第二节 第2课时　电解原理的应用 教学课件

第2课时电解原理的应用第四章

第二节课程标准1.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。2.了解电解原理在工业中的应用，如电冶金、电解熔融氯化钠或氧化

铝，电解精炼铜，电解在污水处理、煤炭脱硫中的应用。知识点一电解饱和食盐水随堂演练知识点二电镀电解精炼与电冶金课时精练内容索引索引知识点一电解饱和食盐水1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：

(反应类型：

反应)，阴极：

(反应类型：

反应)。(2)总反应方程式①化学方程式：_______________________________________。②离子方程式：_______________________________________。新知导学2Cl－－2e－===Cl2↑氧化2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－还原2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑2．氯碱工业——制Cl2、H2和NaOH(1)阳离子交换膜的作用阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：_____________________________，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(2)a、b、c、d加入或取出的物质分别是_______________________、___________________、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是

、

。Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O精制饱和NaCl溶液含少量NaOH的水Cl2H23．氯碱工业的产品及其应用(1)氯碱工业的产品主要有

、

、

、

、_____________等。(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业的产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中应用广泛。NaOHCl2H2HCl含氯漂白剂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(

)5．利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液(

)微自测

判断正误××××√结合教材中“电解原理的应用”知识，交流讨论下列问题。1．饱和食盐水中存在哪些离子？通电后它们怎样移动？根据离子的性质，判断阴极和阳极的产物。提示：饱和食盐水中含有Na＋、H＋、Cl－和OH－；通电后Na＋、H＋向阴极移动，Cl－和OH－向阳极移动。阴极上阳离子的氧化性：H＋>Na＋，H＋放电生成H2；阳极上阴离子的还原性：Cl－>OH－，Cl－放电生成Cl2。交流研讨2．写出阴、阳极的电极反应式，并设计实验验证两极的电极产物。提示：阴极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑；用拇指堵住a处试管口，移近酒精灯火焰，移开拇指，若听到“噗”的一声，说明收集到的是H2；b管中淀粉碘化钾溶液变蓝，说明KI被氧化为I2，从而证明阳极生成Cl2。1．氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)下列说法正确的是A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．通入空气的电极为负极C．电解池中产生2molCl2时，理论上燃料电池中消耗0.5molO2D．a、b、c的大小关系为a>b＝c实践应用√2．氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水，装置示意图如图。下列说法错误的是A．a为阳极，发生氧化反应生成氯气B．b极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．电解时，Na＋穿过离子交换膜进入阴极室D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从e处流出√归纳总结氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开：①从安全的角度：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；②从产品纯度的角度：避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的纯度。

索引索引知识点二电镀电解精炼与电冶金1．电镀与电解精炼电镀是一种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。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。新知导学装置电镀精炼阳极材料镀层金属Cu粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件金属Fe纯铜阳极反应______________________Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应____________________________________________溶液变化硫酸铜溶液浓度保持不变Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===CuCu2＋＋2e－===Cu2.电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成

的过程。如Mn＋＋ne－===M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如

等)，但不能电解其盐溶液，应电解其

态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：阳极：

；阴极：

；总反应：

。金属单质钾、钠、镁、铝熔融2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑1．电镀池和精炼池在本质上都是电解池(

)2．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极(

)3．用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(

)4．电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(

)5.电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(

)6．粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阴极上增加的质量为64g(

)微自测

判断正误√√××√√1．若模拟电镀生产，在铁件上镀上一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式分别是什么？提示：阳极为Ag，阴极为铁件，电解质溶液为AgNO3溶液；阳极反应式：Ag－e－===Ag＋，阴极反应式：Ag＋＋e－===Ag。2．若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？电解质溶液中Cu2＋的浓度如何变化？提示：阳极为粗铜，阴极用纯铜，电解质溶液为CuSO4溶液。电解质溶液中Cu2＋浓度减小。交流研讨1．利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。实践应用序号电解质溶液实验现象①0.1mol·L－1CuSO4＋少量H2SO4阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋②0.1mol·L－1CuSO4＋过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素下列说法不正确的是A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋CuC．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3

[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密√2．用含少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了xg，则下列说法错误的是A．两极得失电子相等B．阳极溶解的金属的物质的量之和等于析出的铜的物质的量C．阴极质量增加bg，b<xD．阳极质量减少的xg为锌和铜的质量√1.电镀特点：“一多、一少、一不变”。“一多”指阴极上镀层金属沉积，“一少”指阳极上镀层金属溶解，“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。2．电解精炼铜过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极固体增加的质量与阳极固体减少的质量不相等。

