1、1第 2 课时 电解原理的应用目标要求 1.了解氯碱工业，电镀，冶金的原理。2.掌握电解原理及其应用。电解原理的应用1氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。电极的反应式(并注明反应类型)阳极：2Cl 2e =Cl2 (氧化反应)；阴极：2H 2e =H2 (还原反应)。总反应式：2NaCl2H 2O 2NaOHCl 2H 2。= = = = =电 解 其中阴极反应中的 H 是由水电离产生的。2电镀(1)电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀Error!在电镀过程中，电镀液的浓度不变。3电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银)(1)粗铜作阳极，电
2、极反应 Cu2e =Cu2 ；精铜作阴极，电极反应 Cu2 2e =Cu；电解质溶液 CuSO4溶液。(2) 活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。4电冶金制取金属Na、Ca、Mg、Al 等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极：2Na 2e =2Na，阳极：2Cl 2e =Cl2，总反应式：2NaCl(熔融) 2NaCl 2。= = = = =电 解 知识点一 氯碱工业1.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
3、收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )Aa 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaClBa 为负极，b 为正极；NaClO 和 NaClCa 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaClDa 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCl答案 B解析 电解饱和食盐水的方程式为 2NaCl2H 2O 电解,2NaOHH 2Cl 2，NaOH 在阴极区生成，Cl 2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与 NaOH 反应。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成
4、的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的 NaOH 吸收。反应为2Cl22NaOH= =NaClNaClOH 2O。还应注意的是图中电极 a、b 是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的 a 为电源的负极，则 b 为正极。2.如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：(1)X 的电极名称是_极，发生的电极反应式为_，Y 极的电极材料是_，检验 X 极产物的方法是_。(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致 X 极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现 X 极附近出现了白色沉淀，此沉淀是_(填化学式)，其形成原因是_，该沉淀在空气中放置，现
5、象是_。(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是_，阳极室(A 处)加入_，阴极室(B 处)加入_，离子交换膜只许_离子通过。答案 (1)阳 2Cl 2e =Cl2 Fe 用湿润的淀粉碘化钾试纸放在 X 极附近，若试纸变蓝，说明生成了 Cl2(2)Fe(OH)2 铁作阳极时被氧化为 Fe2 ，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H 2e =H2，生成的 OH 与 Fe2 结合成 Fe(OH)2 先变灰绿色，后变红褐色(3)防止 H2与 Cl2混合发生爆炸，防止 Cl2与 NaOH 反应生成 NaClO，使 NaOH 不纯 饱和食盐水 纯水(或 NaO
6、H 稀溶液) Na 解析 与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若接反则金属 Fe 失去电子而产生 Fe(OH)2沉淀。知识点二 电镀池及电冶金3在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是( )A锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含 Fe2B锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含 Zn2C锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含 Fe3D锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含 Zn2答案 D解析 要在铁制品上镀锌，应该用锌作阳极，铁制品作阴极，含有 Zn2 的溶液作电镀液，所以 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
