1、第四课时 电解原理的应用明课程标准扣核心素养1.认识电能转化为化学能的实际意义及其重要应用。2.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。3.能根据电解池的工作原理设计简单的电解池。证据推理与模型认知：能认识和建构电解池应用装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件及适用范围。科学态度与社会责任：能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献，主动关心与环境保护、资源开发有关的社会热点问题，形成与环境和谐共处，合理利用自然资源的观念。 电解饱和食盐水时，发生如下反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。问题探讨1在氯化钠溶液中存在Na、H、Cl和OH，通电后离子的移动方向如何？根据
2、实验事实指出哪些离子优先在电极上发生反应。提示：通电后，Cl、OH移向阳极，阳极产生Cl2说明Cl优先在阳极上放电，Na、H移向阴极，阴极上产生H2说明H优先在阴极上放电，同时得到OH。2电解时阳极产生Cl2，阴极产生H2、NaOH，请写出阴极和阳极的电极反应式。提示：阴极：2H2O2e=H22OH阳极：2Cl2e=Cl2。3电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，与下面的装置对比，这样做的优点是什么？提示：工业用离子交换膜电解槽来制烧碱，阳离子交换膜把电解池分成阳极室和阴极室，从而避免了Cl2与NaOH溶液的接触反应，提高了NaOH的纯度。精制食盐水的方法(除去食盐中的Ca2、Mg2、SO
3、)除上述操作顺序外，还可以是或(去掉过滤)(增加过滤)。1下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述中，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KI溶液，溶液呈棕色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解析：选B用惰性电极电解NaCl溶液，阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2，有Cl2生成；Cl2可与KI反应生成I2，I2溶于水呈棕色；阴极的电极反应为2H2O2e=H22OH，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色；电解液中有NaOH生成，溶液呈碱性。2如图为工业上氯碱工业的电解槽
4、示意图，据图回答下列问题：(1)图中a、c物质分别是a_、c_(填“名称”)；b是_(填“符号”)。 (2)若没有阳离子交换膜，则电解一段时间后在电解槽的溶液中可能发生的化学反应方程式为_。(3)写出工业上电解饱和食盐水的化学方程式：_。解析：(1)工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气和烧碱，在阳极区域加入饱和食盐水，氯离子在阳极上放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时电极附近有氢氧化钠生成，所以在阴极区域产生氢氧化钠，阳离子交换膜只能阳离子通过，钠离子通过阳离子交换膜进入阴极区；(2)阳极上生成的氯气会与阴极区生成的氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，反应的化学方程式为Cl22NaOH=
5、NaClNaClOH2O，氢气和氯气反应生成氯化氢，反应的化学方程式为Cl2H2=2HCl；(3)电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠，反应的化学方程式为2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。答案：(1)饱和食盐水氢氧化钠溶液Na(2)Cl22NaOH=NaClONaClH2OCl2H2=2HCl(3)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 实验电镀铁钉镀锌实验装置图实验现象解释或化学方程式问题探讨1怎样设计实验在铁钉上镀锌，请绘制出实验装置图，指出电极材料及离子导体。提示：2实验中观察到哪些实验现象？如何解释？提示：实验中观察到的实验现象：铁钉表面有银白色镀层生成。解释：在阴极发生反应：
6、Zn22e=Zn，析出的Zn逐渐覆盖在铁钉上形成银白色镀层。3电镀一段时间后，电镀液的浓度发生改变吗？提示：阳极：Zn2e=Zn2，阴极：Zn22e=Zn2，故电镀的过程可以看做将阳极上的锌搬运到阴极上，所以电镀液(ZnCl2溶液)浓度不变。1电镀(1)定义：电镀是应用电解的原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(2)电镀装置(3)目的：使金属增强抗腐蚀能力，提升美观和增加表面硬度。(4)原理：电镀时，通常把镀层金属作阳极，待镀金属制品(镀件)作阴极，含镀层金属离子的溶液作电解质溶液。在直流电源的作用下，阳极金属失电子，溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，溶液中该金属离
7、子在阴极获得电子被还原为金属，覆盖在镀件上。(5)实例如在铁制品表面镀铜，可用CuSO4溶液作电解质溶液，电极反应式分别为阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。记忆口诀电镀规律口诀：镀层阳极待镀阴，镀层离子溶液跟。我与电解共原理，浓度不变要记真。2电解精炼铜(1)目的降低粗铜中的杂质含量，从而提高铜的性能。回收粗铜中的金、银等贵重金属。(2)电解精炼铜的装置图(3)电解特点电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn2、Fe2、Ni2、Cu2等，阴极得到精铜，但电解液中Cu2的浓度减小。3电冶金(1)电冶金电冶金：由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电
