化学反应原理专题1第二单元第4课时

1、第4课时电解原理的应用目标导航1.理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会书写电极反应式及化学方程式。2.学会电解的有关计算。一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气1现象(装置如图)(1)阳极：产生黄绿色气体。(2)阴极：产生无色气体，附近溶液变红。2原理分析及电极反应电解时U形管中，Cl、OH移向阳极，H、Na移向阴极。(1)阳极离子放电顺序：ClOH，电极反应：2Cl2e=Cl2(氧化反应)。(2)阴极离子放电顺序：HNa，电极反应：2H2e=H2(还原反应)。3化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2。离子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH。思考用惰性电

2、极电解饱和食盐水一段时间，电解后的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？答案电解饱和食盐水，阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应： Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，NaClO具有漂白性。二、铜的电解精炼(粗铜含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等)1装置与原理阳极材料用粗铜，阴极材料用纯铜，电解质溶液用硫酸酸化的硫酸铜溶液。2电解特点电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn2、Fe2、Ni2、Cu2，阴极得到精铜。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。如Mnne=M。(2)电解熔融的氯化

3、钠可制取金属钠：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na；电解反应：2NaCl(熔融)2NaCl2。四、电镀(1)根据图示，书写电极反应式：阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。(2)电镀的概念是应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(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)电镀的目的主要是增强材料抗腐蚀能力，也有许多电镀是为了美观或增加表面硬度。练一练1臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，

4、其中高压放电法和电解纯水法原理如下图所示，下列有关说法不正确的是()A高压放电法，反应的原理为3O22O3B高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物C电解时，电极b周围发生的电极反应有3H2O6e=O36H和2H2O4e=O24HD电解时，H由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b答案D解析高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为3O22O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观察上图电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极，同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极

5、，电解质中的阳离子移向阴极，故D项错误。2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pH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 gmol10.05

6、4 g54 mg。3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(标准状况下)，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的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH失去0.4 mol电子而生成，H2是由H得到0.2 mol电子而生成。由得失电子守恒知，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。一、电解原理的应用1工

7、业电解饱和食盐水制取烧碱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，而阴离子不能通过。如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，溶液A的溶质是NaOH。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纯铜镀件阳极粗铜纯铜电极反应式阳极 Cu2e=Cu2等Cu2e=Cu2阴极Cu22e=CuCu22e=Cu电解质溶液浓度的变化 Cu2减少，粗铜中比铜活泼的金属阳离子进入电解质溶液成分及浓度均不变例1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电解时以精铜作阳极

8、B电解时阴极发生氧化反应C粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu2e=Cu2D电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错；阳极与电源的正极相连发生氧化反应，阴极与电源的负极相连发生还原反应，故B错；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错；金属的活动性顺序为ZnFeCuAgPt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式沉积下来，故D对。答案D反思感悟金属电解精炼时，溶液中增加较活泼的金属阳离子，被提纯金属阳离子的浓度减少。变式训练1某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如右图)。通电后，B极上有大量气泡产生，溶液中产生大量的Fe

9、(OH)2白色沉淀，且较长时间不变色。A极电极材料是_(填化学式)，B电极上的电极反应式为_。答案Fe2H2e=H2解析电解法制备Fe(OH)2时，采用金属Fe作阳极，其电极反应为Fe2e=Fe2；阴极材料可以是铁也可以是其他材料，其电极反应为2H2e=H2，阴极生成碱与Fe2结合成 Fe(OH)2沉淀。二、有关电解计算的三种常用方法例2用铂电极电解50 mL CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 molL1)，当阴极析出9.6 g固体时，阳极产生标准状况下氧气_L。解析阴极电极反应为Cu22e=Cu,9.6 g Cu的物质的量为0.15 mol，得电子0.3 mol，阳极电极反应为2

10、Cl2e=Cl2，4OH4e=2H2OO2，生成Cl2为0.05 L2 molL10.1 mol，Cl最多能失去电子0.05 L2 molL120.2 mol。根据电子守恒知必有氧气生成，所以4n(O2)2n(Cl2)0.3 mol，n(O2)0.025 mol，则产生氧气标准状况下的体积为0.025 mol22.4 Lmol10.56 L。答案0.56归纳总结电解计算的三种常用方法(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路中各电极产物的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据总反应方程式计算：先写电极反应式，再写总反应方程式，最后根据总反应方程式计算。(3)根据关系式计算：根据电子得失相

