2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修一 4.2.2 電解原理的應(yīng)用 學(xué)案

4.2.2電解原理的應(yīng)用知識(shí)精講知識(shí)精講一、氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水）方程式裝置圖陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)總反應(yīng)方程式離子反應(yīng)方程式陽離子交換膜作用①防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸；②避免Cl2與NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。應(yīng)用制備氫氣、氯氣和燒堿【答案】2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2Oeq\o(=====,\s\up7(通電))2NaOH+H2↑+Cl2↑2Cl-+2H2Oeq\o(=====,\s\up7(通電))2OH-+H2↑+Cl2↑二、電鍍1.電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。2.電鍍可增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。陽極材料鍍層金屬Cu陰極材料鍍件金屬Fe電鍍液含鍍層金屬離子CuSO4溶液陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)溶液變化電解質(zhì)溶液的濃度__________【答案】Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu保持不變?nèi)?、電解精煉銅電解精煉粗銅時(shí)，以待精煉的銅（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）作陽極，用CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液，可得含銅量為99.95%～99.98%的電解銅。陽極材料粗銅（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）陰極材料純銅陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)“陽極泥”Ag、Au等金屬雜質(zhì)失電子能力弱，會(huì)以單質(zhì)形式沉積，形成“陽極泥”。溶液變化①電解質(zhì)溶液的Cu2+濃度_______②引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等雜質(zhì)，需定時(shí)除去【答案】Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e—=Ni2+Cu－2e－=Cu2＋Cu2++2e-Cu減小四、電冶金電冶金的本質(zhì)是使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質(zhì)的過程：Mn++ne-M電解熔融氯化鈉制取金屬鈉方程式陽極陰極總反應(yīng)【答案】2Cl－－2e－=Cl2↑2Na＋＋2e－=2Na2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題型一：氯堿工業(yè)【變1】（2019·吉林·長春外國語學(xué)校高二期末）如圖所示是用石墨和鐵作電極電解飽和食鹽水的裝置，請(qǐng)?zhí)羁眨海?）X的電極反應(yīng)式為：___________________________________，Y極的電極材料是_______________。（2）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將兩種電極材料接反，導(dǎo)致X極上未收集到預(yù)期產(chǎn)物，一段時(shí)間后又將兩極的連接方式糾正過來，發(fā)現(xiàn)X極附近出現(xiàn)了白色沉淀，此沉淀是________(填化學(xué)式)，其形成原因是：___________________________________。（3）工業(yè)上電解飽和食鹽水的方法之一是將兩個(gè)電極室用離子交換膜隔開(如圖所示)，其目的是_____________，陽極室(A處)加入________，離子交換膜只許________通過?！敬鸢浮?Cl－－2e－===Cl2↑FeFe(OH)2鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2＋，糾正錯(cuò)誤后，這一端又變?yōu)殛帢O，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2防止H2與Cl2混合發(fā)生爆炸，防止Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，使NaOH不純飽和食鹽水Na＋【解析】【分析】（1）X與電源正極相連應(yīng)為陽極，Y與電源負(fù)極相連應(yīng)為陰極；（2）將兩種電極材料接反，鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2＋，生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2；（3）將兩個(gè)極室用離子交換膜隔開，其目的是防止H2與Cl2混合爆炸，防止Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO使NaOH溶液不純；陽極上氯離子失電子生成氯氣，所以陽極室加入的是飽和食鹽水；陰極室加入的是水或稀的氫氧化鈉溶液，所以離子交換膜只許Na+離子通過?！