8、解法是冶炼金属的一种重要方法。本方法适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。(2)电解法制取活泼金属电解熔融氯化钠制取金属钠阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2Na2e=2Na电解反应：2NaCl(熔融)2NaCl2电解熔融MgCl2制取金属Mg阴极：Mg22e=Mg阳极：2Cl2e=Cl2电解反应：MgCl2(熔融)MgCl2电解熔融Al2O3制取金属Al阴极：4Al312e=4Al阳极：6O212e=3O2电解反应：2Al2O3(熔融)4Al3O2名师点拨(1)电镀特点：“一多、一少、一不变”。一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶
9、液的浓度不变。(2)电解精炼铜时，由于在阳极上溶解的金属有Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒可知，阳极产生的铜离子数目和阴极得电子变成单质铜的铜离子数目不相等，所以电解质溶液中Cu2的浓度减小。1利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是()A通电后，Ag向阳极移动B银片与电源负极相连C该电解池阴极发生的电极反应可表示为Age=AgD当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初解析：选C铜牌上镀银，银片为阳极，Ag向阴极移动，阴极反应为Age=Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初
10、。2金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(氧化性：Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应为Ni22e=NiB电解过程中，阳极质量减少的量与阴极质量增加的量相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中不可能有Fe和Zn解析：选D电解池阳极发生氧化反应：Ni2e=Ni2(主要)。因为粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，电解过程中，阳极会溶解Fe、Zn、Ni，而阴极只析出Ni，故阳极质量减少的量与阴极质量增加的量不相等。电解后，溶液中存在的金属阳离子除Fe2和Zn2外，还
11、有Ni2，电解槽底部的阳极泥中不可能存在Fe、Zn，因为Fe、Zn比Ni活泼。 1计算方法有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种计算方法：电子守恒法计算用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等电解反应式计算先写出电极反应式，再写出电解反应方程式，最后根据电解反应方程式列比例式计算关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式2等量关系(1)电解池中阳极失去的电子总数阴极得到的电子总数。(2)当电流通过一个或
12、多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。(3)常见电化学计算的对应关系：H2Cl2O2Cu2Ag2H2OH。如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体的物质的量之比为n(H2)n(Cl2)n(O2)110.5。题型一单一溶液电解的计算例1以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，则阴极上析出铜的质量为()A0.64 g B1.28 gC2.56 g D5.12 g解析2CuSO42H2O2Cu O22H2SO4 0.020 0 mol 0.010 0 molm(Cu)0.020 0 mo
13、l64 gmol11.28 g。答案B反思归纳写出电极反应式及电解反应方程式，用关系式计算、总反应式计算、电子守恒法计算均可快速求解。题型二混合溶液电解的计算例2将1 L含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)()A3.36 L B5.6 LC6.72 L D13.44 L解析根据电解原理知，阴极的电极反应式为Cu22e=Cu，由题意知，在阴极上析出0.3 mol Cu，则转移0.6 mol电子；阳极的电极反应式为2Cl2e=C
14、l2，Cl完全放电时，转移的电子数为0.4 mol，生成0.2 mol Cl2，故根据得失电子守恒分析，阳极上Cl放电完全后，OH放电，即4OH4e=2H2OO2，转移电子的物质的量为0.2 mol时，生成0.05 mol O2，故阳极放出气体的体积为(0.2 mol0.05 mol)22.4 Lmol15.6 L。答案B反思归纳首先分析电解质溶液中的阴、阳离子，依据放电顺序确定阴极、阳极放电的离子，结合题目信息写出阴极、阳极的电极反应式，利用电子守恒法进行计算。题型三串联装置电解的计算例3如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 molL1的CuCl2溶液，B池中加入0
15、.1 molL1的AgNO3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()A2241 B1121C2111 D2121解析由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2eCuCl22AgO2，所以a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比为2241。答案A反思归纳串联装置各电极转移的电子数相等，可根据电子守恒建立的关系式快速计算。 四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列
