学年高中化学第四章电化学基础第三节电解池第2课时电解原理的应用教学案新人教版选修4.docx
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学年高中化学第四章电化学基础第三节电解池第2课时电解原理的应用教学案新人教版选修4
第二课时 电解原理的应用
[课标要求]
1．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2．掌握电解原理的有关计算。
1.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
2．电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。
3．电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。
4．电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融MgCl2制取镁，电解熔融NaCl制取钠。
1．电解饱和食盐水
氯碱工业：
电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。
2．电镀
（1）概念：
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
（2）目的：
使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度。
（3）实例（在铁件上镀铜）。
材料
电极反应式
阴极
Fe
Cu2＋＋2e－===Cu
阳极
Cu
Cu－2e－===Cu2＋
电解质溶液
CuSO4溶液
3．电解精炼铜
4．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Mn＋＋ne－===M。
（2）电冶金：
电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
（3）电解熔融的氯化钠。
阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应：
2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑。
[特别提醒]
（1）氯碱工业中所用的饱和食盐水必须精制，以除去食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO
等杂质。
（2）电镀时电解质溶液的浓度不变而电解精炼铜时，电解质溶液的浓度减小。
1．用惰性电极电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ）
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈褐色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解质溶液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：
选B 用惰性电极电解NaCl溶液，阳极产物为Cl2，阴极产物为H2和NaOH，不是金属钠，A错误；NaOH溶液使酚酞溶液变红色，C项错误；因产物中生成NaOH，溶液不可能呈中性，D项错误。
2．关于镀铜和电解精炼铜，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Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
解析：
选D A项，电镀时镀件作阴极，错误；B项，电解精炼铜时，电解液成分发生变化，错误；C项，电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质（如锌），比铜更易被氧化Zn－2e－===Zn2＋。
1．计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。
不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：
电子守恒法计算
用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等
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比例式计算
关系式计算
根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
2.等量关系
（1）当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
（2）常见电化学计算的对应关系：
H2～Cl2～
O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n（H2）∶n（Cl2）∶n（O2）＝1∶1∶0.5。
1．把两个惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中，通入直流电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0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），电极上析出银的质量大约是（ ）
A．27mg B．54mg
C．108mgD．216mg
解析：
选B 由题意知电解AgNO3溶液时，阳极生成O2和HNO3，阴极生成Ag，n（H＋）＝cV＝10－3×0.5＝5×10－4（mol），若设生成Ag为x，则
Ag ～ H＋
1mol 1mol
x 5×10－4mol
x＝5×10－4mol，m（Ag）＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g＝54mg。
2．如图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加2.16g。
试回答：
（1）电源中X极是________（填“正”或“负”）极。
（2）通电5min时，B中共收集到224mL（标准状况）气体，溶液体积为200mL（电解前后溶液的体积变化忽略不计），则通电前c（CuSO4）＝_______________________________。
（3）若A中KCl溶液的体积也是200mL，则电解后溶液的pH＝________。
解析：
（1）铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。
（2）C中铜极增重2.16g，即析出0.02molAg，线路中通过0.02mol电子。
由4e－～O2，可知B中产生的O2只有0.005mol，即112mL。
但B中共收集到224mL气体，说明还有112mL气体是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112mLH2，则通过0.01mol电子时，Cu2＋已完全变为Cu单质。
由2e－～Cu，可知n（Cu2＋）＝0.005mol，
则c（CuSO4）＝
＝0.025mol·L－1。
（3）由4e－～4OH－知，A中生成0.02molOH－，
c（OH－）＝0.1mol·L－1，c（H＋）＝
mol·L－1＝1.0×10－13mol·L－1，pH＝13。
答案：
（1）负
（2）0.025mol·L－1 （3）13
[三级训练·节节过关]
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（ ）
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
解析：
选A 电镀时，通常镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
2．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．电解时以精铜为阳极，以CuSO4溶液为电解液
B．电解时阴极发生还原反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解结束后，电解质溶液的浓度保持不变
解析：
选B 电解时精铜为阴极，粗铜为阳极，A项错误；溶液中Cu2＋在阴极上得电子，发生还原反应，B项正确；粗铜应该连接电源正极，C项错误；阳极上Fe、Zn、Cu失电子，阴极上只有Cu2＋得电子，电解结束后，电解质溶液中的Cu2＋浓度减小，D项错误。
3.右图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是（ ）
A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
解析：
