高中化学 第四章 电化学基础 4.3 电解池第2课时电解原理的应用导学案 新人教版选修4

1、第2课时电解原理的应用1.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼和电冶金的原理，并能正确书写电极反应式和总反应方程式。2学会利用守恒法、关系式法进行电解的相关计算。电解原理的应用1氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。(1)电极反应式(并注明反应类型)阳极：2cl2e=cl2(氧化反应)；阴极：2h2e=h2(还原反应)。(2)总反应式：2nacl2h2o2naohcl2h2。其中阴极反应中的h是由水电离产生的。2电镀(1)电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀3电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)(1)粗铜作阳极，主要的电极反应为cu2e=

2、cu2；纯铜作阴极，电极反应为cu22e=cu；电解质溶液为cuso4溶液。(2)活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。4电冶金制取金属k、na、ca、mg、al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极：2na2e=2na，阳极：2cl2e=cl2，总反应式：2nacl(熔融)2nacl2。(1)电解法制取钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液。(2)工业上用电解熔融mgcl2而不是mgo的方法制mg；用电解熔融al2o3而不是alcl3的方法制al。1判断正

3、误(正确的打“”，错误的打“×”)。(1)在镀件上电镀铜时，可用金属铜作阳极。()(2)电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变。()(3)电解精炼铜时，用纯铜作阳极，粗铜作阴极。()(4)工业上用电解熔融氧化镁的方法制取mg。()(5)用u形管做电解饱和食盐水的实验，通电前在u形管的两端滴加几滴石蕊试液，通电后阳极处溶液变蓝。()答案：(1)(2)×(3)×(4)×(5)×2下列有关电化学的图示，完全正确的是()答案：a1电解饱和食盐水阴极区溶液呈碱性的原因放电的h来源于水，在阴极上得电子而生成h2，破坏了水的电离平衡，促进了水的电离，溶液中c(o

4、h)c(h)，使阴极区溶液呈碱性。2阳极泥：电解精炼铜时，活泼性比cu强的金属(如锌、铁等)先于铜放电，以金属阳离子的形式进入溶液。粗铜中的银、金等活泼性差的金属不放电，以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。3原电池、电解池、电镀池的判断方法(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。(2)若装置中有外加电源，且两电极插入电解质溶液中并构成闭合回路，则该装置为电解池或电镀池，电解质溶液中含有阳极金属离子的即为电镀池，否则为一般电解池。4电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极

5、材料镀件纯铜阳极反应cu2e=cu2zn2e=zn2、cu2e=cu2等阴极反应cu22e=cucu22e=cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液浓度保持不变反应后硫酸铜溶液中混有zn2等，cu2浓度减小(1)电镀池中，电解液的浓度不变；精炼池中，电解液的浓度减小。(2)h的放电能力大于fe2、zn2，但在电镀条件下，由于溶液中c(fe2)或c(zn2)远远大于c(h)，则在阴极上先放电的是fe2或zn2，因此，阴极上的主要产物为fe或zn。某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，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

6、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_。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

7、。(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。答案(1)负极h22e2oh=2h2o(2)阳极铁极(3)减小cu22e=cu(1)写出上述例题中乙池电解的总反应方程式：_。(2)若上述例题甲池中消耗标准状况下的氢气11.2 l，则丙池中理论上应析出铜的质量为_。答案：(1)2nacl2h2o2naohcl2h2(2)32 g氯碱工业1工业上电解食盐水的阴极区产物是()a氯气b氢气和氯气c氢气和氢氧化钠 d氯气和氢氧化钠解析：选c。用惰性电极电解食盐水

8、时，阴极反应式：2h2e=h2，破坏水的电离平衡，阴极区域oh与na结合成naoh。2.如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，往蛋壳中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、氢氧化钠溶液接触解析：选d。由题图可知，蛋壳表面的铁丝为阴极，发生反应：2h2e=h2，石墨棒为阳极，发生反应：2cl2e=cl2，故往蛋壳中滴加酚酞，溶液不会变红。铁丝为阴极，不发生反应，附近h发生还原反应。电镀、电解精炼和电冶金3关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()a

