精品高中化学鲁科版选修4教学案:第1章 第2节 第2课时 电解原理的应用 Word版含解析.doc
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1、中学化学精品资料第2课时电解原理的应用课标要求1掌握工业电解饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气的原理。2了解电镀、电解精炼的原理及应用。3能够应用电解原理判断离子的氧化性或还原性强弱并进行相关计算。1电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2,其中阳极产物为Cl2,阴极产物为NaOH和H2。2电解精炼铜时,粗铜做阳极,精铜做阴极,含有铜离子的溶液为电解质溶液。3电镀时,镀层金属做阳极,镀件做阴极,含镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。以下为电解NaCl溶液的装置示意图,填写下面空格。(1)实验现象阳极上有黄绿色有刺激性气味的气体产生。阴极上有气体产生,阴极附近溶液变红色。(
2、2)实验结论:用惰性电极电解饱和食盐水,生成H2、Cl2和NaOH。(3)放电顺序及电极反应阳极离子放电顺序:ClOH,电极反应:2Cl2e=Cl2(氧化反应)。阴极离子放电顺序:HNa,电极反应:2H2e=H2(还原反应)。(4)电解反应的化学方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。离子方程式:2Cl2H2O2OHH2Cl2。特别提醒因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应,Cl2和NaOH会发生反应,因此氯碱工业中常用特殊的电解槽电解饱和食盐水,为避免电解产物之间发生反应常用阳离子交换膜将两极溶液分开,阳离子能通过阳离子交换膜,而阴离子不能通过。1关于电解NaCl水溶液,下列叙述正
3、确的是()A若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色B若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色C电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠D电解时铁作阳极解析:选B阳极反应:2Cl2e=Cl2,因此阳极区加入KI,因Cl2将I氧化为I2,溶液呈棕色;阴极反应:2H2e=H2,H放电则OH增多,溶液呈碱性,使酚酞溶液变红;若用铁作阳极,电极本身被氧化,不能得到氯气。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()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解析:选DA项,电解饱和食盐水时,若电极为惰
4、性电极,则两极分别产生氯气和氢气,而现在Cu作电极时仍产生两种气体,说明Cu为阴极,石墨为阳极,则石墨电极附近有氯气产生,错误;B项,石墨为阳极,Cu为阴极,氢离子在阴极放电生成氢气,则铜电极附近溶液先变红,错误;C项,电解池中的阳离子向阴极移动,所以钠离子向Cu极移动,错误;D项,铜电极为阴极,发生还原反应,正确。1铜的电解精练(1)装置(2)电极反应式阳极:Cu(粗铜)2e=Cu2阴极:Cu22e=Cu。(3)杂质变化铜的电解精炼过程中,Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属在阳极放电变成金属阳离子进入溶液,电极反应式分别为Zn:Zn2e=Zn2;Ni:Ni2e=Ni2;Fe:Fe2e=Fe2。
5、不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部,形成阳极泥。特别提醒(1)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质,同时间段内两电极质量改变不相等,但两电极通过电量相等。(2)电解过程中,阴离子浓度不变,Cu2浓度减小,Fe2、Zn2、Ni2浓度增大。2电镀(1)概念应用电解原理,在金属或非金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程称为电镀。(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)示例电镀时,镀层金属做阳极,待镀金属制品做阴极,含镀层金属阳离子的溶液做电镀液。铁钉上镀铜如下所示:阴极待镀的金属制品:铁钉阳极镀层金属:铜电镀液含有镀层金属离子的盐溶液:
6、CuSO4溶液装置图电极反应阳极:Cu2e=Cu2阴极:Cu22e=Cu特别提醒电镀的特点:“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。1判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)精炼铜装置中,粗铜做阴极,精铜做阳极。()(2)精炼铜后,电解质溶液中含Zn2、Cu2、Ag、Fe2等阳离子。()(3)精炼铜过程中,电解质溶液中Cu2不变。()(4)精炼铜装置中,阴极得到32 g铜,阳极电子转移1 mol。()(5)精炼铜过程中,OH在阳极放电,Cu2在阴极放电。()2下列关于电解
7、法精炼粗铜的叙述中不正确的是()A粗铜板作阳极B电解时,阳极发生氧化反应,阴极反应为Cu22e=CuC粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质,电解后以单质形式沉积槽底,形成阳极泥D电解铜的纯度可达99.95%99.98%解析:选CFe、Zn、Ni比Cu活泼,电解时首先放电,不会形成阳极泥。3在铁制品上镀一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是()A锌做阳极,铁制品做阴极,溶液中含有锌离子B铂做阴极,铁制品做阳极,溶液中含有锌离子C铁做阳极,铁制品做阴极,溶液中含有亚铁离子D锌做阴极,铁制品做阳极,溶液中含有亚铁离子解析:选A根据电镀原理,应用镀层金属做阳极,镀件做阴极,含有镀层金属离子的电解质溶液做
8、电镀液。4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Cu2e=Cu2D阴极反应都只有Cu22e=Cu解析:选DA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Zn2e=Zn2的反应。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总反应式计算先写
9、出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应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)当电流通过一个或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。(2)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物质的量之比为n(H2)n(Cl2)n(O2)110.5。1把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中,通入直流电电解。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