选D 石墨棒在蛋壳内，溶液中的氯离子在该极失电子被氧化，溶液中的H＋浓度不变，故A错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，氢离子在该极发生还原反应得到氢气，B错误；铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，C错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体通过，D正确。
4.电解原理在化学工业中被广泛应用。
右图表示一个电解池，装有电解质溶液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则
①电解池中X极上的电极反应为____________________________________________，
在X极附近观察到的现象是_______________________________________________。
②Y极上的电极反应为____________________________________________________，
检验该电极反应产物的方法是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）若用电解法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则
①X极的材料是__________，电极反应为________________________________________
________________________________。
②Y极的材料是__________，电极反应为_______________________________________
________________________________。
（说明：
杂质发生的电极反应不必写出）
解析：
（1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：
2H＋＋2e－===H2↑。
与电源正极相连的极为阳极，所以X极为阴极，Y极为阳极。
X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。
（2）电解精炼铜时，用含杂质的铜作阳极，精铜作阴极。
反应过程中阳极上铜以及比铜活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比铜弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得到电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得到电子。
根据题图，X为阴极，Y为阳极。
所以X极的材料是精铜，电极反应：
Cu2＋＋2e－===Cu；Y极的材料是粗铜，电极反应：
Cu－2e－===Cu2＋。
答案：
（1）①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y极附近，试纸变为蓝色
（2）①精铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
1．下列关于铜电极的叙述正确的是（ ）
A．铜锌原电池中铜是负极
B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2和O2时铜作阳极
解析：
选C 铜锌原电池中锌活泼，锌作负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，作阳极；电镀铜时，应选用铜片作阳极，镀件作阴极，含有铜离子的溶液作电镀液；电解稀硫酸时，铜作阳极，失电子的是铜而不是溶液中的OH－，因而得不到氧气。
2．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：
①阳极质量减少；②阴极质量增加；③溶液中c（Cu2＋）不变。
可选用的电极是（ ）
A．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
B．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极（Pt）作阴极
解析：
选A A项，阳极反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，正确；B项，阳极反应Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c（Cu2＋）发生变化，不正确；C项，阳极反应Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c（Cu2＋）发生变化，不正确；D项，阳极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极质量不变，不正确。
3．用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，下列方案正确的是（ ）
解析：
选D 要用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，则应该用电解原理，因此阴极应该是银，阳极可以是惰性电极，例如碳棒，答案选D。
4．将一直流电源的正、负极（电极材料为Pt），用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是（ ）
选项
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
解析：
选D 题中所述装置是电解食盐水，阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉溶液变蓝色；阴极反应：
2H＋＋2e－===H2↑，阴极附近溶液呈碱性，使石蕊溶液变蓝色。
5.右图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。
下列判断正确的是（ ）
A．滤纸上c点附近会变红色
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．Z中溶液的pH先减小，后增大
D．Z溶液中的SO
向Cu电极移动
解析：
选A 由题紫红色斑即MnO
向d端扩散，阴离子向阳极移动，说明d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。
NaCl溶液中H＋放电，c点附近变红色。
Z中为电解CuSO4溶液，Pt为阳极，水中的OH－放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子生成铜，总反应为2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4，阳极区生成H＋，则SO
向Pt极移动，B、D项错误；随着电解的进行，Z溶液变为硫酸，再电解则变为电解水，硫酸浓度增大，C项错误。
6．金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，则下列叙述中正确的是（已知：
氧化性Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式：
Ni2＋＋2e－===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只有Cu和Pt
解析：
选D 电解时阴极发生还原反应，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni依次失去电子生成阳离子进入溶液；Cu、Pt不如Ni活泼不被氧化，沉入槽底成为阳极泥，阴极只析出Ni，B项错误，D项正确；电解后溶液中仍有少量的Ni2＋，C项错误。
7．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是（ ）
A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋
Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
解析：
选C 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。
8.如图所示，某工厂采用电解法处理含铬（Cr2O
）酸性废水，其中，耐酸电解槽以铁板作阴、阳极，电解后，溶液中的Cr2O
全部变为Cr3＋，下列说法不正确的是（ ）
A．M与电源的正极相连
B．出液口排出的溶液中还含有Fe3＋
C．N极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．阴极区附近溶液pH降低
解析：
选D A项，电解含铬（Cr2O
）酸性废水，溶液中的H＋在阴极放电产生H2，所以N与电源的负极相连，作阴极，M与电源的正极连接，作阳极，正确；B项，阳极Fe失去电子变为Fe2＋，然后与溶液中的Cr2O
发生反应变为Fe3＋，Cr2O