9、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解析：选d。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，若有比铜活泼的金属杂质如锌，则阳极还会发生zn2e=zn2的反应。4(2017·承德高二测试)在铁制品上镀一定厚度的锌层，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，溶液中含有锌离子解析：选a。电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。5海

10、水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是()a两个电极必须都用惰性电极b阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极c电解熔融状态的氯化镁d电解氯化镁的水溶液解析：选c。电解mgcl2获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极时会优先失电子，所以阳极必须用惰性电极。电解的相关计算1计算的原则(1)阳极失去的电子数阴极得到的电子数。(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3)电源输出的电子总数和电

11、解池中转移的电子总数相等。2计算的方法(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：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)根据关系式计算：根据得失电子守恒的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。电解计算时常用的定量关系为4e4h4oh2h2o22cu4ag。3计算的步骤首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)；其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。将含有0.4 mol cus

12、o4和0.2 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 cu，另一个电极上析出气体在标准状况下的体积为()a4.48 lb5.6 lc6.72 l d13.44 l解析阴极反应为cu22e=cu，因为反应的n(cu2)0.3 mol，总n(cu2)0.4 mol，说明cu2过量，阴极共得到0.6 mol电子。由电子守恒可知，阳极应失去0.6 mol电子。阳极：首先2cl2e=cl2，因为0.2 mol cl只能失去0.2 mol电子，另外0.4 mol电子只能由水电离出的oh失去，故阳极反应还有4oh4e=2h2oo2，则阳极共放出气体体积为(0

13、.1 mol0.1 mol)×22.4 l/mol4.48 l。答案a对于上述例题中的反应：(1)若不考虑电解质溶液体积的变化，此时溶液中c(h)为_。(2)若电极上得到0.1 mol cu时不再电解，加入_能使电解质溶液复原，其物质的量是_。答案：(1)0.4 mol·l1(2)cucl2 0.1 mol电解的有关计算1把两个惰性电极插入500 ml的agno3溶液中，通直流电电解。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()a27 mgb54 mgc108 mg d216 mg解析：选b

14、。首先应弄清楚两极的反应。阳极：4oh4e=o22h2o；阴极没有氢气析出，则阴极反应为age=ag。oh的消耗导致了h的增加，增加量大约为1×103 mol/l×0.5 l5×104 mol，即转移电子数为5×104 mol，析出银的质量为5×104 mol×108 g/mol0.054 g54 mg。2把分别盛有熔融的kcl、mgcl2、al2o3的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为()a123 b321c631 d632解析：选d。该题考查了电解中转移电子的物质的量与析出金属的化合价及物质

15、的量的关系。在氯化钾、氯化镁、氧化铝中k、mg、al分别为1价、2价、3价，在串联电路中，相同时间通过的电量相同，当都通过6 mol电子时，析出k、mg、al的物质的量分别为6 mol、3 mol、2 mol，则n(k)n(mg)n(al)632。3用石墨电极电解100 ml h2so4和cuso4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 l气体(标准状况下)，原混合溶液中cu2的物质的量浓度为()a1 mol/l b2 mol/lc3 mol/l d4 mol/l解析：选a。根据题设条件，两极上的电极反应式为阴极：首先cu22e=cu，然后2h2e=h2；阳极：4oh4e=2h2oo

16、2。既然阴极上收集到h2，说明cu2已完全放电，根据电子守恒，阴极上cu2、h得电子总数应等于oh失电子总数。放出0.1 mol h2获得0.2 mol电子，放出0.1 mol o2失去0.4 mol电子，所以有0.1 mol cu2放电，得到0.2 mol电子，c(cu2)0.1 mol/0.1 l1 mol/l。 重难易错提炼1.电解饱和食盐水的化学方程式为2nacl2h2o2naohh2cl2，其中阳极产物为cl2，阴极产物为naoh和h2。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。

