2022-2023学年人教版选择性必修一 4.2.2 电解原理的应用 学案

4.2.2电解原理的应用知识精讲知识精讲一、氯碱工业（电解饱和食盐水）方程式装置图阳极反应阴极反应总反应方程式离子反应方程式阳离子交换膜作用①防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸；②避免Cl2与NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。应用制备氢气、氯气和烧碱【答案】2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2Oeq\o(=====,\s\up7(通电))2NaOH+H2↑+Cl2↑2Cl-+2H2Oeq\o(=====,\s\up7(通电))2OH-+H2↑+Cl2↑二、电镀1.电镀是利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加工工艺。2.电镀可增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。阳极材料镀层金属Cu阴极材料镀件金属Fe电镀液含镀层金属离子CuSO4溶液阳极反应阴极反应溶液变化电解质溶液的浓度__________【答案】Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu保持不变三、电解精炼铜电解精炼粗铜时，以待精炼的铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，可得含铜量为99.95%～99.98%的电解铜。阳极材料粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）阴极材料纯铜阳极反应阴极反应“阳极泥”Ag、Au等金属杂质失电子能力弱，会以单质形式沉积，形成“阳极泥”。溶液变化①电解质溶液的Cu2+浓度_______②引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去【答案】Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e—=Ni2+Cu－2e－=Cu2＋Cu2++2e-Cu减小四、电冶金电冶金的本质是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn++ne-M电解熔融氯化钠制取金属钠方程式阳极阴极总反应【答案】2Cl－－2e－=Cl2↑2Na＋＋2e－=2Na2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑对点训练对点训练题型一：氯碱工业【变1】（2019·吉林·长春外国语学校高二期末）如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：（1）X的电极反应式为：___________________________________，Y极的电极材料是_______________。（2）某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是________(填化学式)，其形成原因是：___________________________________。（3）工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是_____________，阳极室(A处)加入________，离子交换膜只许________通过。【答案】2Cl－－2e－===Cl2↑FeFe(OH)2铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反应生成NaClO，使NaOH不纯饱和食盐水Na＋【解析】【分析】（1）X与电源正极相连应为阳极，Y与电源负极相连应为阴极；（2）将两种电极材料接反，铁作阳极时被氧化为Fe2＋，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2；（3）将两个极室用离子交换膜隔开，其目的是防止H2与Cl2混合爆炸，防止Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO使NaOH溶液不纯；阳极上氯离子失电子生成氯气，所以阳极室加入的是饱和食盐水；阴极室加入的是水或稀的氢氧化钠溶液，所以离子交换膜只许Na+离子通过。【详解】（1）由图可知X与电源正极相连应为阳极，电极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，电极材料为石墨，则Y极电极材料为Fe；故答案为2Cl－－2e－=Cl2↑，Fe。（2）将两种电极材料接反，铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2，故答案为Fe(OH)2；铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2。（3）工业上电解饱和食盐水的方法之一，是将两个极室用离子交换膜隔开，其目的是防止H2与Cl2混合爆炸，防止Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO使NaOH溶液不纯；阳极上氯离子失电子生成氯气，所以阳极室加入的是饱和食盐水；阴极上氢离子得电子生成氢气，和氢氧根离子，钠离子向阴极移动在阴极与氢氧根离子结合生成氢氧化钠，所以阴极室加入的是水或稀的氢氧化钠溶液，所以离子交换膜只许Na+离子通过；故答案为防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反应生成NaClO，使NaOH不纯；饱和食盐水；Na＋。【变2】（2021·广东·揭西县河婆中学高二月考）"84"消毒液（主要成分为NaClO）广泛应用于杀菌消毒。某化学演习小组用甲烷燃料电池电解饱和食盐水制备"84"消毒液，装置如图所示，a、b、c、d均为惰性电极，下列说法正确的是A．c是阳极B．甲烷发生的电极反应方程式为：CH4-8e－+8OH−=CO2↑+6H2OC．消耗2.24L（标准状况）甲烷，K＋通过交换膜向左室移动0.8molD．电解装置中的总反应为：NaCl+H2ONaClO+H2↑【答案】D【分析】用甲烷燃料电池电解饱和食盐水制备“84”消毒液，a、b、c、d均为惰性电极，电解饱和食盐水阳极生成Cl2，阴极生成H2和NaOH，为保证Cl2与NaOH充分反应制备NaClO，则d电极为阳极生成Cl2，c电极为阴极；则a为甲烷燃料电池的负极，b为甲烷燃料电池的正极；以此分析作答。