11、等找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。关键提醒(1)电解过程中产生的H或OH，其物质的量等于转移电子的物质的量。(2)进行电解计算时，要注意电极放电顺序，确定不同阶段的电极反应。变式训练2将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。(1)当有1.0103 mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是_。(2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液的pH是_。答案(1)0.032 g(2)3解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应式为阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O。当有1.0103

12、mol的OH放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，此时转移电子为1.0103 mol，则在阴极上析出Cu：0.032 g。(2)阳极：4OH4e=2H2OO24 mol 1 moln n1.0103 mol，消耗1.0103 mol OH，生成1.0103 mol H则c(H)1.0103 molL1pHlgc(H)lg(1.0103)3。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

13、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关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极)，下列叙述正确的是()A若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色B若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色C电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠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解析电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2对照分析选项，C错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：C

14、l22I=I22Cl，溶液呈棕黄色，B正确；阴极附近产生大量的OH，滴加酚酞后会变红，A错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。3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。4三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解

15、。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法不正确的是()A可用铁作阳极材料B电解过程中阴极附近溶液的pH升高C阳极反应方程式为2Cl2e=Cl2D1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol 电子答案A解析由题意知电极反应，阳极：2Cl2e=Cl2，阴极：2H2e=H2，阴极溶液呈碱性，pH升高，故A错误，B正确；由Ni2Ni3，失去1 mol e，外电路中转移1 mol e，即Cl失去1 mol e，H得到1 mol e。5以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，则阴极上析出铜的质量为()A0.6

16、4 g B1.28 g C2.56 g D5.12 g答案B解析2CuSO42H2O2CuO2 2H2SO4 0.020 0 mol 0.010 0 molm(Cu)0.020 0 mol64 gmol11.28 g。 基础过关一、电解饱和食盐水1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

17、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，为使二者充分作用，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NaCl、NaClO。2某溶液中含有溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31。用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A阴极只析出H2B阳极先析出Cl2，后析出O2C电解最后阶段为电解水D溶液pH不断增大，最后为7答案D解析电解质溶液中，n(Na)n(Cl)n(SO)331，开始电解产生H2和Cl2，之后相当于

18、电解NaCl，生成OH，最后相当于电解水，因而pH7，阴极只生成H2。三个阶段分别为电解HCl、NaCl、H2O。二、电镀3观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是()A装置工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属，此法也可用于生产活泼金属镁、铝等B装置中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小C装置中的离子交换膜允许阳离子、阴离子和小分子水通过D装置的待镀铁制品应与电源正极相连答案B4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Ag2SO

19、4溶液答案B解析电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳极溶解提供镀层金属，也可用惰性电极材料作阳极，镀层金属则由电镀液提供；电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，由于A、C、D中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀，只有B项符合要求。三、电解冶炼金属5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，只能用电解方法制备。由于钠

20、、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。6火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时()A粗铜接电源负极B纯铜作阳极C杂质都将以单质形式沉积到池底D纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子为0.08 mol答案D解析电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，A、B不正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银则以单质形式沉积到池底，C不正确；n(e)20.08 mol，D正确。四、电解的有关计算7用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供给0.2 mol电子时停止通电。若此时溶液体积为2 L，则所得电解液的pH

21、是()A1 B8 C13 D14答案C解析电解食盐水时供给0.2 mol电子，则消耗的H为0.2 mol，同时产生OH 0.2 mol，已知溶液的体积为2 L，则pH13。8在水中加等物质的量的Ag、Ba2、Na、SO、NO、Cl，将所得溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为()A35.5108 B16207C81 D10835.5答案C解析溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀：AgCl=AgCl、Ba2SO=BaSO4，最后溶液就成了NaNO3溶液；而电解NaNO3溶液，实质就是电解水，电解方程式为2H2O2H2O2。氧化产物和还原产物的质量之比为m