17、4电解熔融al2o3制取铝，电解熔融nacl制取钠，电解熔融mgcl2制取镁。课后达标检测基础巩固1下列关于铜电极的叙述中，正确的是()a锌铜原电池中铜作正极b用电解法精炼粗铜时，纯铜作阳极c在镀件上电镀铜时可用金属铜作阴极d电解稀硫酸制h2、o2时，铜作阳极解析：选a。锌铜原电池中铜不如锌活泼，应作正极，a项正确；用电解法精炼铜时粗铜作阳极，铜不断溶解，cu2在阴极得电子生成cu，b项不正确；电镀铜时铜作阳极，c项不正确；电解稀硫酸制h2、o2时，若铜作阳极，则失电子的是铜，不能得到氧气，d项不正确。2下列关于工业冶金的描述中不正确的是()a电解熔融的氧化铝制取金属铝，阳极反应式为2o24e

18、=o2b电解熔融mgo制镁c电解冶炼金属钠与电解饱和食盐水的阳极产物相同d在镀件上镀锌，用锌盐(如硫酸锌)溶液作电镀液解析：选b。电解熔融氧化铝时，氧离子在阳极失电子生成氧气，故a正确；电解熔融氯化镁制镁，故b错；电解冶炼金属钠与电解饱和食盐水的阳极反应都是2cl2e=cl2，故c正确；电镀锌时，溶液中的锌离子在镀件上得电子而析出，所以电镀液需要选用锌盐溶液，故d正确。3电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：阳极质量减小阴极质量增加电解过程中cu2浓度不变则可选用的电极是()a石墨作阳极，铁作阴极b粗铜(含fe、ni、zn)作阳极，纯铜作阴极c纯铜作阳极，铁作阴极d铁作阳极，纯铜作阴极解析：选c。

19、本题中所述的电解过程实际就是电镀过程：阳极质量减少，必须用金属电极作阳极，则a选项不符合题意；由于cu2的放电能力比h的大，阴极质量增加，但是要使cu2浓度不变，则阳极必须用纯铜，所以选c。421世纪是钛的世纪。在8001 000 时电解tio2可制得钛，装置如图所示。下列叙述正确的是()aa为电源的正极b石墨电极上发生还原反应c阴极发生的反应为tio24e=ti2o2d每生成0.1 mol ti，转移0.2 mol电子解析：选c。由o2的移动方向可知，b为电源正极，a错误；石墨电极作阳极，发生氧化反应，b错误；每生成0.1 mol ti，转移电子0.4 mol，d错误。5欲在金属表面镀银，应

20、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cfe和agno3溶液 dpt和ag2so4溶液解析：选b。电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，电镀液通常采用含有镀层金属离子的可溶性盐溶液，a、d项中agcl和ag2so4均为沉淀，只有b项符合要求。6下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是()a粗铜板作阳极b电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为cu22e=cuc电解铜的纯度可达99.95%99.98%d粗铜中所含的ni、fe、zn等杂质，在电解后以单质形式沉积在槽底，形成阳极泥解析：选d。粗铜中的ni、fe、zn

21、等活泼金属要失去电子，进入溶液；而au、pt、ag等金属很难失电子，以单质形式沉积在槽底，并形成阳极泥。7如图所示，能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()解析：选d。电解nacl溶液时，阳极反应为2cl2e=cl2，阳极产物为cl2；阴极反应为2h2e=h2，阴极放出h2。cl2可用ki­淀粉溶液检验。因h2密度小，在阴极生成，结合e移动方向知d正确。8.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，设计了如图所示的装置，以下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；

22、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解析：选b。电解饱和食盐水的方程式为2nacl2h2o2naohh2cl2，naoh在阴极区生成，cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与naoh反应。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的naoh吸收，反应为cl22naoh=naclnacloh2o。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为

23、电源的负极，则b为正极。9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，则阴极上析出cu的质量为 ()a0.64 g b1.28 g c2.56 g d5.12 g解析：选b。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。10人们习惯上把电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。如图表示电解饱和nacl溶液的装置，x、y是石墨棒。实验开始时，在两边同时各滴入几滴酚酞溶液。请回答以