驹斀狻浚?）由圖可知X與電源正極相連應(yīng)為陽極，電極反應(yīng)式：2Cl－－2e－=Cl2↑，電極材料為石墨，則Y極電極材料為Fe；故答案為2Cl－－2e－=Cl2↑，F(xiàn)e。（2）將兩種電極材料接反，鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2＋，糾正錯(cuò)誤后，這一端又變?yōu)殛帢O，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2，故答案為Fe(OH)2；鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2＋，糾正錯(cuò)誤后，這一端又變?yōu)殛帢O，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2。（3）工業(yè)上電解飽和食鹽水的方法之一，是將兩個(gè)極室用離子交換膜隔開，其目的是防止H2與Cl2混合爆炸，防止Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO使NaOH溶液不純；陽極上氯離子失電子生成氯氣，所以陽極室加入的是飽和食鹽水；陰極上氫離子得電子生成氫氣，和氫氧根離子，鈉離子向陰極移動(dòng)在陰極與氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鈉，所以陰極室加入的是水或稀的氫氧化鈉溶液，所以離子交換膜只許Na+離子通過；故答案為防止H2與Cl2混合發(fā)生爆炸，防止Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，使NaOH不純；飽和食鹽水；Na＋。【變2】（2021·廣東·揭西縣河婆中學(xué)高二月考）"84"消毒液（主要成分為NaClO）廣泛應(yīng)用于殺菌消毒。某化學(xué)演習(xí)小組用甲烷燃料電池電解飽和食鹽水制備"84"消毒液，裝置如圖所示，a、b、c、d均為惰性電極，下列說法正確的是A．c是陽極B．甲烷發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為：CH4-8e－+8OH?=CO2↑+6H2OC．消耗2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）甲烷，K＋通過交換膜向左室移動(dòng)0.8molD．電解裝置中的總反應(yīng)為：NaCl+H2ONaClO+H2↑【答案】D【分析】用甲烷燃料電池電解飽和食鹽水制備“84”消毒液，a、b、c、d均為惰性電極，電解飽和食鹽水陽極生成Cl2，陰極生成H2和NaOH，為保證Cl2與NaOH充分反應(yīng)制備NaClO，則d電極為陽極生成Cl2，c電極為陰極；則a為甲烷燃料電池的負(fù)極，b為甲烷燃料電池的正極；以此分析作答?！驹斀狻緼．根據(jù)分析，c為陰極，A錯(cuò)誤；B．甲烷燃料電池中所用電解質(zhì)溶液為KOH溶液，則CH4發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成，甲烷發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為CH4-8e-+10OH-=+7H2O，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)分析，a為甲烷燃料電池的負(fù)極，b為甲烷燃料電池的正極，原電池中陽離子向正極移動(dòng)，故K+通過陽離子交換膜向右室移動(dòng)，C錯(cuò)誤；D．電解裝置中發(fā)生的反應(yīng)為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑、Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，則電解裝置中的總反應(yīng)為NaCl+H2ONaClO+H2↑，D正確；答案選D。題型二：電鍍【變3】（2021·江蘇沭陽·高二期中）餐具表面鍍銀可達(dá)到增強(qiáng)抗腐蝕性、提升美觀等目的。下列關(guān)于鐵表面鍍銀的說法不正確的是A．電路中每通過1mole-，陰極析出1mol銀B．鐵電極應(yīng)與電源負(fù)極相連C．陽極電極反應(yīng)式為Ag﹣e-=Ag+D．電鍍液需要不斷更換【答案】D【詳解】A．陰極發(fā)生反應(yīng)Ag++e-=Ag，故每通過1mole-析出1mol銀，A正確；B．鐵為鍍件，應(yīng)與電源負(fù)極相連，故B正確；C．陽極為鍍層金屬，電極反應(yīng)式為Ag﹣e-=Ag+，故C正確；D．陽極發(fā)生反應(yīng)為Ag﹣e-=Ag+，陰極發(fā)生反應(yīng)Ag++e-=Ag，電鍍液濃度不變，不需要更換，故D錯(cuò)誤；故選D。