【详解】A．根据分析，c为阴极，A错误；B．甲烷燃料电池中所用电解质溶液为KOH溶液，则CH4发生失电子的氧化反应生成，甲烷发生的电极反应方程式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O，B错误；C．根据分析，a为甲烷燃料电池的负极，b为甲烷燃料电池的正极，原电池中阳离子向正极移动，故K+通过阳离子交换膜向右室移动，C错误；D．电解装置中发生的反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑、Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，则电解装置中的总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑，D正确；答案选D。题型二：电镀【变3】（2021·江苏沭阳·高二期中）餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是A．电路中每通过1mole-，阴极析出1mol银B．铁电极应与电源负极相连C．阳极电极反应式为Ag﹣e-=Ag+D．电镀液需要不断更换【答案】D【详解】A．阴极发生反应Ag++e-=Ag，故每通过1mole-析出1mol银，A正确；B．铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；C．阳极为镀层金属，电极反应式为Ag﹣e-=Ag+，故C正确；D．阳极发生反应为Ag﹣e-=Ag+，阴极发生反应Ag++e-=Ag，电镀液浓度不变，不需要更换，故D错误；故选D。题型三：电解精炼铜【例4】（2021·全国·高二专题练习）粗铜中含有、、等杂质，用下图装置精炼铜。下列有关说法正确的是A．是粗铜、是纯铜B．反应前后电解液的浓度保持不变C．阴极电极反应为：D．电解过程中，、两极质量的变化量一直相等【答案】C【详解】A．电解精炼铜时，粗铜为阳极，精铜为阴极，b为阳极，a为阴极，A错误；B．电解精炼铜时，粗铜为阳极，比金属铜活泼的金属锌、铁、镍会先于金属铜失电子，精铜为阴极，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，所以电解液的浓度降低，B错误；C．精铜为阴极，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，C正确；D．电解精炼铜时，粗铜为阳极，比金属铜活泼的金属锌、铁、镍会先于金属铜失电子，精铜为阴极，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，阳极质量的减少与阴明极质量的增加不等，阳极质量减少的多，D错误；答案选C。题型四：电冶金【变5-1】（2021·山西太原·高一期末）下列有关金属冶炼的原理，错误的是A． B．C．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 D．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑【答案】B【详解】A．Hg活动性比较弱，采用热分解方法制取，故符合Hg的冶炼方法，A正确；B．Al是活泼金属，采用电解方法冶炼，方程式方法不符合反应事实，B错误；C．Fe是比较活泼的金属，采用热还原方法冶炼，该方法符合Fe的冶炼方法，C正确；D．Na是活泼金属，采用电解方法冶炼，该方法符合Na的冶炼方法，D正确；故合理选项是B。题型五：电解法制备物质【变6-4】（2021·全国·高二期末）填空。（1）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式：___________。②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为___________，其迁移方向是___________。（2）电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为___________，阴极产生的物质A的化学式为___________。【答案】（1）2H2O+2e-=2OH-+H2↑K+由a到b（2）4+2H2O-4e-=4+O2↑H2【解析】（1）①电解时，阴极水电离出的氢离子得电子生成氢气，阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。②溶液中的阳离子主要是钾离子，电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+，通电时，阳离子向阴极移动，所以其迁移方向是由a到b；（2）根据图示可知，阳极生成碳酸氢钠和氧气，阳极的电极反应式为4+2H2O-4e-=4+O2↑，阴极氢离子得电子生成氢气，产生的物质A的化学式为H2。题型六：电解原理的应用综合【例8】（2021·黑龙江·哈尔滨三中高二月考）电解池在生产中有广泛的应用。（1）精炼银：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，b的电极反应式___________，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为___________。（2）氯碱工业：用离子交换膜法电解饱和食盐水的装置如图所示，①口有刺激性气味的气体逸出，则A为外电源的___________极，与B相连的电极的电极反应式___________。为了获得产品，选用___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。（3）若以惰性电极电解氯化铝溶液，总反应的离子方程式为___________。【答案】（1）aAg++e-=AgNO+e-+2H+═NO2↑+H2O（2）正2H++e-=H2↑阳（3）2Al3++6Cl-+6H2O3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓【解析】（1）电解精炼银时，粗银作阳极发生氧化反应，与电源正极相连的是电解池的阳极，所以a极为含有杂质的粗银；b极与电源负极相连是电解池的阴极，b的电极反应式Ag++e-=Ag；电解质溶液中含硝酸根，b极有少量红棕色气体应是二氧化氮，生成该气体的电极反应为：NO+e-+2H+═NO2↑+H