16、叙述正确的是()Ab、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜B通电后室中的Cl透过c迁移至阳极区C、室中的溶液的pH均升高D电解反应为4NaCl6H2O4NaOH4HCl2H2O2提示：由图中信息可知，左边电极与电源负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H，阴极上H2O放电生成H2和OH；H透过c膜，Cl透过b膜，二者在b、c之间的室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na透过a膜，NaOH的浓度变大，所以a是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，中溶液的c(OH)升高，pH升高
17、，中为NaCl溶液，pH不变，中有HCl生成，故c(H)增大，pH减小，中H移向，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H)增大，pH减小，C不正确。反思归纳含离子交换膜电化学装置题的解题步骤1电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将NO降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是()A电源的正极为b极B电解时H从膜右侧迁移到膜左侧CAgPt电极反应为2H2O4e=4HO2D若转移的电子数为1.2041024，生成N2 5.6 g解析：选D根据题意分析可知，AgPt电极作阴极，b极为电源负极，A项错误；阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，B项错误；阴极得电子，C项错误；根据N原子守
18、恒可知2NON210e，若转移电子数为1.2041024即转移2 mol电子时，生成0.2 mol N2，N2的质量为5.6 g，D项正确。2KIO3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_。解析：(1)该装置为电解池，电解时阴极电解质为KOH，由水电离出的氢离子放电，故电极反应式为2H2O2e=2OHH2；(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K，在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极，故K由a到b迁移。答案：(1)2H2O2e=2OHH2(2)K由a到b 分级训练课课过关_ _1下面有关电化
19、学的图示，完全正确的是()解析：选DA为原电池，锌应为负极；B为电解精炼铜的装置，粗铜应为阳极；C为电镀池，镀件铁片应该为阴极；D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用淀粉碘化钾溶液检验氯气，阴极析出的氢气，用向下排空气法收集。2若在铜片上镀银时，下列叙述正确的是()将铜片接在电源的正极上；将银片接在电源的正极上；在铜上发生的反应是Age=Ag；在银片上发生的反应是4OH4e=O22H2O；需用硫酸铜溶液作为电镀液；需用硝酸银溶液作为电镀液A B C D解析：选B在铜片上镀银，铜片作阴极，电极反应式为Age=Ag；银片作阳极，电极反应式为Age=Ag；电解液
20、应含有Ag，故B正确。3常温下，如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu时，、中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL且电解前后溶液体积变化忽略不计)()A13、7、1 B12、7、2 C1、7、13 D7、13、1解析：选An(Cu)0.005 mol，由电极反应式Cu22e=Cu可知，转移的电子的物质的量为0.01 mol，电解时，、中电解反应方程式分别为2KCl2H2O2KOHH2Cl2、2H2O2H2O2、2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。中生成0.01 mol OH，c(OH)0.1 molL1，pH13；中电解实质是电解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH7；
21、中生成0.01 mol H，c(H)0.1 molL1，pH1，故A正确。4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x g，则()A电解液质量增加x g B阴极质量增加x gC阴极质量增加b g，bM(Cu)，且还有一部分Ag要形成阳极泥，所以阳极减少的金属的质量大于阴极析出铜的质量，即bx，所以B项错误， C项正确，D项错误；若阴极析出铜的质量为b g，阳极落入阳极泥的Ag为m g，则电解质溶液增加的质量为(xmb)g，A项错误。5氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解
22、饱和食盐水制烧碱的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：(1)写出电解精制饱和食盐水的离子方程式：_。(2)离子交换膜的作用为_。(3)精制饱和食盐水从图中_位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(填“a”“b”“c”或“d”)解析：(1)电解精制饱和食盐水时可制得氯气、氢气、烧碱，反应的离子方程式为2Cl2H2O2OHH2Cl2。(2)阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子和气体不能通过，用石墨作电极电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气不能通过阳离子交换膜进入阴极，如果氯气进入阴极则易和氢气混合发生爆炸，且易和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠而导致制取的氢氧化钠不纯。(3)电解槽中阴极上氢离子放电生成氢气，水的电离平衡正向移动，氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d；氯气在阳极生成，根据装置图分析可知精制饱和食盐水从阳极补充，即进口为a。答案：(1)2Cl2H2O2OHH2Cl2(2)既避免了Cl2与H2混合光照下发生爆炸，又防止了Cl2与NaOH溶液的反应(3)ad
