子 D.鋅作陰極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有亞鐵離子 解析解析電鍍?cè)硎清儗咏饘僮麝?yáng)極，鍍件作陰極，含有鍍層金屬陽(yáng)離子 的電解質(zhì)溶液作電鍍液。 答案解析 例例3金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量鐵、鋅、銅、鉑等雜質(zhì)，可 用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2Ni2 Cu2) A.陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni22e=Ni B.電解過(guò)程中，陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等 C.電解后，溶液中存在的金屬陽(yáng)離子只有Fe2和Zn2 D.電解后，電解槽底部的陽(yáng)極泥中有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳 答案解析 解

9、析解析電解精煉鎳時(shí)，粗鎳作陽(yáng)極，純鎳作陰極，電解質(zhì)溶液中含有 Ni2，則陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2，F(xiàn)e2e =Fe2，Ni2e=Ni2，陰極電極反應(yīng)式為Ni22e=Ni，因此， 電解過(guò)程中陽(yáng)極減少的質(zhì)量不等于陰極增加的質(zhì)量，電解后，溶液中存 在的金屬陽(yáng)離子有Fe2、Ni2、Zn2，電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有銅和 鉑，沒有鋅、鐵、鎳。 二、電解的有關(guān)計(jì)算 1.計(jì)算的原則計(jì)算的原則 (1)陽(yáng)極失去的電子數(shù)陰極得到的電子數(shù)。 (2)串聯(lián)電路中通過(guò)各電解池的電子總數(shù)。 (3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)。 2.計(jì)算的方法計(jì)算的方法 (1)得失電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電

10、路、通過(guò)陰陽(yáng)兩極的電量相同等類型 的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 等于 相等 相等 (2)總反應(yīng)式計(jì)算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng) 式列比例式計(jì)算。 (3)關(guān)系式計(jì)算：借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建 立計(jì)算所需的關(guān)系式。 3.計(jì)算的步驟計(jì)算的步驟 (1)正確書寫電極反應(yīng)式(要注意陽(yáng)極材料)。 (2)當(dāng)溶液中有多種離子共存時(shí)，要確定放電離子的先后順序。 (3)最后根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。 解析解析由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽(yáng)極。a極上析出銅，b極 上析出氯氣，c極上析出銀，d極上析出氧氣。由電子守恒可得出：2e CuCl22

11、Ag所以a、b、c、d四個(gè)電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)的量 之比為2241。 例例4如圖所示的A、B兩個(gè)電解池中的電極均為鉑， 在A池中加入0.05molL1的氯化銅溶液，B池中加入 0.1molL1的硝酸銀溶液，進(jìn)行電解。a、b、c、d四 個(gè)電極上所析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是 A.2241B.1121 C.2111D.2121 答案解析 方法點(diǎn)撥 以通過(guò)4mole為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式： 4e2Cl2(Br2、I2)O22H22Cu4Ag 陽(yáng)極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值) 例例5在100mL硫酸和硫酸銅的混合液中，用石墨作電極進(jìn)行電解，兩 極上均收集到2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)

12、狀況)，則原混合液中，Cu2的物質(zhì)的量 濃度為 A.1molL1B.2molL1 C.3molL1D.4molL1 答案解析 解析解析分析電解硫酸、硫酸銅混合液的陰、陽(yáng)兩極的電極反應(yīng)可知，兩 極產(chǎn)生的氣體分別為氫氣、氧氣各0.1mol，氧氣是由氫氧根離子失去 0.4mol電子而得到，氫氣是由氫離子得到0.2mol電子而生成。由電子 得失守恒知，還有0.2mol電子是銅離子得到的，則銅離子的物質(zhì)的量是 0.1mol，其物質(zhì)的量濃度為1molL1。 學(xué)習(xí)小結(jié) 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 12345 1.工業(yè)上電解食鹽水的陰極區(qū)產(chǎn)物是 A.氯氣B.氫氣和氯氣 C.氫氣和氫氧化鈉D.氯氣和氫氧化鈉 解析解析電解食鹽水生

13、成三種產(chǎn)物，在陰極區(qū)生成氫氣和氫氧化鈉，在陽(yáng) 極區(qū)生成氯氣。 答案解析 12345 2.關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說(shuō)法中正確的是 A.都用粗銅作陽(yáng)極、純銅作陰極 B.電解液的成分都保持不變 C.陽(yáng)極反應(yīng)都只有Cu2e=Cu2 D.陰極反應(yīng)都只有Cu22e=Cu 解析解析A項(xiàng)，電鍍時(shí)鍍件作陰極； B項(xiàng)，電解精煉銅時(shí)電解液成分改變，電解精煉銅時(shí)，雜質(zhì)若有比銅活潑 的金屬(如鋅)，則還會(huì)發(fā)生Zn2e=Zn2的反應(yīng)。 答案解析 12345 3.下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是 A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽(yáng)極 B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極 C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 D.

14、在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽(yáng)極 解析解析電解池的陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。 電解熔融的Al2O3制Al時(shí)，若用Fe作陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生反應(yīng)Fe2e=Fe2， Fe2移動(dòng)到陰極上發(fā)生反應(yīng)Fe22e=Fe，使得到的Al不純。 答案解析 12345 4.用惰性電極電解硫酸銅溶液。若陽(yáng)極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.01mol， 陰極無(wú)氣體逸出，則陰極上析出銅的質(zhì)量為 A.0.64gB.1.28g C.2.56gD.5.12g 解析解析用惰性電極電解硫酸銅溶液，在陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體為氧氣，由4OH 4e=2H2OO2知，產(chǎn)生0.01mol的氧氣轉(zhuǎn)移0.04mol電子，則根據(jù) Cu22e=Cu可

15、推出應(yīng)析出0.02mol的銅，其質(zhì)量為1.28g。 答案解析 根據(jù)要求回答相關(guān)問題： (1)通入氫氣的電極為_(填“正極”或“負(fù)極”)，該電極反應(yīng)式為 _。 12345 5.某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池(如下圖所示)，目的是探究氯堿工業(yè)原理和粗 銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜。 答案解析 負(fù)極 H22e2OH=2H2O 解析解析通入氫氣的電極為 負(fù)極，電解質(zhì)溶液是堿性 的，該電極反應(yīng)式為H2 2e2OH=2H2O。 12345 (2)石墨電極為_(填“陽(yáng)極”或“陰極”)，反應(yīng)一段時(shí)間后，在乙裝 置中滴入酚酞溶液，_(填“鐵極”或“石墨極”)區(qū)的溶液先變紅。 解析解析石墨電極與電源的正極連接，石墨電極為陽(yáng)極，反應(yīng)一段時(shí)間后，