2020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案新人教版选修4.docx

第2课时电解原理的应用明确学习目标1.了解电解在氯碱工业中的应用。2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。一、电解饱和食盐水1装置、现象及电极反应式2解释放电顺序：HNa ClOH3总反应式化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。二、电镀1定义电镀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。2电镀池的构成(往铁件上镀铜)(1)阴极材料：Fe，电极反应式：Cu22e=Cu；(2)阳极材料：Cu，电极反应式：Cu2e=Cu2；(3)电解质溶液：CuSO4溶液。3电镀的目的主要是增强金属抗腐蚀能力，增强美观和表面硬度。三、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。Mnne=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、镁、铝等活泼金属。3电解熔融的氯化钠阳极反应式：2Cl2e=Cl2；阴极反应式：2Na2e=2Na；总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2。1用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl溶液，如何通过实验现象判断阴、阳两极？提示：2若把铁件上镀铜的阴极材料换为小块精铜，阳极材料换为粗铜，能否通过电解方法由粗铜制精铜？提示：能。阴极反应式为Cu22e=Cu，而粗铜作阳极，比铜活泼的金属成为阳离子进入溶液，但不会在阴极上得电子成为单质(因Cu2得电子能力比它们要强)，不如Cu活泼的金属不失电子，会随Cu的消耗从粗铜上脱落沉入阳极区，成为阳极泥。这样阴极上就得到纯铜。3为什么工业上用电解熔融Al2O3，而不是AlCl3的方法制铝？提示：AlCl3是共价化合物，熔融时不导电。一、电解饱和食盐水1工业电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH移向阳极，以使NaOH在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两溶液分开，使阳离子能透过阳离子交换膜，而阴离子和气体分子不能通过。如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示。2粗盐中的SO能影响NaOH的纯度而Mg2、Ca2在电解过程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2会堵塞阳离子交换膜，因此粗盐要进行提纯精制后才用于电解。除去食盐中Ca2、Mg2、SO的方法(精制食盐水)： 即时练1关于电解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，溶液呈黄褐色C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性答案B解析用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，发生的反应是2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，故电解一段时间后电解液呈碱性。电解时，阳极发生氧化反应：2Cl2e=Cl2，在阳极附近的溶液中滴入KI溶液时，发生反应2I2e=I2，故溶液呈黄褐色；阴极发生还原反应：2H2e=H2，因而阴极附近的溶液呈碱性，滴入酚酞试液变红。2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装置出口处的物质是氯气B出口处的物质是氢气，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2Cl2HCl2H2D该装置是将电能转化为化学能答案C解析出口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2Cl2H2OCl2H22OH，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。规律方法用惰性电极电解电解质水溶液的规律首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后确定阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式，根据两极的电极反应式写出总反应方程式。如：电解饱和食盐水，就是由外接直流电源、两个惰性电极(一般用石墨棒)，NaCl饱和溶液作电解质溶液，线路闭合后形成电解池，溶液中的Cl、OH移向阳极，Cl放电能力强，失去电子产生Cl2，溶液中H、Na移向阴极，H放电能力强，得到电子产生H2，由于H是H2O电离出来的，因而导致阴极附近OH浓度增大，故电解饱和氯化钠溶液，阴极产物是H2和NaOH，阳极区产生的是Cl2。二、电镀 1电镀池的构成电镀过程中，电镀液的浓度不发生变化。2电解精炼铜(粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质)(1)构造(2)粗铜中杂质的去向粗铜中的Zn、Fe比Cu先失电子转变为Zn2、Fe2进入电解质溶液中；而比Cu不活泼的Ag、Au不失电子，在Cu大量消耗时，Ag、Au从粗铜板上脱落在阳极区形成阳极泥。因此，电解液CuSO4的浓度变小，ZnSO4、FeSO4在电解液中逐渐增多。即时练3若在铜片上镀银，下列叙述正确的是()将铜片接在电源的正极上将银片接在电源的正极上在铜片上发生的反应是Age=Ag在银片上发生的反应是4OH4e=O22H2O需用硫酸铜溶液为电镀液需用硝酸银溶液为电镀液A BC D答案B解析若在铜片上镀银，铜作阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作阳极与电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，错误；将银片接在电源的正极上，正确；在铜片上发生的反应是Age=Ag，正确；铜片上镀银，银为阳极，在银片上发生的反应是：Age=Ag，错误；用硫酸铜溶液为电镀液，阴极析出铜，错误；需用硝酸银溶液为电镀液，正确。