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1、第四章 第三节 第2课时第2课时电解原理的应用学习目标定位1.熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式。2.学会电解的有关计算。一电解原理的应用1电解硫酸铜溶液在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。(1)若两极均为Pt电极，则阳极反应式是4OH4e=2H2OO2，阴极反应式是2Cu24e=2Cu，电解的化学方程式是2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。(2)若两极均为铜片，则阳极反应式是Cu2e=Cu2，阴极反应式是Cu22e=Cu，电解过程中溶液的浓度不变。(3)若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是Zn2e=Zn2，电解过程中阳极锌片不断溶解

2、，阴极铜片质量不断增加。2电解饱和食盐水(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na、Cl、H、OH。通电时Na、H移向阴极，H放电，Cl、OH移向阳极，Cl放电。电极反应式为阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)；阴极：2H2e=H2(还原反应)；因H放电，导致水的电离平衡H2O HOH向右移动，致使生成NaOH。(2)电解的总反应式化学方程式：2NaCl2H2OH2Cl22NaOH；离子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH；工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。3电镀(1)根据下图，回答下列问题：电极反应式阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的

3、铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。(2)电镀的概念是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。(3)电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。4电解精炼铜(1)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。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式：阳极为Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等，阴极为Cu22e=Cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe

4、等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au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。5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Mnne=M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属如：K、Na、Mg、Al等，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式：2Cl2e=Cl2；阴极反应式：2Na2e=2Na；总反应：2NaCl(熔融) 2NaCl2。电解原理的应用(1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料生产一系列化工产品。(2)电镀

5、的特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。(3)电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如精炼镍时Cu也会沉积)。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答案A解析本题考查的是电镀的原理。电镀原理是镀层金属作阳极，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某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原

6、理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。根据要求回答相关问题：(1)通入氢气的电极为_(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为_。(2)石墨电极为_(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，_(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将_(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为_。答案(1)负极H22e2OH=2H2O(2)阳极铁极(3)减小Cu22e=Cu解析(1)通入氢气的电极为负极，由于电解质溶液是碱性的，所以该电极反应式为H22e2OH=2H2O。(2)由于石墨电极与电源的正极

7、连接，所以石墨电极为阳极，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁极的溶液先变红。(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，因为粗铜中有活动性比Cu强的金属失去电子，而得到电子的只有Cu2，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度会减小；精铜电极上的电极反应式为Cu22e=Cu。二电解的有关计算例用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移的电子的物质的量为()A0.4 mo

8、lB0.5 molC0.6 molD0.8 mol答案C解析用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，如果硫酸铜没有消耗完成或恰好消耗完，这时向电解液中加入氧化铜或碳酸铜就可以恢复到电解前的浓度和pH，而题中加入的是Cu2(OH)2CO3，说明CuSO4消耗完，并且又电解了一部分水。则电解的硫酸铜的物质的量为0.2 mol，电解的水的物质的量为0.1 mol，转移的电子的物质的量为0.2 mol20.1 mol20.6 mol。1.计算类型电解的相关计算包括两极产物的定量计算(如质量、气体的体积、某元素的化合价、溶液的pH及物质的量浓度等)。2方法技巧(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路，通

9、过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)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。(3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。3把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。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)，电极上应析出银的质量是()A27 mg B54 mgC108 mg D216 mg答案B解析由得失电子守恒知，eOHHAg，所以n(Ag)n(H)。AgNO3溶液电解后产生酸，产生的H的物质的量可由p

10、H差来计算：pH从6.0变为3.0，即c(H)103 molL1，所以n(Ag)n(H)103 molL10.5 L5104 mol，m(Ag)n(Ag)M5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。4在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2的物质的量浓度为()A1 molL1 B2 molL1C3 molL1 D4 molL1答案A解析分析电解H2SO4、CuSO4混合液的阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH失去0.4 mol电子而

