电解原理的应用.docx
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电解原理的应用
第二课时 电解原理的应用
问题一、氯碱工业的电解原理（电解食盐水）
【自主学习】
氯碱工业就是电解饱和食盐水，在饱和食盐水溶液中，含有 、 、 、 ，阳离子 、 在阴极上的放电顺序是 ；阴离子 、 在阳极上放电顺序是 。
所以，电极反应式为：
阳极 ；阴极 。
将两个电极反应式相加，得到电解的总反应式为 。
故，在阴极上得到的产物是 和 ，阳极上得到的产物是 。
[合作探究]：
电解熔融的食盐和饱和的食盐水的异同点？
电解熔融的食盐
电解饱和的食盐水
目的
制取金属钠
制取NaOH和Cl2
条件
熔融（无水）
水溶液
电极反应
阳极
阴极
产物
总反应方程式
问题二、铜的精炼的原理（铜的电解精炼）
【自主学习】
⒈精炼粗铜是将 铜溶解重新冶炼成 铜的过程。
⒉利用电解的原理，若将粗铜溶解，必将粗铜作 极，精铜作 极，电解质溶液中必须含有 （离子），阳极上不活泼的金属以 的形式沉在电解池中，活泼的金属以 的形式进入溶液。
阳极 （少量 、 ）；阴极 。
问题三、生产生活中电镀的原理（电镀）
【自主学习】
⒈电镀是应用电解原理在金属表面镀上一薄层 的过程。
⒉电镀主要的目的是 、 或 。
⒊电镀池的阳极是 ，阴极是 ，电镀液中一定含有 的 离子。
[合作探究1]：
电解与电镀的异同点？
电解
电镀
定义
形成条件
⑴ ；
⑵ ；
⑶ ；
⑷
⑴ ；
⑵
电极反应
阳极：
反应，溶液中的 离子失电子或 失电子；
阴极：
反应，溶液中的 离子得电子
阳极：
镀层金属 电子；
阴极：
电镀液中的 离子得电子
举例反应原理
（电解氯化铜）
阳极：
阴极：
总反应：
（镀锌）
阳极：
阴极：
溶液中Zn2+浓度 变
主要应用
[合作探究2]：
用惰性电极电解电解质溶液的变化规律。
惰性电极电解电解质溶液时，溶液的PH值变化与发生电解反应的离子有密切关系，常见的一些物质的PH值及其它性质的变化如下所示：
类型
电极反应特点
物质类型及实例
电解的对象
电解质浓度的变化
PH值变化
恢复原浓度
电解水型
水电离出
的 放电
阴极：
阳极：
强碱（如 ）
含氧酸（如 ）
活泼金属含氧酸盐（如 ）
电解电解质型
电解质电离出的阴离子在 极上 电子，阳离子在 极上 电子
无氧酸（ ）
不活泼金属无氧酸盐（ ）
放H2生碱型
阴极：
水电离出H＋放电
阳极：
电解质电离出
的 离子在 极上失电子
活泼金属无氧酸盐（ ）
放O2生酸型
阴极：
电解质电离出的 离子在 极上得电子
阳极：
水电离出的 放电，
不活泼金属含氧酸盐（ 、 ）
问题四、电解的计算
⒈有关电解的计算通常是某些产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的PH值、物质的量浓度等。
⒉解答此类题目主要依据有：
⑴依据电解方程式或电极反应式，列比例式求解；
⑵依据各电极、线路中转移的电子守恒，特别多个电解池串联的，在各电极、线路中通过的电量相等，列等式求解。
【问题分析示例】
例题1：
现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取NaOH、H2和Cl2。
请回答下列问题：
⑴在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生的电极反应式为。
⑵电解之前，食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的、Ca2+、Mg2+、SO42－等杂质离子，使用的试剂有：
a．Na2CO3溶液，b．Ba（OH）2溶液，c．稀盐酸，其合理的加入顺序为（填试剂序号）。
⑶如果在容积为10L的离子交换膜电解槽中，1min后在阴极可产生11.2L（标准状况）Cl2，这时溶液的pH值是（填“升高”、“降低”或“不变”），溶液中c（OH－）为（设体积保持不变）。
⑷若没有阳离子交换膜的存在,则电解饱和食盐水的化学方程式是
.