7、列叙述正确的是(已知：氧化性 Fe2 FeNiCuPt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn 2 阴极质量的增加。C：溶液中除了 Fe2 和 Zn2 还有 Ni2 、H 等。知识点三 电化学计算5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定时间，测得电极增重总和 2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为( ) A41 B11 C43 D34答案 C解析 串联电路中，相同时间内各电极得或失的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，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电
8、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 1 mol 电子转移时，生成的气体的物质的量分别是 0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol 和 0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl 2)0.5 mol0.5 mol 1 mol，无色气体(O 2和 H2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。6把两支惰性电极插入 500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为3.0 时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出
9、银的质量是( )A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg答案 B解析 由电子守恒知，e OH H Ag，所以 n(Ag) n(H )。AgNO 3溶液电解后产生酸，产生的 H 的物质的量可由 pH 差来计算：pH 从 6.0 变为 3.0，即c(H )10 3 molL1 10 6 molL1 10 3 molL1 。所以 n(Ag) n(H )10 3 molL1 0.5 L510 4 mol，m(Ag) n(Ag)M510 4 mol108 gmol1 0.054 g，即 54 mg。练基础落实1在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是( )A都是轻金属 B
10、都是活泼金属C成本低廉 D这些金属的化合物熔点较低答案 B解析 金属冶炼方法的选取主要依据的是金属的活泼性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。2电解 CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：阳极质量减少；阴极质量增加；电解液中 c(Cu2 )不变，则可选用的电极是( )A含 Zn、Ag 的铜合金作阳极，纯铜作阴极B纯铜作阳极，含 Zn、Ag 的铜合金作阴极C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极D用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极答案 B解析 根
11、据，须选择非惰性电极(除石墨、金、铂外的电极)作阳极；根据，须选择纯铜为阳极，含有 Cu2 的盐溶液(如硫酸铜溶液)作电解液。至于阴极材料则选择的余地4较大，如 B 选项中用含 Zn、Ag 的铜合金作阴极，当然也可用纯铜、石墨、铂等作阴极。3已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“” ，另一个接线柱旁标有“” 。关于标有“”的接线柱，下列说法中正确的是( )A充电时作阳极，放电时作正极 B充电时作阳极，放电时作负极C充电时作阴极，放电时作负极 D充电时作阴极，放电时作正极答案 A解析 对于蓄电池，充电和放电过程中发生的电极反应相反。铅蓄电池标有“”
12、的接线柱，表示原电池的正极，放电时该极发生还原反应，当充电时，该极发生氧化反应，因此标有“”的接线柱，充电时作阳极。4依据下图判断，下列叙述正确的是( )A是原电池，是电镀装置B、装置中锌极上均发生氧化反应C、装置中，铜极均发生氧化反应而溶解D、装置中 Cu2 浓度基本不变答案 A解析 仔细观察三个装置，为原电池，电极反应式为负极(Zn)：Zn2e =Zn2 ，正极(Cu)：Cu 2 2e =Cu，为电镀池，电极反应式为阳极(Cu)：Cu2e =Cu2 ，阴极(Zn)：Cu 2 2e =Cu，为电解池，电极反应式为阳极(Zn)：Zn2e =Zn2 ，阴极 Cu：Cu 2 2e =Cu。练方法技
13、巧5500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO )6.0 molL1 ，用石墨作电极电 3解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 22.4 L 气体 (标准状况)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( )A原混合溶液中 c(K )为 4 molL1B上述电解过程中共转移 4 mol 电子C电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5 molD电解后溶液中 c(H )为 2 molL1答案 B解析 阴极上分段发生以下两个反应：Cu 2 2e =Cu,2H 2e =H2，阳极反应式为4OH 4e =2H2OO 2，当阳极产生 22.4 L 氧气时，转移电子 4