4电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液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试液，则电解池中X极上的电极反应式为_。Y电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。该反应的总反应方程式是_。(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是_，电极反应式是_。Y电极的材料是_，主要电极反应式是_。答案(1)2H2e=H22Cl2e=Cl2 把湿润的KI淀粉试纸放在Y电极所在一侧的支管口处，试纸变蓝色2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(2)精铜Cu22e=Cu粗铜Cu2e=Cu2解析(1)X为阴极：2H2e=H2。Y为阳极：2Cl2e=Cl2，用湿润的KI淀粉试纸可检验Cl2。(2)精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极。规律方法电镀和电解精炼铜的规律(1)电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu强的金属(如Zn、Ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。(4)电解精炼铜时，Cu2的浓度会减小。三、电冶金 1电解熔融的MgCl2阳极反应式：2Cl2e=Cl2阴极反应式：Mg22e=Mg总反应：MgCl2(熔融)MgCl22电解熔融的Al2O3阴极反应式：4Al312e=4Al阳极反应式：6O212e=3O2总反应：2Al2O3(熔融)4Al3O2工业上，为降低Al2O3的熔点，常加入Na3AlF6(冰晶石)，电解熔融Al2O3使用的电极材料均为碳棒，阳极产生的O2会与C反应，故阳极材料需定期补充。即时练5下列有关电解应用的说法中错误的是()A电解熔融Al2O3可得到金属铝B电解熔融NaCl或饱和NaCl溶液可制得单质钠C利用电解法可在铁表面镀上一层均匀光滑的银D利用电解原理可除去粗铜中的杂质得到高纯度的铜答案B解析电解NaCl溶液时无法制取单质钠，得到的是氢氧化钠。6在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是()A都是轻金属 B都是活泼金属C成本低廉 D化合物熔点较低答案B解析金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活动性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解方法。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。本章归纳总结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解析电解熔融的氧化铝制取金属铝，应该用石墨作阳极，如果用铁作阳极，因铁的失电子能力比O2强，就变成铁放电而不是O2放电。2下列叙述中正确的是()A用铂电极电解稀的NaOH溶液，一段时间后，溶液中溶质的质量分数不变B用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极C用惰性电极电解100 mL饱和食盐水，生成112 mL氢气(标准状况)时，氢氧根离子浓度约为0.05 mol/L(假定溶液体积仍为100 mL)D铜锌原电池工作时，正极从外电路得到电子答案D解析电解NaOH溶液实际是电解H2O，一段时间后，溶液中溶质的质量分数增大，A错误。用电解法精练粗铜时，用粗铜作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液作电解液，B错误。2NaCl2H2O2NaOHH2Cl221x0.005 mol得：x0.01 mol因此OH浓度为0.1 mol/L，C错误。3下列关于用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水的叙述错误的是()A精制饱和食盐水进入阳极室B纯水(加少量NaOH)进入阴极室C阴极产物为氢氧化钠和氢气D电解槽的阳极用金属铁网制成答案D解析用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水时，Cl在阳极放电，H2O电离出的H在阴极放电，因此食盐水和纯水(含少量NaOH)分别进入阳极室和阴极室，A、B正确；在阴极H放电，生成H2的同时，产生大量OH，故H2和NaOH为阴极产物，C正确；电解槽的阳极材料用惰性材料，不能用非惰性材料铁网，D错误。4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()AAg和AgCl溶液 BAg和AgNO3溶液CPt和Ag2CO3溶液 DPt和Ag2SO4溶液答案B解析在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极，镀层金属银作阳极，电镀液是含有银离子的可溶性的盐溶液硝酸银即可。5下列叙述正确的是()A在原电池的负极和电解池的阴极上发生的都是氧化反应 B实验室用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴、阳两极收集到的气体体积之比为12C电解稀硫酸溶液，可能发生反应：CuH2SO4CuSO4H2D在铜的电解精炼过程中，电解质CuSO4溶液中Cu2浓度始终保持不变答案C解析选项A，电解池的阴极发生的是还原反应。选项B，用惰性电极电解Na2SO4溶液，其实质是电解水，阴极产生H2，阳极产生O2，其体积之比为21。选项C，用Cu作电极电解稀硫酸可发生反应：CuH2SO4CuSO4H2。选项D，因粗铜中的杂质也可能失去电子，所以粗铜减少的铜的质量与阴极析出铜的质量不等，溶液中的Cu2浓度会减小。6如图所示，当线路接通时，发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a端显蓝色，b端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两电极不发生变化。填写下列空白：(1)甲、乙分别是什么装置_、_。(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料和电极反应式：_。答案(1)原电池电解池 (2)A极(负极Zn)