11、得到，H2是由H得到 0.2 mol 电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2得到的，故Cu2的物质的量是0.1 mol，则Cu2的物质的量浓度为1 molL1。1如图为电解饱和食盐水的简单装置，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上发生氧化反应C铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触答案D解析碳棒在蛋壳内，溶液中的Cl在该极失电子被还原，溶液的碱性不增强，故A项错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，H在该极发生还原反应得到氢气，B项错误；铁丝表面生成的气体是氢气，

12、不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，C项错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体通过，D项正确。2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，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=NiB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Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt，没有Zn、Fe、Ni答案D解析电解精炼镍时，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=Ni

13、2，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Cu和Pt，没有Zn、Fe、Ni。3三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A通电后中间隔室的SO向阳极迁移，阳极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C阴极反应为2H2O4e=O24H，阴极区溶液pH降低D当电路中通过

14、1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成答案B解析电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO向阳极区移动，Na 向阴极区移动，阳极区水电离的OH发生氧化反应生成氧气，H留在阳极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，阴极区水电离的H发生还原反应生成氢气，OH留在阴极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。4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CuCl2溶液，B池中加入0.1 molL1的A

15、gNO3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()A2241 B1121C2111 D2121答案A解析由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2eCuCl22AgO2，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。5如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：(1)电源中X极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)

16、，则通电前c(CuSO4)_。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl，则电解后溶液的pH_。答案(1)负(2)0.025 molL1(3)13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2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子；由4eO2可知，B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL；但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2全部在阴极放电后，H接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2已被电解完；由2eCu，可知n(Cu2)0.0

17、05 mol，则c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由4e4OH知，A中生成0.02 mol OH，则c(OH)0.1 molL1，pH13。基础过关题组1电解原理应用1下列描述中，不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极答案A解析电解池的阳极发生失电子氧化反应、阴极发生得电子还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe2e=Fe2，Fe2移动到阴极上发生反应Fe22e=Fe，使得到的Al不纯。2关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(

18、)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=Cu2D阴极反应都只有Cu22e=Cu答案D解析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，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn2e=Zn2的反应。3下列有关电化学的示意图中正确的是()答案D解析选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极；选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换；选项C，粗铜应连接电源正极，纯铜应接在电源的负极；选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl在阳极放电产生Cl2，溶液中的H在阴极获得电子而产生H2。4甲、乙两个电解池均以铂为电极，且互相串联，

19、甲池中盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池电极的质量增加2.16 g，乙池电极上析出0.24 g金属，则乙池中的溶质可能是()ACuSO4 BMgSO4CAl(NO3)3 DNa2SO4答案A解析根据阳离子放电顺序可知，在上述4个选项中只有CuSO4溶液中的Cu2电解时可以放电，从而在电极上析出；当转移0.02 mol电子时，乙池中析出铜的质量小于0.64 g，是因为电解过程中CuSO4不足，后来变成电解水，故A项正确。5用下图所示装置除去含CN、Cl废水中的CN时，控制溶液pH为910，阳极产生的ClO将CN氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A

20、用石墨作阳极，铁作阴极B阳极的电极反应式为Cl2OH2e=ClOH2OC阴极的电极反应式为2H2O2e=H22OHD除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O答案D解析由题意可知，废水中含有CN、Cl，溶液呈碱性，阳极产生ClO，所以电解池中阳极应该是Cl失电子，阳极不是活性电极，A正确；由题意可知阳极是Cl失电子生成ClO，又在碱性环境下，所以电极反应式为Cl2OH2e=ClOH2O，B正确；阴极是H2O得电子发生还原反应，2H2O2e=H22OH，C正确；因为是碱性环境，所以在反应物中不可能出现H，正确的离子方程式：5ClO2CNH2O=5Cl2CO2N22OH，D错误。

21、6电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是()A阳极反应为Fe2e=Fe2B电解过程中溶液pH不会变化C过程中有Fe(OH)3沉淀生成D电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原答案B解析电解时用铁作阳极，失去电子生成Fe2，Fe2将废水中的Cr2O还原为Cr3，A项正确；阴极反应式为2H2e=H2，溶液的pH变大，B项错误；电解过程中H在阴极放电，Fe2还原Cr2O时也消耗H，使溶液的pH升高， Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，