14、 mol，此时阴极上 H 放电 2 mol，还有 2 mol 电子转移来自于 Cu2 放电，析出 Cu 1 mol，溶液中 c(K ) c(NO ) 32 c(Cu2 )6.0 molL1 2 2.0 molL1 ，故 A、C 项错，B 项正确；根据电荷守恒，电解后溶液中 c(H )2 c(Cu2 )4 molL 1 ，D 项错。6用惰性电极电解 M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L氧气(标准状况)，从而可知 M 的相对原子质量为( )A. B. C. D.22.4 axb 11.2 axb 5.6 axb 2.5 axb答案 C5解析 根据得失电子守恒列
15、出物质间的对应关系，设 M 的相对原子质量为 Mr。Mx xe O2x4Mr g 22.4 Lx4a g b L解得 Mr 。22.4ax4b 5.6axb练综合拓展7某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解质溶液：A 电极 B 电极 X 溶液甲 Cu Zn H2SO4乙 Pt Pt CuCl2丙 Fe Cu ？(1)甲同学在实验中将电键 K5闭合，Zn 电极上的电极反应式为_。(2)乙同学准备进行电解 CuCl2溶液的实验，则电解时的总反应方程式为_；实验时应闭合的电键组合是_。(从下列五项中选择所有可能组合，第三小题也在这五项中选择)A
16、K 1和 K2 BK 1和 K3 CK 1和 K4 DK 2和 K3 EK 2和 K4(3)丙同学准备在 Fe 上镀 Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为_，实验时，应闭合的电键组合是_(选项如上)。答案 (1)Zn2e =Zn2(2)CuCl2 CuCl 2 C、D= = = = =电 解 (3)CuCl2或 CuSO4 D解析 (1)甲同学在实验中将电键 K5闭合，装置为原电池，较活泼的 Zn 为原电池负极，电极反应式为 Zn2e =Zn2 。(2)乙同学用惰性电极电解 CuCl2溶液，电解时的总反应方程式为 CuCl2Cu= = = = =电 解 Cl2，实验时应闭合 K1和
17、 K4或 K2和 K3。(3)丙同学准备在 Fe 上镀 Cu，则 Fe 为电镀池阴极，接电源负极，Cu 为电镀池阳极，接电源正极，实验时应闭合 K2和 K3。应选择含有 Cu2 的电解质溶液为电解液。8氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为6_，与电源负极相连的电极附近，溶液 pH_(选填“不变” 、“升高”或“下降”)。(2)工业食盐中含 Ca2 、Mg 2 等杂质，精制过程中除去这些杂质时发生反应的离子方程式为_、_。(3)如果粗盐中 SO 含量过高，必须添加钡试剂除去 SO ，该
18、钡试剂可以是24 24_(填写字母序号，下同)。ABa(OH) 2 BBa(NO 3)2 CBaCl 2(4)为有效除去 Ca2 、Mg 2 、SO ，加入试剂的合理顺序为_。24A先加 NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂B先加 NaOH，后加钡试剂，再加 Na2CO3C先加钡试剂，后加 NaOH，再加 Na2CO3(5)脱盐工序中利用 NaOH 和 NaCl 在溶解度上的差异，通过_、冷却、_(填写操作名称)除去 NaCl。(6)用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止 Cl2与 NaOH 反应；采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl 2与 NaOH 充分接触，得到的产物仅是
19、 NaClO 和 H2，则与该反应相应的化学方程式为_。答案 (1)2Cl 2e =Cl2 升高(2)Ca2 CO =CaCO323Mg2 2OH =Mg(OH)2(3)AC (4)BC (5)蒸发 过滤(6)NaClH 2O NaClOH 2(或= = = = =电 解 2NaCl2H 2O H2Cl 22NaOH；Cl 22NaOH= =NaClNaClOH 2O)= = = = =电 解 解析 (1)电解饱和食盐水，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式是2Cl 2e =Cl2；与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式是 2H 2e =H2，消耗 H ，产生 OH ，所以溶液的 pH 升高
20、。(2)除去 Ca2 ：Ca 2 CO =CaCO3，除去 Mg2 ：Mg 2 2OH =Mg(OH)2，由23于 Mg(OH)2的溶解能力小于 MgCO3，所以 Mg2 与 CO 、OH 混合时，一般是生成 Mg(OH)223沉淀。(3)除去 SO ，应选择 Ba2 ，如果加入 Ba(NO3)2，溶液中会引进新的杂质，加入24Ba(OH)2、BaCl 2不会增加新的杂质，选 A、C。(4)除去杂质时加入 Ba2 和 OH ，无先后之分，但 Na2CO3一定要在最后加入，因为 CO23还要除去多余的 Ba2 ，过滤沉淀后即认为 NaCl 被提纯，选 B、C。(5)脱盐实际上是分离 NaOH 和 NaCl，由于 NaCl 溶解度小，因而 NaCl 首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得 NaCl 晶体，滤液进一步精制得 NaOH。(6)将 2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2和= = = = =电 解 Cl22NaOH= =NaClNaClO H2O 合并，即可得出答案。