解析：
此题是在考查电解食盐水的基础之上，同时考查粗盐的精制。
解题时，要紧扣电解原理，电子守恒分析。
⑴与电源正极相连的是阳极，阴离子Cl－放电，电极反应式为：
2Cl－→Cl2↑＋2e－。
⑵加入Ba（OH）2后过量的Ba2+应该用Na2CO3溶液除去，最后加入盐酸除去，并调节溶液的酸碱性（加盐酸之前，必须过滤，否则沉淀又溶解了）。
⑶电解饱和食盐水过程中产生了NaOH，使溶液的碱性增强，pH值升高；依据总方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑知，n（OH－）＝2n（Cl2）＝2×
＝1.0mol，则c（OH－）＝
＝0.1mol·
。
⑷由于Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O，与电解食盐水的总反应方程式2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑相加，可得：
NaCl＋H2O
NaClO＋H2↑
答案：
⑴2Cl－→Cl2↑＋2e－； ⑵b、a、c；
⑶升高，0.1mol·
； ⑷NaCl＋H2O
NaClO＋H2↑
针对性练习：
1．氯碱工业中，能穿过离子交换膜的是（）
A．Cl－B．OH－C．Na＋D．Cl2
解析：
在氯碱工业中，所用的是阳离子交换膜，且只许Na＋通过。
答案：
C
2．用石墨作电极，电解下列物质的溶液，溶液的pH值升高的是（）
A．H2SO4B．NaOHC．Na2SO4D．NaCl
解析：
电解H2SO4、NaOH和Na2SO4实质电解的水，而三者的浓度增大，H2SO4的pH值降低，Na2SO4的pH值不变，NaOH的pH值升高，而电解NaCl产生NaOH，其pH值升高。
答案：
BD
例题2：
用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合液，通电一段时间，两极上均产生2.24L（标准状况）气体，则原混合液中Cu2+的浓度是多少？
解析：
此题是在考查电解的原理及有关计算，依据是在各电极、线路中通过的电量相等，列等式求解。
在H2SO4和CuSO4的混合液中，阴极：
4OH－→2H2O＋O2↑＋4e－，产生n（O2）＝
＝0.1mol，转移的电子n（e－）＝0.1mol×4＝0.4mol，又阳极：
Cu2+＋2e－→Cu，2H＋＋2e－→H2↑，产生n（H2）＝
＝0.1mol，产生H2转移的电子n（e－）＝0.1mol×2＝0.2mol，则生成Cu转移的电子n（e－）＝0.4mol－0.2mol＝0.2mol，故n（Cu2+）＝0.1mol，所以，c（Cu2+）＝
＝1mol/L。
答案：
原混合液中Cu2+的浓度是1mol/L。
针对性练习：
3．1LK2SO4和CuSO4的混合液中c（SO42－）＝2mol/L，用石墨电极电解此溶液，通电一段时间，两极上均产生22.4L（标准状况）气体，则原混合液中K+的浓度是（）
A．0.5mol/LB．1mol/LC．1.5mol/LD．2mol/L
解析：
在K2SO4和CuSO4的混合液中，阴极：
4OH－→2H2O＋O2↑＋4e－，产生n（O2）＝
＝1mol，转移的电子n（e－）＝1mol×4＝4mol，又阳极：
Cu2+＋2e－→Cu，2H＋＋2e－→H2↑，产生n（H2）＝
＝1mol，产生H2转移的电子n（e－）＝1mol×2＝2mol，则生成Cu转移的电子n（e－）＝4mol－2mol＝2mol，故n（CuSO4）＝1mol，所以，c（K2SO4）＝2mol/L×1L－1mol＝1mol，故c（K＋）＝
＝2mol/L。
答案：
C
4．用惰性电极电解MCl2的水溶液，当阴极增重ag时，在阳极上同时产生bL气体（标准状况），则M的相对原子质量为（）
A．
B．
C．
D．
解析：
MCl2
M＋Cl2↑
xg22.4L
agbL
解之，得：
x＝
答案：
A
【课堂练习达标】
5．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有锌离子
B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有锌离子
C．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有亚铁离子
解析：
电镀池的阳极是镀层金属，阴极是镀件，电镀液中一定含有镀层金属的阳离子。
答案：
A
6．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，加入一定质量的另一种物质（括号中），溶液能与原溶液完全相同的是（）
A．CuCl2（CuSO4）B．NaOH（H2O）
C．NaCl（HCl）D．CuSO4（Cu2O）
解析：
电解后的溶液要恢复原来的浓度，所加的物质必须是电解时脱离溶液的元素按脱离比组成的化合物。
故：
CuCl2（CuCl2）、NaOH（H2O）、CuSO4（CuO）。
答案：
C
7．关于电解食盐水，下列说法正确的是（）
A．电解时阳极得到氯气，阴极得到金属钠
B．若在阳极附近滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解质转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：
电解食盐水，阴极上得到的是氢氧化钠和氢气，而不是金属钠，若滴入酚酞溶液，溶液呈红色；阳极得到的是氯气，若滴入KI溶液，会析出I2，溶液呈棕色。
