高中化学学案【电解原理的应用】

电解原理的应用

目标与素养：1.运用电解原理分析电解食盐水、铜的电解精炼，以及电镀的

内容。(科学探究与创新意识)2.了解电解原理的应用方法，并进一步体会电解对

人类社会的重要贡献。(社会责任)

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匚基础知识填充口

1.电解食盐水制备烧碱'氢气和氯气

⑴装置

⑵现象

①阳极上：产生黄绿色气体。

②阴极上：产生无色气体，溶液变红色。

⑶原理分析及电极反应

电解时，C「、OH-移向阳极,Na+、H+移向阴极。

①阳极离子放电顺序：COOHo

电极反应：2c广—2广=。23氧化反应。

②阴极离子放电顺序：H+>Na+,

电极反应：2H++2e-==H2t，还原反应。

(4)电池反应化学方程式

2NaCl+2H2O^^2NaOH+Cbt+氏3

离子方程式：2c子+2H2O^tt=2OH+C12t+H2t。

思考接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？

［提示］接通电源后，阴极区溶液变红色。原因：H2O电离出的H+放电,

使c(OlT)增大，即阴极区产生碱，使酚酿变红色。

2.铜的电解精炼

⑴装置

阴极阳极

s?

三-三■二-二舅三

硫酸酸化的CuSO,溶液

⑵粗铜成分

①主要成分：Cuo

②杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等。

比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等。

(3)电极反应

Cu（粗铜）-QuQ2,

其他5应：Zn-2e-=Zn2*

Fe-2e-=Fe2*

Ni-2e-=Ni2+

4gM处等金属沉积在槽底形成阳极泥

Cu*+2e-=Cu(精铜)

微点拨：(1)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质，同时间段内两电极改变的质量

不相等，但两电极通过的电量相等。

⑵电解过程中，阴离子浓度不变，CW+浓度减小，Fe2+、Zn2+>Ni2+浓度

增大。

3.电镀

(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。

(2)目的：增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。

(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案

电阳极:Cu电

镀—2e镀d阳极：铜片

电极材料

2+

原=Cu方铜片一三4-二二二-阴极：铁钉

CuSO4--

溶液飞fill

理阴极：案

CM++

2e一

=Cu电镀液CuSO4溶液

微点拨：电镀的特点：“一多、一少、一不变”。

(1)一多：是指阴极上有镀层金属沉积；

(2)一少：是指阳极上有镀层金属溶解；

(3)一不变：是指电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。

匚预习效果验收一

1.判断对错(对的在括号内打“，错的在括号内打“X”。)

⑴氯碱工业中，阳极区产生H2和NaOH。()

(2)精炼铜装置中，粗铜作阴极，精铜作阳极。()

⑶精炼铜过程中，电解质溶液中c(Cu2+)不变。()

(4)电镀装置中，镀件作阴极，待镀金属作阳极。()

(5)电镀过程中，电解质溶液的浓度减小。()

［提示］⑴义氟碱工业中，阴极区产生H2和NaOH,阳极区产生CL。

(2)X精炼铜装置中，粗铜作阳极，精铜作阴极。

(3)X精炼铜过程中，电解质溶液中c(Ci)2+)减小。

(4)V

(5)X电镀过程中，电解质溶液的浓度不变。

2.某小组设计电解饱和食盐水的装置如右图，通电后两极均有气泡产生,

下列叙述正确的是()

含酚献的饱和食盐水

A.铜电极附近观察到黄绿色气体

B.石墨电极附近溶液先变红

C.溶液中的Na+向石墨电极移动

D.铜电极上发生还原反应

［答案］D

3.粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电

极（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为

;若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在

［答案］cCu2++2e-=CuAu、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方,

Fe以Fe2+的形式进入电解液

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及难点y电解原理的应用

1.工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OPT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，使阳离子能通过阳离子交换膜,

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，可知溶液A的溶质是

NaOHo

精制饱和食盐水水（含少用NaOH）

2.铜的电解精炼与电镀铜对比

电解精炼铜电镀铜

阴极

电极精铜镀件

材料粗铜纯铜

阳极

电极反阳极Cu（粗铜）-2e—=Cu2+等Cu~2e==Cu2+

应式阴极Cu2++2e-=Cu（精铜）Cu2++2e-==Cu

电解后E溶液CM+减少，比铜活泼的金属阳电解质溶液成分及浓

浓度白勺变化离子进入溶液度均不变

【例1】如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极

均为惰性电极)。下列说法不正确的是()