題型三：電解精煉銅【例4】（2021·全國·高二專題練習(xí)）粗銅中含有、、等雜質(zhì)，用下圖裝置精煉銅。下列有關(guān)說法正確的是A．是粗銅、是純銅B．反應(yīng)前后電解液的濃度保持不變C．陰極電極反應(yīng)為：D．電解過程中，、兩極質(zhì)量的變化量一直相等【答案】C【詳解】A．電解精煉銅時(shí)，粗銅為陽極，精銅為陰極，b為陽極，a為陰極，A錯(cuò)誤；B．電解精煉銅時(shí)，粗銅為陽極，比金屬銅活潑的金屬鋅、鐵、鎳會(huì)先于金屬銅失電子，精銅為陰極，電極反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu，所以電解液的濃度降低，B錯(cuò)誤；C．精銅為陰極，電極反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu，C正確；D．電解精煉銅時(shí)，粗銅為陽極，比金屬銅活潑的金屬鋅、鐵、鎳會(huì)先于金屬銅失電子，精銅為陰極，電極反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu，陽極質(zhì)量的減少與陰明極質(zhì)量的增加不等，陽極質(zhì)量減少的多，D錯(cuò)誤；答案選C。題型四：電冶金【變5-1】（2021·山西太原·高一期末）下列有關(guān)金屬冶煉的原理，錯(cuò)誤的是A． B．C．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 D．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑【答案】B【詳解】A．Hg活動(dòng)性比較弱，采用熱分解方法制取，故符合Hg的冶煉方法，A正確；B．Al是活潑金屬，采用電解方法冶煉，方程式方法不符合反應(yīng)事實(shí)，B錯(cuò)誤；C．Fe是比較活潑的金屬，采用熱還原方法冶煉，該方法符合Fe的冶煉方法，C正確；D．Na是活潑金屬，采用電解方法冶煉，該方法符合Na的冶煉方法，D正確；故合理選項(xiàng)是B。題型五：電解法制備物質(zhì)【變6-4】（2021·全國·高二期末）填空。（1）KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：___________。②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為___________，其遷移方向是___________。（2）電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為___________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為___________。【答案】（1）2H2O+2e-=2OH-+H2↑K+由a到b（2）4+2H2O-4e-=4+O2↑H2【解析】（1）①電解時(shí)，陰極水電離出的氫離子得電子生成氫氣，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=2OH-+H2↑。②溶液中的陽離子主要是鉀離子，電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為K+，通電時(shí)，陽離子向陰極移動(dòng)，所以其遷移方向是由a到b；（2）根據(jù)圖示可知，陽極生成碳酸氫鈉和氧氣，陽極的電極反應(yīng)式為4+2H2O-4e-=4+O2↑，陰極氫離子得電子生成氫氣，產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為H2。題型六：電解原理的應(yīng)用綜合【例8】（2021·黑龍江·哈爾濱三中高二月考）電解池在生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。（1）精煉銀：如圖為電解精煉銀的示意圖___________，(填“a”或“b”)極為含有雜質(zhì)的粗銀，b的電極反應(yīng)式___________，若b極有少量紅棕色氣體產(chǎn)生，則生成該氣體的電極反應(yīng)式為___________。（2）氯堿工業(yè)：用離子交換膜法電解飽和食鹽水的裝置如圖所示，①口有刺激性氣味的氣體逸出，則A為外電源的___________極，與B相連的電極的電極反應(yīng)式___________。為了獲得產(chǎn)品，選用___________(填“陰”或“陽”)離子交換膜。（3）若以惰性電極電解氯化鋁溶液，總反應(yīng)的離子方程式為___________?！敬鸢浮浚?）aAg++e-=AgNO+e-+2H+═NO2↑+H2O（2）正2H++e-=H2↑陽（3）2Al3++6Cl-+6H2O3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓【解析】（1）電解精煉銀時(shí)，粗銀作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，與電源正極相連的是電解池的陽極，所以a極為含有雜質(zhì)的粗銀；b極與電源負(fù)極相連是電解池的陰極，b的電極反應(yīng)式Ag++e-=Ag；電解質(zhì)溶液中含硝酸根，b極有少量紅棕色氣體應(yīng)是二氧化氮，生成該氣體的電極反應(yīng)為：NO+e-+2H+═NO2↑+H