归纳总结索引索引随堂演练1．工业上电解饱和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．氯气和氢氧化钠用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。√2．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。√3．在25℃时，用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2mol电子时停止通电。若此溶液体积为2L，则所得电解液的pH是A．1 B．8C．13 D．14电解饱和食盐水时供给0.2mol电子，则消耗的H＋为0.2mol，同时产生OH－为0.2mol，溶液体积为2L，pH＝13。√4．回答下列问题：(1)某同学根据漂白粉的制备原理和电解原理制作了一种家用环保型消毒液发生器(如图所示，没有使用离子交换膜)，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，则：①利用Cl2与石灰乳反应可以制取漂白粉，反应的化学方程式为________________________________________________。②L极区的电极反应式为_______________________。2Cl2＋Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O2Cl－－2e－===Cl2↑①利用Cl2与石灰乳反应可以制取漂白粉，反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O；②通电时，为使Cl2被完全吸收，该装置的下端生成氯气，则L极区的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；(2)电解法可以提纯粗镓，具体原理如图所示。镓在阳极溶解生成的Ga3＋与NaOH溶液反应生成GaO，GaO在阴极放电的电极反应式：___________________________________。GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－电解法可以提纯粗镓，则高纯镓作阴极，粗镓作阳极，阳极上Ga失去电子变为Ga3＋，生成的Ga3＋与NaOH溶液反应生成GaO，GaO在阴极放电生成Ga，电极反应式GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－；(3)我国学者发明的一种分解硫化氢制氢并回收硫的装置如图所示：若Y极液中的电对(A/B)选用I/I－，装置工作时Y极上的电极反应式为__________________，Y极溶液中发生的离子反应为___________________________。3I－－2e－===II＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－根据图示，该装置是将光能转变为化学能和电能，X电极将H＋转化为H2，化合价降低，发生还原反应，则Y电极发生氧化反应，若Y极液中的电对(A/B)选用I/I－，则电极反应为3I－－2e－===I，Y电极溶液中含有H2S，具有还原性，而I具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成S单质、碘离子和氢离子，离子反应为：I＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－；索引索引课时精练题组一电解原理的应用1．如图为氯碱工业的简易装置示意图，其中两电极均为惰性电极。下列说法正确的是A．粗盐水中含有的少量Ca2＋和Mg2＋，可用NaOH除去B．适当降低阳极电解液的pH有利于Cl2逸出C．a处得到的是浓NaOH溶液D．若电路中通过0.2mol电子，理论上可在b处得到2.24L气体基础达标√粗盐提纯时，少量Ca2＋用碳酸钠除去，Mg2＋用NaOH除去，故A错误；Cl2的水溶液呈酸性，降低阳极电解液的pH有利于Cl2逸出，故B正确；A室为电解池的阳极室，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Na＋通过阳离子交换膜由A室迁移至B室，则a处得到稀的NaCl溶液，故C错误；若电路中通过0.2mol电子，根据b处的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，计算可得n(H2)＝0.1mol，标准状况下为2.24L，故D错误。2．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√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。3．以硫酸铜溶液作电解质溶液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列说法正确的是A．粗铜与直流电源负极相连B．粗铜电解精炼过程中，硫酸铜溶液的浓度不变C．电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16gD．杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽底形成阳极泥√A项，电解精炼铜时，粗铜应作阳极，与直流电源的正极相连，错误；B项，金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag，阳极上Zn、Fe、Cu放电，而阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒可知，阴极析出的Cu的物质的量大于阳极参与反应的Cu的物质的量，溶液中硫酸铜的浓度减小，错误；C项，根据电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电路中每通过3.01×1023个(0.5mol)电子，得到的精铜的质量为0.25mol×64g·mol－1＝16g，正确；D项，金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag，因此Ag不会放电，而是以单质的形式沉积下来，错误。4．下列有关金属冶炼的原理，错误的是A．2HgO2Hg＋O2↑B．2Al2O34Al＋3O2↑C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2D．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑√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，反应式中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；故符合题意选项是B。5.(2022·河南实验中学期末)液氨中存在平衡：2NH3NH＋NH。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是A．b电极连接的是电源的负极B．a电极的反应为2NH3＋2e－===H2＋2NHC．电解过程中，阴极附近K＋浓度减小D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1√根据图示可知：在b电极上产生N2，N元素失去电子化合价升高，所以b电极为阳极，连接电源的正极，A错误；a电极上产生H2，a电极为阴极，电极反应式为2NH3＋2e－===H2＋2NH，B正确；电解过程中，K＋会向阴极区定向移动，最终导致阴极附近K＋浓度增大，C错误；每反应产生1molH2，转移2mol电子，每反应产生1molN2，转移6mol电子，故阴极产生的H2与阳极产生的N2的物质的量之比是3∶1，D错误。6．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2OB．甲溶液可循环利用C．离子交换膜a是阴离子交换膜D．当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成√A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成，正确。7.(2022·济南一中期末)如图所示，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7(已知：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O)，下列说法正确的是A．Na2Cr2O7在阴极室产生B．每有1molNa2Cr2O7生成时导线中有4mol电子通过C．电解过程中，阳极无气体生成D．为提高制备Na2Cr2O7的效率，应选用阳离子交换膜√由电解原理可知，电解过程中实质是电解水，阳极上水失去电子生成H＋和O2，阴极上水得到电子生成H2和OH－，由2CrO＋2H＋

