第4章第2节-电解池(第2课时-电解应用)(教师版)

《2021-2022学年高二化学同步精品学案（新人教版选择性必修1）》第四章化学反应与电能第二节电解池第2课时电解原理的应用二、电解饱和食盐水1、原理分析电解饱和食盐水原理示意图符号表征阳极反应2Cl－－2e－=Cl2↑阴极反应2H2O＋2e－H2↑＋2OH－离子反应方程式2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－总反应方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋NaOH〔深入思考〕理论上讲，阴极室加入纯水即可，但在实际生产中，纯水中要加入少量NaOH溶液，其原因是增强导电性，提高电解效率，且不影响NaOH的纯度。【知识拓展】离子交换膜的作用：一种选择性透过膜，允许相应离子通过，不允许其它离子及气体分子通过。常见种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜。〔思考与讨论〕（1）根据电解饱和食盐水原理示意图，判断装置中交换膜为阳离子交换膜，理由是右侧为阴极区，根据箭头方向，应该是阳离子向阴极区移动。（2）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，原因是什么?

①提示一，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提示二，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。2、工业应用：（1）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。工业生产中，这个反应在阳离子交换膜电解槽进行。（2）产品及应用：仔细阅读教材P103，体会电解饱和食盐水产品及其广泛的应用二、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。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。1、铁上镀铜工作原理电镀池工作原理示意图符号表征溶液变化阳极反应Cu－2e－=Cu2＋电解质溶液成分不变；电解质溶液浓度不变。（填“变”或“不变”）阴极反应Cu2＋＋2e－=Cu2、电镀池的构成eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(阳极：镀层金属；,阴极：待镀金属；,电镀液：含有镀层金属离子的溶液))三、电解精炼铜：粗铜中含有一些杂质，利用电解原理，把粗铜(含Zn、Ag、Au等杂质)作阳极，使其中失电子能力比Cu强的金属失电子形成金属阳离子溶解，失电子能力比Cu弱的金属难以在阳极溶解，它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”，从而达到Cu与杂质分离的目的。1、电解精炼铜工作原理电解精炼铜工作原理示意图符号表征溶液变化阳极反应Zn－2e－=Zn2＋电解质溶液成分变；电解质溶液浓度变。（填“变”或“不变”）沉积在溶液中的阳极泥成分为Ag、Au。Cu－2e－=Cu2＋阴极反应Cu2＋＋2e－=Cu2、精炼铜电解池的构成eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(阳极：粗铜(含锌、银、金等杂质)，,阴极：纯铜；,电解质溶液：CuSO4溶液))〔精益求精〕（双选）关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()A．阳极失电子总数和阴极得电子总数都相等B．阳极减少的质量和阴极增加的质量都相等C．电解液的成分和浓度都保持不变D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－Cu【答案】AD〔解析〕A项，在电解池中，阳极失电子总数和阴极得电子总数必然相等，正确；B项，电镀铜装置中，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等，精炼铜装置中，因为杂质的存在，阳极减少的质量和阴极增加的质并不相等，错误；C项，电镀铜，电解液的成分和浓度保持不变，精炼铜，电解液的成分和浓度均变化，错误；D项，阴极反应都只有Cu2＋＋2e－Cu，正确。四、电冶金：用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，电解其熔融态的化合物。总反应化学方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解))2Na＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2Na+＋2e－=2Na冶炼镁MgCl2eq\o(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Mg2＋＋2e－=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解),\s\do10(冰晶石))4Al＋3O2↑（冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。）阳极：6O2-－12e－=3O2↑阴极：4Al3+＋12e－=4Al【预习检测】1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。（1）电镀池和精炼池在本质上都是电解池(√)（2）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。(×)（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(×)（4）粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阳极减少64g。(×)（5）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（√）2．某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是 ()A．石墨电极与直流电源负极相连B．用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变为蓝色C．氢氧化钠在阳极区附近产生，Na+向石墨电极迁移D．铜电极的反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－【答案】D〔解析〕A项，若Cu电极所连的是直流电源的正极，则Cu是阳极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，不符合氯碱工业原理，故石墨电极与直流电源正极相连，错误；B项，阴极(Cu极)反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，故用湿润的淀粉KI试纸在石墨电极附近检验气体，试纸不变蓝，错误；C项，氢氧化钠在阴极区附近产生，Na+向Cu电极迁移，错误；D项，H2O中H＋放电，正确。3．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A．氯碱工业中，X电极上反应式2H2O－4e－O2↑＋4H＋B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁【答案】D〔解析〕A项，氯碱工业中X电极（阳极）是Cl－放电生成Cl2，错误；B项，电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁等杂质，溶液中Cu2＋浓度变小，错误；C项，铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜，错误；D项正确。4．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，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－=NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt【答案】D〔解析〕A项，阳极应发生氧化反应：Ni－2e－=Ni2＋，错误；B项，由于Fe、Zn的还原性大于Ni，所以阳极同时还发生：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等，当两极通过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，错误；C项，电解质溶液中还含有Ni2＋错误；D项，Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，正确。5．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【答案】D〔解析〕由于粗铜中含有Zn和Ag，在电解过程中阳极先是锌失去电子，然后是铜失去电子，Ag落入阳极泥；而阴极一直是铜析出。在电解过程中，两极得失电子相等，所以溶解的锌和铜的物质的量之和等于析出的铜的物质的量，A、B正确，但由于M(Zn)>M(Cu)，且还有一部分Ag要落入阳极泥，所以阳极减少的金属的质量大于阴极析出铜的质量，即b<x，C项正确，D项错误。6．某兴趣小组设计如图微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up10(电解))Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－=2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极做正极【答案】D〔解析〕解答本题的关键是判断金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故铜比作阴极，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，电池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－，酚酞应在阴极区（铜电极）变红，A、B错误；当断开K1，闭合K2时组成氢气和氯气的燃料电池，铜作负极：H2－2e－=2H＋，而石墨做正极，C项错误、D项正确。7．在新冠肺炎疫情期间，“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都为碳电极。完成下列填空：（1）a为电源的________极，c为电解池的________极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。（2）d电极上发生的电极反应式：______________________，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＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))NaClO＋H2↑〔解析〕电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH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＋2NaOHNaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为：NaCl＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))NaClO＋H2↑。8．电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：（1）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，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_________________________________。（2）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_______________。（3）若想在铁上镀铝，则铁应该作极。①若用AlCl3水溶液作电解液，（“能”或“不能”）实现铁上镀铝？为什么。②离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式________________________，阳极电极反应式为。【答案】（1）aNOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－NO2↑＋H2O（2）2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋（3）阴①不能Al3＋在水溶液中不放电②4Al2Cleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(7))＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))Al+7AlCl4――3e－＝4Al2Cl7―〔解析〕（1）电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NOeq\o\al(－,3)被还原为NO2，电极反应式为NOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－NO2↑＋H2O。（2）略；（3）在铁上镀铝，故铁应作阴极，铝作阳极；①在水溶液中，Al3＋在水溶液中不放电，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－=H2↑；②因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)形式存在，则阴极的反应是4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，阳极的反应为Al+7AlCl4――3e－＝4Al2Cl7―。9．按下图装置进行实验，并回答下列问题：（1）判断装置的名称：A池为

。（2）锌电极反应式为。石墨棒C2为______极，电极反应式为。石墨棒C1附近发生的实验现象为。（3）当C2极析出2.24L气体（标准状态）时，锌的质量减少了g，CuSO4溶液的质量增加了g。【答案】（1）电解池（2）Zn-2e-=Zn2＋阳极2Cl－－2e－=Cl2↑溶液变红