22、C项正确；根据电极反应式Fe2e=Fe2，可知每转移12 mol e生成6 mol Fe2，6 mol Fe2可还原1 mol Cr2O，D项正确。7在固态金属氧化物电解池中，高温电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是()AX是电源的负极B阴极的电极反应式是H2O2e=H2O2、CO22e=COO2C总反应可表示为H2OCO2H2COO2D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11答案D解析由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应，此极上得到电子，应为阴极，故X极为电源的负极，A、B项正确；C项，根据电极上的反应物和生成物，可知总反

23、应方程式正确；D项，因阳极电极反应式为2O24e=O2，结合电子得失相等，可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为21，错误。题组2电解的有关计算8用惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，阴极无气体逸出，则阴极上析出Cu的质量为()A0.64 g B1.28 g C2.56 g D5.12 g答案B解析用惰性电极电解CuSO4溶液，在阳极产生的气体为O2，由4OH4e=2H2OO2知，产生 0.010 0 mol的O2转移0.040 0 mol电子，则根据Cu22e=Cu可推出应析出0.020 0 mol的铜，其质量为1.28 g。9常温下用石墨作电极，

24、电解100 mL 0.1 molL1的Cu(NO3)2和0.1 molL1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L 时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是()A阴极增重1.4 g B所得溶液pH1C阴极增重0.64 g D所得溶液pH1答案B解析阴极可以放电的离子依次为0.01 mol Ag、0.01 mol Cu2，阳极可以放电的阴离子只有OH；当阳极生成1.12 L O2时，电路中通过电子：n(e)0.05 mol40.2 mol，此时Ag、Cu2已全部析出，质量：0.01 mol108 gmol10.01 mol64 gmol11.72 g；因为当

25、Ag、Cu2全部析出以后，相当于电解水，H不再增加，所以生成的H所带电荷与0.01 mol Ag、0.01 mol Cu2所带电荷相等；则溶液中生成：c(H)0.3 molL1，pH1。能力提升10电解的应用比较广泛，回答下列问题：(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_(填字母，下同)。aFe2O3 bNaClcCu2S dAl2O3(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_。a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c溶液中Cu2向阳极移动d利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属e若阳极质量减少64 g，

26、则转移电子数为2NAfSO的物质的量浓度不变(不考虑溶液体积变化)(3)如图为电解精炼银的示意图，_(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_。(4)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_；取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因为_。(5)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_(填化学式)溶液，阳极电极反应式为_，电解过程中Li向_(填“A”或“B”)电极迁移。(6)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、

27、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的_极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为_。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_。答案(1)bd(2)bdf(3)aNO2He=NO2H2O(或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2)(4)2Al3H2O6e=Al2O36HHCO与H反应放出气体，c(H)减小，平衡Al33H2O Al(OH)33H向右移动，产生Al(OH)3沉淀(5)LiOH2Cl2e=Cl2B(6)负4Al2Cl3e=Al7AlClH2解析(1)电解法适合冶炼Na、Mg、Al等强还原性金属，在熔融状态下，分别电解NaCl、Al2O3冶炼Na和Al。Fe和Cu的还原性较弱，用Fe2O3、Cu2S等冶炼相应金属时，采用加还原剂还原法。(2)以CuSO4溶液为电解质溶液电解精炼铜时，粗铜作阳极，发生氧化反应，纯铜作阴极，发生还原反应。Al、Zn、Cu在阳极被氧化，不活泼金属Au、Pt、Ag在阳极附近沉积，形成阳极泥，电解质溶液中Cu2向阴极移动，电解过程中，电能转化为化学能和热能，在溶液体积不变时，电解质溶液中c(SO)不变。阳极质量减少的64 g 包括Al、Zn及Cu，故当阳极质量减少64 g，电子转移数目不等于2NA。(3)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中