24、下问题：(1)x极上的电极反应式是_，在x极附近观察到的现象是_。(2)y极上的电极反应式是_，检验该电极反应产物的方法是_。(3)电解nacl溶液的离子方程式是_。解析：(1)根据与电源的连接方式可知，x是阴极，y是阳极；在阴极由于水电离产生的h放电能力强，所以电极反应为2h2e=h2；由于h不断放电产生氢气，破坏了阴极区水的电离平衡，在附近溶液中oh的浓度大于h的浓度，因此x极附近溶液显碱性，使酚酞试液变为红色。(2)在阳极y极上由于cl放电能力比oh强，所以该电极反应式是2cl2e=cl2；检验该电极反应产物的方法是将湿润的ki­淀粉试纸放在气体出口，若观察到试纸变蓝，证明有c

25、l2产生。(3)电解nacl溶液的离子方程式是2cl2h2ocl2h22oh。答案：(1)2h2e=h2有无色气泡产生，溶液变红(2)2cl2e=cl2将湿润的ki­淀粉试纸放在气体出口，若观察到试纸变蓝，证明有cl2产生(3)2cl2h2ocl2h22oh11如图中的a为直流电源，b为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，c为电镀槽，接通电路后，发现b上的c点显红色。请填空：(1)电源a中a为_极。(2)滤纸b上发生的总反应的化学方程式为_。(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通k，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为_，电极f上发生的反应为_，槽中盛放的电镀液可以是_或_(只要求

26、填两种电解质溶液)。解析：(1)根据c点变红知该极上的反应为2h2e=h2，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是正极。(2)滤纸b上发生的总反应的化学方程式为2nacl2h2oh2cl22naoh。(3)e为阳极，电极反应为zn2e=zn2；f为阴极，电极反应为zn22e=zn；电镀液为含镀层金属离子的电解质溶液，所以可用znso4溶液或zncl2溶液等。答案：(1)正(2)2nacl2h2oh2cl22naoh(3)zn2e=zn2zn22e=znznso4溶液zncl2溶液(其他合理答案也可)能力提升12cu2o是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取cu2o的电解池示意图如图所示

27、，电解总反应为2cuh2ocu2oh2。下列说法正确的是()a石墨电极上产生氢气b铜电极发生还原反应c铜电极接直流电源的负极d当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol cu2o生成解析：选a。由电解总反应可知，cu参加了反应，所以cu作电解池的阳极，发生氧化反应，b选项错误；石墨作阴极，阴极上是水电离出的h放电，电极反应为2h2o2e=h22oh，a选项正确；阴极即石墨与电源的负极相连，c选项错误；阳极反应为2cu2oh2e=cu2oh2o，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol cu2o生成，d选项错误。13空间实验室“天宫二号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(rfc)，rf

28、c是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。如图所示为rfc工作原理示意图，有关说法正确的是()a当有0.1 mol电子转移时，a极产生标准状况下1.12 l o2bb极上发生的电极反应是4h2o4e=2h24ohcc极上发生还原反应，b中的h可以通过隔膜进入add极上发生的电极反应是o24h4e=2h2o解析：选c。由图可知a为阴极、b为阳极、气体x为h2、气体y为o2、c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应，负极、阳极发生氧化反应，a、b、d项错误；在原电池中阳离子移向正极，c项正确。14有三个烧杯，分别盛有足量的氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以pt作电极，将它们串联

29、在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()a41 b11c43 d34解析：选c。串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出cl2，第二个烧杯中放出cl2和h2，第三个烧杯中放出o2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(cl2)0.5 mo

30、l0.5 mol1 mol，无色气体(o2和h2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。15电解原理在化学工业中有着广泛的应用。(1)如图，其中a是电解质溶液，x、y是两块电极板。若x、y是惰性电极，a是 cuso4溶液，则电解时的化学方程式为_；通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol cuo粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和ph，则电解过程中转移的电子的物质的量为_。若x、y分别是铁和铜，a仍是cuso4溶液，则y极的电极反应式为_。(2)已知2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的fe(oh)2 沉淀，但是用电解的方法却可以制得纯净的fe(oh)2沉淀。制备装置如图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。a电极上的电极反应式为_。电解质溶液d最好选_(填编号)。a纯水 bcuso4溶液cnaoh溶液 dh2so4溶液液体c为_(填编号)。a四氯化碳 b硝基苯c苯 d乙醇解析：(1)用惰性电极电解cuso4溶液的化学方程式为2cuso42h2o2cuo22h2so4；通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol c