第四章　第二节　第2课时　电解原理的应用 学案 （含答案）-2023-2024学年（人教版2023）高中化学选择性必修1

第第页第四章第二节第2课时电解原理的应用学案（含答案）—2023-2024学年（人教版2023）高中化学选择性必修1第2课时电解原理的应用

[核心素养发展目标]1.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.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、电解饱和食盐水

烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做________。

1．电解饱和食盐水的原理

(1)阳极(____极)反应：__________________________(________反应)。

(2)阴极(____极)反应：______________________________(________反应)。

(3)总反应：

化学方程式：____________________________________________________________；

离子方程式：____________________________________________________________。

2．氯碱工业生产流程

工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。

(1)阳离子交换膜电解槽

(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的________与阳极产生的________混合发生爆炸，也能避免________与阴极产生的____________反应而影响氢氧化钠的产量。

3．氯碱工业产品及其应用

(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑()

(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区()

(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)()

(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠()

“84”消毒液是环境消毒液之一。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。c、d都为石墨电极。

完成下列填空：

(1)a为电源的________(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的________极。

(2)d电极的电极反应式：__________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

1．下列关于电解NaCl溶液的叙述正确的是()

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若向阳极附近的溶液中滴入淀粉KI溶液，溶液呈蓝色

C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，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

2.高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示，回答下列问题：

(1)若离子交换膜为阴离子交换膜，则OH－自____(填“左”或“右”，下同)向____移动。

(2)电解一段时间后，撤去离子交换膜，混合后的溶液与原溶液比较，pH____(填“增大”或“减小”)。

离子交换膜是“具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜”，常运用于膜电解和电渗析等离子交换膜法技术中。它具有选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少等特点，在水处理、环保、化工、冶金等领域都有广泛应用。

离子交换膜的种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。离子交换膜的作用：①隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应；②用于制备某些物质：通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质；③对物质进行分离、提纯等。

二、电镀电冶金

1．电镀

(1)电镀：利用________原理在某些金属表面镀上一薄层其他_______或________的加工工艺。

(2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。

(3)电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：

阳极材料：镀层金属__________，电极反应：________________________________；

阴极材料：镀件______________，电极反应：________________________________。

电解质溶液：Cu2＋浓度____________。

2．电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质)

阳极材料：________，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋；

阴极材料：________，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；

电解质溶液：Cu2＋浓度________，金、银等金属沉积形成阳极泥。

3．电冶金

(1)金属冶炼就是使矿石中的____________获得电子变成____________的过程：Mn＋＋ne－===M。

(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。

(3)①冶炼金属钠：

阳极：________________________________________________________________________；

阴极：________________________________________________________________________；

总反应：________________________________________________________________________。

②冶炼金属镁：

阳极：________________________________________________________________________；

阴极：________________________________________________________________________；

总反应：________________________________________________________________________。

③冶炼金属铝：

阳极：________________________________________________________________________；

阴极：________________________________________________________________________；

总反应：________________________________________________________________________。

(1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液()

(2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区()

(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变()

(4)工业冶炼金属镁时，电解熔融态MgO()

1．工业生产金属镁和金属铝均采用电解法，制取Mg时电解的是熔融的MgCl2，而制取Al时却电解的是熔融的氧化铝，不是AlCl3，这是为什么？

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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，思考回答下列问题：

(1)阳极发生__________反应，其电极反应式：

________________________________________________________________________。

(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加________(填“相等”或“不相等”)。

(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有________________、Ni2＋等。

(4)电解后，电解槽底部含有________等金属。

1电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。

2电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液电解质溶液的浓度不变。

1．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是()

①将铜片接在电源的正极上②将银片接在电源的正极上③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液

A．①③⑥B．②③⑥

C．①④⑤D．②③④⑥

2．海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

3．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题：

(1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为___________________________；纯铜作____极，电极反应为________________________________________________。

(2)电解质溶液应选择______________(填字母)。

A．CuCl2溶液B．CuSO4溶液

C．ZnSO4溶液

(3)电解后，电解槽底部会形成含少量________等金属的阳极泥。

(4)若纯铜片增重6.4g，则电路通过的电子为______mol。

第2课时电解原理的应用

[核心素养发展目标]1.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.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、电解饱和食盐水

烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。

1．电解饱和食盐水的原理

(1)阳极(a极)反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。

(2)阴极(b极)反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。

(3)总反应：

化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；

离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。

2．氯碱工业生产流程

工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。

(1)阳离子交换膜电解槽

(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。

3．氯碱工业产品及其应用

(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑()

(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区()

(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)()

(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠()

答案(1)×(2)×(3)×(4)×

“84”消毒液是环境消毒液之一。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。c、d都为石墨电极。

完成下列填空：

(1)a为电源的________(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的________极。

(2)d电极的电极反应式：____________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________。

答案(1)负阳(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－NaCl＋H2ONaClO＋H2↑

解析电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。

1．下列关于电解NaCl溶液的叙述正确的是()

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色

C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，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

解析电解NaCl溶液的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极得到Cl2，阴极得到H2和NaOH，A项错误；向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，发生反应：Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，淀粉遇I2呈蓝色，B项正确；由于阴极区：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，消耗了H＋，导致阴极区c(OH－)相对增大，滴入酚酞溶液，溶液变红，C项错误；电解后的溶液实质上是NaOH、NaCl和NaClO的混合溶液，溶液呈碱性，D项错误。

2．高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示，回答下列问题：

(1)若离子交换膜为阴离子交换膜，则OH－自____(填“左”或“右”，下同)向____移动。

(2)电解一段时间后，撤去离子交换膜，混合后的溶液与原溶液比较，pH____(填“增大”或“减小”)。

答案(1)左右(2)减小

解析(1)Fe为阳极，发生氧化反应，则其电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，若离子交换膜为阴离子交换膜，则OH－自左(阴极区)向右(阳极区)移动。(2)根据阳极电极反应可知随电解的进行，阳极区域pH降低；阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区域pH增大；根据得失电子守恒可知OH－消耗的多，生成的少，电解一段时间后，撤去离子交换膜，混合后的溶液与原溶液比较，pH减小。

离子交换膜是“具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜”，常运用于膜电解和电渗析等离子交换膜法技术中。它具有选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少等特点，在水处理、环保、化工、冶金等领域都有广泛应用。

离子交换膜的种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。离子交换膜的作用：①隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应；②用于制备某些物质：通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质；③对物质进行分离、提纯等。

二、电镀电冶金

1．电镀

(1)电镀：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)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。

(3)电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：

阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋；

阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。

电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。

2．电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质)

阳极材料：粗铜，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋；

阴极材料：纯铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；

电解质溶液：Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥。

3．电冶金

(1)金属冶炼就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。

(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。

(3)①冶炼金属钠：

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：2Na＋＋2e－===2Na；

总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。

②冶炼金属镁：

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：Mg2＋＋2e－===Mg；

总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。

③冶炼金属铝：

阳极：6O2－－12e－===3O2↑；

阴极：4Al3＋＋12e－===4Al；

总反应：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

(1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液()

(2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区()

(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变()

(4)工业冶炼金属镁时，电解熔融态MgO()

答案(1)√(2)√(3)×(4)×

1．工业生产金属镁和金属铝均采用电解法，制取Mg时电解的是熔融的MgCl2，而制取Al时却电解的是熔融的氧化铝，不是AlCl3，这是为什么？

提示MgCl2是离子化合物，在熔融状态时导电，而AlCl3是共价化合物，在熔融状态下不导电，故制取金属铝用的是熔融的氧化铝。

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，思考回答下列问题：

(1)阳极发生氧化反应，其电极反应式：Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－===Fe2＋；Zn－2e－===Zn2＋。

(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等(填“相等”或“不相等”)。

(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋等。

(4)电解后，电解槽底部含有Cu、Pt等金属。

解析(2)电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。(4)粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，但Cu和Pt沉降到电解槽底部。

1电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。

2电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液电解质溶液的浓度不变。

1．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是()

①将铜片接在电源的正极上②将银片接在电源的正极上③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液

A．①③⑥B．②③⑥

C．①④⑤D．②③④⑥

答案C

解析根据电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的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；银作电解池的阳极和电源正极相连，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，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故③正确；银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；应