高中化学第1章第2节第2课时电解原理的应用学案含解析鲁科版选修.docx

第2课时电解原理的应用核心素养发展目标1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。一、电解原理的应用1电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)实验装置(2)实验现象阳极上有黄绿色有刺激性气味的气体产生，并能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色。阴极上有无色气体产生，阴极附近溶液变红色。(3)原理分析通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na、Cl、H、OH。通电后，Na、H移向阴极，Cl、OH移向阳极。阳极：离子放电顺序为ClOH，电极反应式为2Cl2e=Cl2；阴极：离子放电顺序为HNa，电极反应式为2H2e=H2。因H放电，导致水的电离平衡向右移动，故阴极区生成NaOH。(4)电解的总反应式化学方程式：2NaCl2H2OH2Cl22NaOH；离子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH。2铜的电解精炼(1)装置粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，常用电解的方法进行精炼。装置如下：(2)电极反应式阳极：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2。阴极：Cu22e=Cu。(3)电解精炼的结果粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子残留在溶液中，比铜不活泼的金属Ag、Au、Pt以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，阴极上得到纯铜。3电镀(1)电镀铜装置及分析电极反应式阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。可观察到的现象是铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度不变。(2)电镀的概念及电镀池的构成电镀是应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。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做电镀液；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，作为阴极。(1)工业电解饱和食盐水制取烧碱在氯碱工业中，采用了阳离子交换膜，阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na、H)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。(2)铜的电解精炼与电镀铜对比电解精炼铜电镀铜电极材料阴极精铜镀件阳极粗铜铜片电极反应式阳极Cu2e= Cu2等Cu22e= Cu阴极Cu2e=Cu2Cu22e= Cu电解质溶液浓度的变化c(Cu2)减少，比铜活泼的金属阳离子进入溶液电解质溶液成分及浓度均不变例1在铁片上镀锌时，下列叙述正确的是()将铁片接在电源的正极上将锌片接在电源的正极上在铁片上发生的反应是Zn22e=Zn在锌片上发生的反应是4OH4e=O22H2O可用Zn(NO3)2溶液做电解质溶液ABCD答案B解析根据电镀原理，铁片做阴极，接在电源的负极上，电极反应为Zn22e=Zn；锌片做阳极，接在电源的正极上，电极反应为Zn2e=Zn2；用含Zn2的溶液做电解质溶液，故正确。考点电解原理的应用题点电镀误区警示(1)一般电解池，H的放电能力强于Zn2，但在电镀条件下，由于溶液中c(Zn2)远大于c(H)，则在阴极上先放电的是Zn2。(2)以水溶液做电解质溶液不可能在阴极上镀上K、Ca、Na、Mg、Al等较活泼金属，因为在阴极上发生的反应是2H2e=H2。例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Fe2Ni2FeCuAgPt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。考点电解原理的应用题点电解精炼铜2利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是()A通电后，Ag向阳极移动B银片与电源负极相连C该电解池的阴极反应可表示为Age=AgD当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初答案C解析铜牌上镀银，银片为阳极，Ag向阴极移动，阴极反应为Age=Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，Cu比Ag活泼，首先失电子成Cu2进入溶液，铜牌不可能恢复如初。考点电解原理的应用题点电镀3如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是()A装置中出口处的物质是氯气，出口处的物质是氢气B该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过C装置中发生反应的离子方程式为2Cl2HCl2H2D该装置是将电能转化为化学能的装置答案C解析由图看出处为电解池阳极，产生氯气，处为电解池阴极，产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。考点电解原理的应用题点氯碱工业电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气4某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa为正极，b为负极；NaClO和NaClBa为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；HClO和NaClDa为阴极，b为阳极；HClO和NaCl答案B解析有关反应有2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，因阳极生成Cl2，阴极生成NaOH，为使二者充分反应，Cl2应在下端产生，从而推知电源b为正极，a为负极，消毒液的主要成分是NaClO和NaCl。考点电解原理的应用题点电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气5电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板做阴、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12mol电子，最多有1molCr2O被还原答案B解析电解时用铁做阳极，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变大，Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，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1molCr2O，D项正确。考点电解原理的应用题点电解法在处理废水中的应用6利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A氯碱工业中，X电极的电极反应式是4OH4e=2H2OO2B电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2浓度不变C在铁片上镀铜时，Y是纯铜D制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁答案D解析Y为电解池的阴极，X为电解池的阳极。氯碱工业中阳极上Cl放电生成Cl2，A项错误；电解精炼铜时，阳极上比铜活泼的金属也会溶解，而阴极上只有Cu2放电，故溶液中Cu2浓度变小，B项错误；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极应该是纯铜，C项错误；采用电解法制取金属镁时，是电解熔融的氯化镁，D项正确。