10、积变化可以忽略),电极上析出银的质量大约是()A27 mgB54 mgC108 mg D216 mg解析:选B由题意知电解AgNO3溶液时,阳极生成O2和HNO3,阴极生成Ag,n(H)cV1030.55104 (mol),若设生成Ag为x,则AgH1 mol1 molx5104 molx5104 mol,m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。2如图所示,若电解5 min时,测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答:(1)电源中X极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况)气体,溶液体积为200 mL(电解前后溶液的
11、体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)_ molL1。(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,则电解后溶液的c(OH)_ molL1。解析:(1)铜极增重,说明银在铜极析出,则铜极为阴极,X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g,即析出0.02 mol Ag,线路中通过0.02 mol电子。由4eO2,可知B中产生的O2只有0.005 mol,即112 mL。但B中共收集到224 mL气体,说明还有112 mL气体是H2,即Cu2全部在阴极放电后,H接着放电产生了112 mL H2,则通过0.01 mol 电子时,Cu2已完全变为Cu单质。由2eCu,可知n(Cu2)0.005 m
12、ol,则c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由4e4OH知,A中生成0.02 mol OH,c(OH)0.1 molL1。答案:(1)负(2)0.025(3)0.1三级训练节节过关1下列描述中,不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极B电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌,用锌作阳极解析:选A电解池的阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时,若用Fe作阳极,会发生Fe2e=Fe2,Fe2移动到阴极上发生Fe22e=Fe,使得到的Al不纯。2电镀在工业上有着广泛的应用,可以镀锌、镀铜、镀金等
13、。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌,即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法中正确的是()A通电后,Ag向阳极移动B银片与电源负极相连C该电解池的阴极反应可表示为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均能溶解,铜牌不可能恢复如初。3按下面甲图装置进行实验,若图乙的x轴表示流入电极的电子的量,则y轴不可能表示的情况是()Ac(Ag)Bc(NO)C溶液的pH D银棒质量解析:选D此装置为铁上镀银,电镀一段时间后,c(Ag)、c(NO)、溶液的p
14、H基本不变,而银棒质量减小。4粗铜性脆,要加工成铜丝非常困难,粗铜必须经过电解精炼方能被广泛利用。下列关于粗铜精炼的叙述中正确的是()A粗铜与电源的正极相连B电解过程中,电解质溶液中的Cu2浓度保持不变C电解后,溶液中存在的阳离子只有HD电解后,电解槽底部的阳极泥毫无价值解析:选A当粗铜中的杂质Zn、Fe、Ni等在阳极溶解时,Cu2在阴极上被还原,因而溶液中Cu2的浓度有所降低,B项错误;电解后,溶液中存在的Fe2、Zn2和Ni2等阳离子的氧化性弱于Cu2而不被还原,C项错误;阳极泥的成分是在阳极上没有放电的Ag、Au、Pt,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底,可以作为提炼这些重金属的原料,D
15、项错误。5.电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池,其中a为电解质溶液,X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:(1)X的电极名称是_(填写“阳极”或“阴极”)。(2)若X、Y都是惰性电极。a是饱和食盐水,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,一段时间后,Y极上的电极反应式为_。(3)若X、Y都是惰性电极,a是CuSO4溶液,电解一段时间后,阳极上产生气体的体积为0.224 L(标准状况下),则阴极上析出金属的质量为_g。(4)若要用该装置电解精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则Y电极的材料是_。(5)若要用电镀方法在铁表面镀一层金属银,应该选择的方案是
16、_。(填字母编号)方案XYa溶液A银石墨AgNO3B银铁AgNO3C铁银Fe(NO3)3D铁银AgNO3解析:(1)X电极与电源的负极相连,为阴极。(2)Y电极连接电源的正极,故为电解池的阳极,发生氧化反应:2Cl2e=Cl2。(3)阳极反应为4OH4e=O22H2O,生成0.224 L氧气,失去电子的物质的量为40.04 mol,阴极反应为Cu22e=Cu,根据得失电子守恒,析出铜的质量为64 gmol11.28 g。(4)电解精炼铜时,粗铜为阳极连接电源的正极,即Y电极为粗铜。(5)电镀时,镀件为阴极,A、B项错误;镀层金属为阳极,而含镀层金属离子的溶液为电镀液,C项错误,D项正确。答案:
17、(1)阴极(2)2Cl2e=Cl2(3)1.28(4)粗铜(5)D1化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是()A铁表面镀锌,铁作阳极B工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl2e=Cl2C电解法精炼粗铜,用精铜作阳极D电解MgCl2饱和溶液,可制得金属镁解析:选B选项A,铁应该作阴极。选项B,电解饱和食盐水时,Cl在阳极失去电子变为Cl2。选项C,电解法精炼粗铜,应该用精铜作阴极,粗铜作阳极。选项D,电解MgCl2饱和溶液,发生的化学反应为MgCl22H2OMg(OH)2Cl2H2,不会产生金属镁。2利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是()A
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