电解一段时间后，产生的氢气和氯气都已跑掉，况且它们既不是电解质又不是非电解质，所以，充分搅拌后溶液仍呈碱性。
答案：
B
8．用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。
当电解液的c（H＋）从1×10－6mol·L－1变为1×10－3mol·L－1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不计），电极上析出银的质量约是（）
A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg
解析：
c（H＋）从1×10－6mol·L－1变为1×10－3mol·L－1时，1×10－6mol·L－1太小可忽略不计。
4AgNO3＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4HNO3
4×108g4
x1×10－3mol·L－1×0.5L
解之，得：
x＝54mg
答案：
B
9．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为＋1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比为n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）＝2∶1，则下列表述正确的是（）
A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比为n（银）∶n（汞）＝2∶1
B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D．硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2
解析：
由于银和汞的化合价相等，通入的电量相等，在两个阴极上得到银和汞的物质的量应相等，而被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比为n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）＝2∶1，说明一分子硝酸亚汞中含有两个亚汞离子，故硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2；在两个阳极上得到的产物的物质的量也应相等。
答案：
D
10．如图为相互串联的甲乙两个电解池，E、F为
直流电源的两个电极。
乙池溶液是滴有酚酞的食盐
水电解过程中，发现电极D附近先变红。
请回答：
⑴电源E极为极。
⑵甲池若为精炼铜的装置，A极是极，
材料是，电极反应为；B极是极，材料是，电极反应为，电解质溶液为。
⑶若甲池阴极增重12.8g，则乙池阴极放出气体在标准状况下的体积为。
解析：
由电极D附近变红，可知D电极为阴极，F为电源的负极，E为电源的正极，则甲池中A极为阳极，精炼铜时应为粗铜，电极反应为Cu→Cu2+＋2e－（少量Fe→Fe2+＋2e－、Zn→Zn2+＋2e－）；B为阴极，材料为精铜，电极反应为Cu2+＋2e－→Cu，电解质溶液为CuSO4、Cu（NO3）2、CuCl2等可溶性铜盐。
甲池阴极电极反应为Cu2+＋2e－→Cu，则n（Cu）＝
＝0.2mol，n（e－）＝0.4mol，则乙池阴极的电子的物质的量也是0.4mol，电极反应为2H＋＋2e－→H2↑，产生的气体体积0.2mol×22.4L/mol＝4.48L。
答案：
⑴正极
⑵阳极粗铜Cu→Cu2+＋2e－阴极精铜Cu2+＋2e－→Cu；
⑶4.48L。
【本节三维体系构建】
答案：
1．氯碱工业；2．精炼铜；3．电镀；4．电解池由直流电源；5．固体电极材料；6．电解质溶液或熔融电解质组成；7．形成闭合回路；8．依据电解方程式或电极反应式；9．依据各电极、线路中转移的电子守恒。
课外天地
金属的冶炼
人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，这就是人们常说的金属的冶炼。
金属的冶炼方法很多，其实质是用还原法使金属化合物中金属离子得到电子变成金属原子。
由于金属的活性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同，因此采取的方法也不同。
工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法或电解法。
1．热分解法：
对于有些不活泼的金属仅用此法制取。
一般是位于金属活动顺序表中氢后面的金属。
如：
2HgO
2Hg＋O2↑；2Ag2O
4Ag＋O2↑。
2．热还原法：
大多数金属的冶炼用此法。
常用的还原剂有焦碳、一氧化碳、氢气和活泼金属等。
如：
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2；WO3＋3H2
W＋3H2O；Fe2O3＋2Al
2Fe＋Al2O3。
3．电解法：
在金属活动性顺序表中，钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
如：
2Al2O3
4Al＋3O2↑；MgCl2
Mg＋Cl2↑。
对于某些不活泼的金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法进行精炼，但电解法要消耗大量电能，成本较高。
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