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合7如图A为直流电源，B为浸透饱和NaCl溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后发现B上的c点显红色，为实现铁上镀铜，接通K后，使c、d两点短路，下列叙述正确的是()Aa为直流电源的负极Bc极上发生的反应为2H2e=H2Cf电极为铜板De极发生还原反应答案B解析K断开时，接通电路后，B上的c点显红色则证明c极为电解池的阴极，电极反应式为2H2e=H2；a为直流电源的正极，C为电镀槽，e为阳极，f为阴极，f电极为铁，e电极为铜，且发生氧化反应。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合8氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是()A电解池的阴极反应式为2H2O2e=H22OHB通入空气的电极为负极C电解池中产生2molCl2时，理论上燃料电池中消耗0.5molO2Da、b、c的大小关系为abc答案A解析题给电解池的阴极反应式为2H2O2e=H22OH，阳极反应式为2Cl2e=Cl2，A项正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B项错误；由整个电路中得失电子守恒可知，电解池中产生2molCl2，理论上转移4mole，则燃料电池中消耗1molO2，C项错误；题给燃料电池的负极反应式为2H24e4OH=4H2O，正极反应式为O24e2H2O=4OH，所以a、b、c的大小关系为cab，D项错误。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合题组二电解的有关计算9在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是()A1.12LH2B1.12LO2C2.24LH2D2.24LO2答案D解析溶液中有Cu2、H及SO、OH四种离子，得电子能力：Cu2H，失电子能力：OHSO，阴极反应为2Cu24e=2Cu，阳极反应为4OH4e=2H2OO2，总反应为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2。n(Cu)0.2mol，n(O2)0.1mol，在标准状况下体积为2.24L，D正确。考点电解的有关计算题点电解产物的相关计算10用含少量银和锌的粗铜做阳极，纯铜片做阴极，CuSO4溶液做电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了xg，则()A电解液质量增加xgB阴极质量增加xgC阴极质量增加bg，bxD阴极质量增加bg，bM(Cu)，且还有一部分Ag要落入阳极泥，所以阳极溶解的金属的质量大于阴极析出铜的质量，即bx，所以B、C项错误，D项正确；若阴极析出铜的质量为bg，阳极落入阳极泥的Ag的质量为mg，则电解质溶液增加的质量为(xmb) g，A项错误。考点电解的有关计算题点电解产物的相关计算11用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为()A0.4molB0.5molC0.6molD0.8mol答案D解析将Cu(OH)2改写为CuOH2O，根据CuOH2O知，阳极上OH放电生成O2，阴极上Cu2和H放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)nCu(OH)20.2mol，则转移电子的物质的量为0.2mol40.8mol，故D正确。考点电解的有关计算题点电解质溶液复原的相关计算12将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2和0.6molKCl溶于水配制成100mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一极上析出0.3molCu，此时在另一极上生成的气体体积(标准状况)为()A4.48LB5.6LC6.7LD7.8L答案B解析由于AgCl=AgCl，故溶液中溶质为0.4molCu(NO3)2、0.2molKNO3和0.4molKCl，当一极上析出0.3molCu时，电路中转移0.6mol电子，根据得失电子守恒可知，此时溶液中0.4molCl全部转化为0.2molCl2，并有0.2molOH失去电子生成0.05mol氧气，则共生成气体0.25mol，在标准状况下的体积为5.6L。考点电解的有关计算题点电解质混合溶液的相关计算13如图为相互串联的甲、乙两个电解池，请回答：(1)甲池为用电解原理精炼铜的装置，A极材料是_，电极反应为_，B极材料是_，电解质溶液为_。(2)乙池中滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈_色，电极反应为_。(3)反应中甲池阴极增重12.8g，则乙池阳极放出的气体在标准状况下的体积为_。此时乙池剩余液体为400mL，则电解后得到的溶液中c(OH)为_。(4)若将乙中的石墨电极改为银电极，NaCl溶液改为AgNO3溶液，则乙池为_装置，电解一段时间后，溶液的浓度_，现象是_。答案(1)纯铜Cu22e=Cu粗铜硫酸铜溶液(2)红2H2e=H2(3)4.48L1molL1(4)电镀不变铁表面附着一层光亮的金属解析(1)电解精炼铜时阴极是纯铜，发生反应Cu22e=Cu；阳极是粗铜，发生反应Cu2e=Cu2等，电解质溶液是含Cu2的盐溶液。(2)乙池中Fe做阴极，发生反应2H2e=H2。(3)甲池阴极发生反应Cu22e=Cu，当阴极增重12.8g时电路中通过了0.4mol电子，乙池阳极发生反应2Cl2e=Cl2，产生0.2molCl2。乙池中发生的总反应为2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，当转移0.4mol电子时，产生的n(OH)0.4mol，则c(OH)1molL1。(4)考查电镀池，阳极为镀层金属，阴极为镀件，电镀液含镀层金属离子。考点电解原理的应用题点电解原理应用的综合14电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：(1)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_。(2)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。(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体做电解液时，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_。若改用氯化铝水溶液做电解液，则阴极产物为_。答案(1)aNO2He=NO2H2O(或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2)(2)LiOH2Cl2e=Cl2B(3)负4Al2Cl3e=Al7AlClH2解析(1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银做阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO2He=NO2H2O，或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2。(2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B区产生H2，电极反应式为2H2e=H2，剩余OH与Li结合生成LiOH，所以B极区电解液为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl2e=Cl2，电解过程中Li向B电极迁移。(3)在钢制品上电镀铝，故钢制品做阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“