A.从E口逸出的气体是H2

B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性

C.标准状况下每生成22.4LCL,便产生2moiNaOH

D.电解一段时间后加适量盐酸可以使电解液恢复到电解前的浓度

D［由钠离子的移动方向可以确定左边电极为阳极，右边电极为阴极。阴

极发生还原反应，氢气从E口逸出，B口应补充水，D口得到氢氧化钠浓溶液,

A、B项正确。电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2。通皂2NaOH+H2t

+C12t,当有1mol氟气生成时，有2moi氢氧化钠生成，C项正确。电解过程

中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为1：1,因此补充适量的氯化氢气

体可以使电解液恢复到电解前的浓度，D项错误。］

［借题发挥］

(1)如图所示，A、B、C、D、E、F表示的物质分别是什么？

(2)阳离子交换膜的作用是什么？

［答案］(1)精制饱和食盐水、NaOH的水溶液、淡盐水、NaOH的浓溶液、

H2、C12O

⑵既能防止阴极产生的出和阳极产生的C12混合而引起爆炸，又能避免C12

和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

1.如图中能验证饱和食盐水（含酚酬）的电解产物的装置是（下列各图中的电

极均为惰性电极）（）

用

我

氧

仪

乳

化

化

液

佻

的

溶

溶

液

液

愠和食It水饱和食注水饱和食捻水

ABD

D［电解饱和食盐水时，阳极产物是C12,阴极产物是H2、NaOH,根据图

中的电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后

判断电极产物以及检验方法，D选项符合题意。］

2.关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（）

A.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Cu—2e-=Cu2+

D.阴极反应都只有Cu2++2e-=Cu

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Zn-2e-=Zn2+

的反应。］

心雄点2有关电解计算的方法

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。

［素养养成］

微观探析：（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。

【例2】用钳电极电解50mLCuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2

mol-L-1),当阴极析出9.6g固体时，阳极产生标准状况下氧气Lo

［解析］阴极电极反应为Cu2++2e-=Cu,9.6gCu的物质的量为0.15mol,

得电子0.3mol;阳极电极反应为2C1-2e-=C12t,4OH--4e==2H2O+

O2t,生成CL为0.05LX2moi=0.1mol,C「最多能失去电子0.05LX2

_1

mol-LX2=0.2moL根据电子守恒知必有氧气生成，所以4/i(O2)+2n(Cl2)=

0.3mol,“(02)=0.025mol,则产生氧气标准状况下的体积为0.025molX22.4

L-mor1=0.56Lo

［答案］0.56

包城1训练

1.如图所示的A、B两个电解池中的电极均为粕，在A池中加入0.05mol-L

-1的C11CI2溶液，B池中加入0.1mol-L-i的AgNCh溶液，进行电解。a、b、c、

d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是()

A.2：2：4：1B.1：1：2：1

C.2：1：1：1D.2：1：2：1

A［由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu,b极上

析出Ch,c极上析出Ag,d极上析出。2。由电子守恒可得出：2e-〜Cu〜CL〜

2Ag〜1。2,所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为1：1：2：；

=2：2：4：lo］

2.将两支惰性电极插入CUSO4溶液中，通电电解。

⑴当有1.0X10-3m°i的01r放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的

质量是O

(2)若溶液的体积为1L,忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6mLCh

时，溶液中c(H+)是o

［解析］（1）用情性电极电解CuSO4溶液时，阴极电极反应式为2Cu2++4e-

==2Cu,阳极电极反应式为4OH-4e==O2t+2H2Oo当有LOXIO-mol

的OFT放电时，此时转移电子为1.0X10-3mol,则在阴极上析出Cu的质量为

0.032go

(2)阳极：

-

4OH-4e-==2H2O+O2f

4mol1mol

5.6X103L

n22.4LmoF1

n=1.0X10-3mol,即消耗LOX10_3molOH,生成

+

1.0X10-3moIH,

1.0X10-3mol

则c(H+)==1.0X10-3mol.L-

［答案］(1)0.032g(2)1XIO、mobL-1

基础知识考查当堂达标。提素养关维熊力括乔

1.在铁制品上镀上一定厚度的银层，以下设计方案正确的是（）

A.银作阳极，铁制品作阴极，溶液含有银离子

B.钳作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子

C.银作阳极，铁制品作阴极，溶液含有亚铁离子

D.银作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子

A［应选镀层金属银作阳极，待镀金属作阴极，含镀层金属Ag+的溶液作

电镀液，即A项正确。］

2.以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）

的电解精炼，下列说法正确的是（）

A.电能全部转化为化学能

B.粗铜接电源正极，发生还原反应

C.溶液中CM+向阳极移动

D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

D［粗铜的电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，A错误；粗铜作

阳极与电源正极相连，发生氧化反应，B错误；溶液中的Cu2+向阴极移动，C

错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收，D正确。］

3.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C12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（）

A.a为正极,b为负极；NaClO和NaCl

B.a为负极,b为正极；NaClO和NaCl

C.a为阳极，b为阴极；HC1O和NaCl

D.a为阴极，b为阳极；HC1O和NaCl

B［有关反应有2NaCl+2H2O—2NaOH+H2f+Cl2t,Ch+

2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,因阳极生成CL,阴极生成NaOH,为使二者

充分作用，CL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、NaClOo］

4.用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极质量增加ag时，在阳极上

同时产生8