Cr2O＋H2O可知，Cr2O在氢离子浓度较大的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生。A.由分析而可知，Na2Cr2O7在阳极室产生，故A错误；B.根据2CrO＋2H＋

Cr2O＋H2O反应可知，每有1molNa2Cr2O7生成时，消耗2molH＋，根据阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，通过4mol电子，产生4mol氢离子，现消耗2molH＋，则导线中有2mol电子通过，故B错误；C.电解过程中，阳极产生氧气，故C错误；D.为提高制备Na2Cr2O7的效率，应选用阳离子交换膜，故D正确；故选D。题组二电解的有关计算8．用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为A．1mol·L－1 B．2mol·L－1C．3mol·L－1 D．4mol·L－1√根据题设条件，两极上电极反应式分别为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。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。析出0.1molH2获得0.2mol电子，析出0.1molO2失去0.4mol电子，所以有0.1molCu2＋放电，获得0.2mol电子，c(Cu2＋)＝0.1mol/0.1L＝1mol·L－1。9．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为A．4∶1 B．1∶1C．4∶3 D．3∶4√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，只要判断生成何种气体及生成一定物质的量该气体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1mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5mol、0.5mol、0.5mol和0.25mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5mol＋0.5mol＝1mol，无色气体(H2和O2)0.5mol＋0.25mol＝0.75mol。故产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为1∶0.75＝4∶3。10．用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为A．0.4mol B．0.5molC．0.6mol D．0.8mol√将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2mol，则转移电子的物质的量为0.2mol×4＝0.8mol，故D正确。11．用石墨作电极电解1000mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1000mL，则电解后溶液的pH为A．4 B．3C．2 D．1√阳极产生氧气0.005mol，阴极产生氢气0.005mol。由2H2O2H2↑＋O2↑可知，阴极产生0.005mol氢气时，阳极产生0.0025mol氧气；由2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑可知，产生n(H＋)＝(0.005mol－0.0025mol)×4＝0.01mol，c(H＋)＝0.01mol·L－1，pH＝2。12．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336mL(标准状态)气体。回答：(1)直流电源中，M为_____极。能力提升电解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：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。正(2)Pt电极上生成的物质是________，其质量为________g。在336mL气体中，V(H2)＝

×336mL＝224mL，为0.01mol；V(O2)＝×336mL＝112mL，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02mol×108g·mol－1＝2.16g，即0.02mol的Ag。Ag2.16(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的量之比为2∶_____∶____∶____。n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶

∶1。21(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，硫酸的浓度________。由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大。不变增大(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸溶液的质量为________g。设原5.00%的硫酸质量为x，电解时消耗水0.01mol×18g·mol－1＝0.18g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18g。45.1813．(2022·济南一中期末)降低能耗是氯碱工业发展的重要方向。(1)我国利用氯碱厂生产的H2作为电池燃料，再将电池应用于氯碱工业，原理如图，a、b、c、d均为石墨电极。①a极为____(填“正”或“负”)极，c极为______(填“阴”或“阳”)极。②乙装置中电解饱和NaCl溶液的化学方程式为____________________________________________；反应一段时间后，d极产生1mol气体时，乙装置中转移电子____mol。负阳2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2甲装置为燃料电池，通氢气一极为负极，通氧气一极为正极，乙装置为电解池，c电极连接b电极，即c为阳极，d电极为阴极；①a电极通入氢气，根据上述分析，a电极为负极，c电极为阳极；②c、d电极为石墨电极，根据电解原理，电解饱和NaCl溶液的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，d电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2O