22、(O2)m(H2)(1 mol32 gmol1)(2 mol2 gmol1)81，则C项正确。9将含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液 1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到 0.3 mol 铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是()A5.6 L B6.72 LC13.44 L D11.2 L答案A解析阴极：0.3 mol Cu2得到0.6 mol电子阳极：失去的电子数也应为0.6 mol2Cl2e=Cl204 mol 0.4 mol 0.2 mol4OH4e=2H2OO2 0.2 mol 0.05 mol得到Cl2和O2共0.25 mol，标

23、况下的体积为5.6 L。10常温下用石墨作电极，电解100 mL 0.1 molL1的Cu(NO3)2溶液和0.1 molL1的AgNO3溶液组成的混合溶液，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pH1答案B解析阴极可以放电的金属离子依次为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

24、.72 g。因为当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。则溶液中生成的H浓度为c(H)0.3 molL1，pH1。当阴极生成 1.12 L H2时，表明Ag、Cu2已经放电完全。阴极增重、溶液pH与以上相等。能力提升11右图是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。(1)a电极的名称是_。(2)电解过程中观察到的现象是_。(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是_。(4)电解的总反应离子方程式为_。(5)若将b电极换成铁电极，写出在电解过程中U形管底部出现的

25、现象：_。答案(1)阴极(2)两极均有气泡产生；a极区溶液变成红色；b极液面上气体为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色(3)用湿润的淀粉KI试纸检验，变蓝则是Cl2(4)2Cl2H2OCl2H22OH(5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色解析根据电子的流向，可以判断a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极。因此，a极是电解池的阴极，b极为阳极，产物为Cl2，检验Cl2的物质是湿润的淀粉KI试纸。当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出H2后剩余的OH结合，首先生成Fe(OH)2沉淀，然后转化为Fe(OH)3沉淀。12铝和氢氧化钾都是重要的工业产

26、品。请回答：(1)工业冶炼铝的化学方程式是_。(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_。(3)工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。该电解槽的阳极反应式是_。通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_。除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口_(填“A”或“B”)导出。答案(1)2Al2O3(熔融)4Al3O2(2)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)4OH4e=2H2OO2H放电，促进水的电离，OH浓度增大B解析(1)、(2)问主要考查教材的基础知识，应该属于易得分的题目，(3)中根据

27、电解原理，阳极应是OH失电子，所以电极反应式为4OH4e=2H2OO2，而阴极为H放电，促进水的电离，使OH浓度增大，所以pH增大，根据阳离子交换膜的特点，K可从阳极区进入阴极区和OH组成KOH，从而可在阴极区得到纯的KOH溶液，故液体应从B口导出。13电解原理在化学工业中有着广泛的应用。某电解池装置如右图所示，其中a为电解液，X和Y均为惰性电极，则：(1)若a为CuSO4溶液，则电解时的化学反应方程式为_。(2)若电解含有0.04 mol CuSO4和0.04 mol NaCl 的混合溶液400 mL，当阳极产生 672 mL(标准状况)气体时，溶液的pH_(假设电解后溶液体积不变)。答案(

28、1)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4(2)1解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极OH放电，阴极Cu2放电，故电解时既电解溶质又电解溶剂，由此可得电解反应式。(2)电解混合溶液时，阳极上Cl先放电，2Cl2e=Cl2，0.04 mol Cl只能生成0.02 mol Cl2，即448 mL，转移0.04 mol电子，现共生成672 mL气体，说明还有224 mL气体来自于水的电解，根据反应4OH4e=2H2OO2可知又转移0.04 mol电子，故电解过程中阴极共转移0.08 mol电子。阴极上Cu2先放电，电极反应式为Cu22e=Cu，现有0.04 mol Cu2，恰好完全电解

29、，由此可得整个电解过程中消耗了0.04 mol OH，根据水的电离可知溶液中H的物质的量为0.04 mol，则c(H)0.1 molL1，pH1。14下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到 336 mL (标准状态)气体。回答：(1)直流电源中，M为_极。(2)Pt电极上生成的物质是_，其质量为_g。(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2_。(4)AgNO3溶液的浓度_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH_，硫酸的浓度_，硫酸的pH_。答案(1)正(2)Ag2.16(3)21(4)不变不变增大减小解析(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O2H2O2，V(H2)V(O2)2