则被还原变为Cr3＋，所以出液口排出的溶液中含有Cr3＋、Fe3＋，正确；C项，在阴极N极，溶液中的H＋得到电子变为H2，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；D项，在阴极区，由于H＋得到电子变为H2，附近溶液的酸性减弱，溶液pH升高，错误。
9．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。
（1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的________，材料是________，电极反应式为______________________；B极是电解池的________，材料是______，主要电极反应式为____________________________________________________________。
（2）乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色。
（3）若甲池阴极增重12.8g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________（不考虑气体溶解情况）。
解析：
（2）Fe极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电后，溶液中生成OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液呈红色。
（3）甲池阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，
生成n（Cu）＝
＝0.2mol，
转移电子的物质的量n（e－）＝0.4mol；
乙池阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，
由电子守恒知生成Cl2为n（Cl2）＝0.2mol，
故V（Cl2）＝4.48L。
答案：
（1）阴极 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
阳极 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
（2）红 （3）4.48L
10.某课外活动小组用如图所示装置进行实验，试回答下列问题：
（1）若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。
（2）若开始实验时开关K与b连接，则下列说法正确的是________（填序号）。
①溶液中Na＋向A极移动 ②从A极逸出的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 ③反应一段时间后向电解液中加适量盐酸可使其恢复到电解前的浓度
（3）该小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如下图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为______________________，通过阴离子交换膜的离子数________（填“>”“<”或“＝”）通过阳离子交换膜的离子数。
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为________。
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为________。
解析：
（1）开关K与a连接时，是原电池装置，B极是阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
（2）若K与b连接，是电解池装置，且A是阳极、B是阴极；阳离子向阴极移动；阳极是Cl－失电子生成Cl2，它能使湿润的淀粉KI试纸变蓝；阴极产生H2，故由阴、阳两极逸出的气体可知，要使电解液恢复到电解前的浓度需通入HCl气体而非加入盐酸。
（3）①由图示加入的物质可知，阳极是OH－失e－，阴极是H＋得e－，据电荷守恒，则通过阳离子交换膜的K＋数大于通过阴离子交换膜的SO
数。
②电解后生成的硫酸和KOH溶液的浓度均比原来的大，则bc，又因为碱溶液的pH大于酸溶液的pH，则：
b③B口产生O2，C口产生H2，根据得失电子守恒知两者物质的量之比为1∶2，则质量之比为8∶1。
答案：
（1）Fe－2e－===Fe2＋
（2）②
（3）①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋（或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑） < ②b1．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．Fe和AgNO3溶液D．Pt和Ag2SO4溶液
解析：
选B 电镀槽中，要求镀件作阴极，镀层金属作阳极，电镀液采用含有镀层金属离子的盐溶液，A、D项中AgCl和Ag2SO4均难溶于水，只有B项符合要求。
2．下列图示中关于铜电极的连接错误的是（ ）
解析：
选C 锌铜原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜（或精铜）作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D正确。
3．下面有关电化学的图示，完全正确的是（ ）
解析：
选D A为原电池，锌应为负极；B为电解法精炼铜的装置，粗铜应为阳极；C为电镀池，镀件铁片应该为阴极；D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用碘化钾淀粉溶液检验氯气，阴极析出的氢气，用向下排空气法收集。
4.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和NaCl溶液。
通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
解析：
选B 电解氯化钠溶液时，阳极反应是氯离子失电子生成氯气，阴极反应是氢离子得电子生成氢气，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，应让氯气在下端产生，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。
5.如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物物质的量之比是（ ）
A．2∶2∶4∶1B．1∶1∶2∶1
C．2∶4∶4∶1D．2∶1∶2∶1
解析：
选A a为阴极，Cu2＋得电子生成Cu，b为阳极，Cl－失电子生成Cl2；c为阴极，Ag＋得电子生成Ag，d为阳极，OH－失电子生成O2。
根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为2Cu—2Cl2—4Ag—O2。
6．如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。
则下列说法正确的是（ ）
A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应
B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性
C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口
解析：
选B 甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A项错误；乙装置中，铁为阴极，电极反应式为2Na＋＋2e－===Na，C项错误；乙装置中，石墨为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A为Cl2出口，B是Na出口，D项错误。
7．1L0.1mol·L－1AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时，下列判断（设电解按理论进行，溶液不蒸发）正确的是（ ）
A．溶液的浓度变为0.08mol·L－1
B．阳极上产生112mLO2（标准状况）
C．转移的电子数是1.204×1022个
D．反应中有0.01mol的Ag被氧化
解析：
选C 由题意知，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极反应：
Ag－e－===Ag＋，由阴极增重2.16g知，n（Ag）＝n（e－）＝n（Ag＋）＝2.16g/108g·mol－1＝0.02mol。
A项，此装置是在铁上镀银，AgNO3溶液浓度不变，错误；B项，由阳极反应知，阳极上没有O2生成，错误；C
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