高中化学同步讲练:1.2.2 电解原理的应用2(鲁科版选修4).doc
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1、 精品资料第2课时电解原理的应用学习目标定位1.熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理,会写其电极反应式及化学方程式。2.掌握电解的有关计算。1用惰性电极电解氯化钾溶液,阴极反应式是2H2e=H2,阳极反应式是2Cl2e=Cl2,电解的化学方程式是2KCl2H2O2KOHH2Cl2。电解后溶液的pH变化是增大;欲使电解后的溶液复原,需加入的物质是HCl气体。2在硫酸铜溶液中,插入两个电极进行电解。(1)若两极均为Pt电极,则阳极反应式是4OH4e=2H2OO2,阴极反应式是2Cu24e=2Cu,电解的化学方程式是2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。(2)若两极均为铜片,则阳
2、极反应式是Cu2e=Cu2,阴极反应式是Cu22e=Cu,电解过程中溶液的浓度变化是不变。(3)若阳极为锌片,阴极为铜片,则阳极反应式是Zn2e=Zn2,电解过程中两极的变化是阳极锌片不断溶解,阴极铜片质量不断增加。探究点一电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)通电前,氯化钠溶液中含有的离子:Na、Cl、H、OH。通电时Na、H移向阴极,H放电,Cl、OH移向阳极,Cl放电。电极反应式为阳极:2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极:2H2e=H2(还原反应)因H放电,导致水的电离平衡H2OHOH向右移动,致使生成NaOH。(2)电解的总反应式化学方程式:2NaCl2H2OH2Cl22NaOH;离子方
3、程式:2Cl2H2OH2Cl22OH;工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。2电解精炼铜(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质,常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极,用纯铜作阴极,用CuSO4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式:阳极为Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等,阴极为Cu22e=Cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子,产生的阳离子残留在溶液中,不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部,形成阳极泥,粗铜中的铜迁移到纯铜上。3电镀(1)根据图,回答下列问题:电极反应式阳极:Cu2e=Cu2;阴
4、极:Cu22e=Cu。可观察到的现象是铁件表面镀上一层红色的铜,铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。(2)电镀电镀是应用电解原理,在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀池的构成:一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液;把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;待镀金属制品与直流电源的负极相连,作阴极。归纳总结(1)氯碱工业:用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取NaOH、Cl2、H2,并以它们为原料生产一系列化工产品。(2)电镀特点是阳极本身参与电极反应,电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。(3)电解精炼中,比需要精炼的金属活泼的杂质溶解,而不比需要精炼的
5、金属活泼的杂质会沉积(如精炼镍时Cu也会沉积)。活学活用1关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极),下列叙述正确的是()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,溶液呈棕黄色C电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠D电解一段时间后,将全部电解质溶液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性答案B解析电解食盐水时发生的反应:阳极:2Cl2e=Cl2阴极:2H2e=H2总反应:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2对照分析选项,C错误;阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应:Cl22I=I22Cl,溶液呈棕黄色,B正确;阴极附近产生大量的OH
6、,滴加酚酞后附近溶液变红色,A错误;电解后生成NaOH,溶液呈碱性,D错误。2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是()A锌作阳极,镀件作阴极,溶液中含有锌离子B铂作阴极,镀件作阳极,溶液中含有锌离子C铁作阳极,镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子D锌作阴极,镀件作阳极,溶液中含有亚铁离子答案A解析本题考查的是电镀的原理。电镀原理是镀层金属作阳极,镀件作阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。探究点二电解的有关计算1将两支惰性电极插入CuSO4溶液中,通电电解。(1)当有1.0103 mol的OH放电时,溶液显浅蓝色,则在阴极上析出铜的质量是_。(2)若溶液的体积为1 L,忽略溶
7、液体积变化,在标准状况下放出5.6 mL O2时,溶液的pH是_。答案(1)0.032 g(2)3解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时,电极反应为阴极:2Cu24e=2Cu,阳极:4OH4e=O22H2O。当有1.0103 mol的OH放电时,生成标准状况下的O2为5.6 mL,此时转移电子为1.0103 mol,则在阴极上析出Cu:32103 g。(2)阳极:4OH4e=2H2OO24 mol 1 moln n1.0103 mol,消耗1.0103 mol OH,生成1.0103 mol H则H1.0103 molL1pHlgHlg(1.0103)3。2用惰性电极电解0.1 L M(NO
8、3)x的水溶液,当阴极上增重a g时,在阳极上同时产生b L(标准状况)O2,从而可知M的相对原子质量是_,溶液的pH是_(均用含有a、b、x的代数式表示)。答案lg解析由于阴、阳两极转移电子的数目相同,则有x4,或由关系式xO24M得x4,均可解出M gmol1。又由O24H可知:H4 mol0.1 Lb molL1,则pHlg。归纳总结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:(1)得失电子守恒法计算:用于串联电路、通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算,其依据是电路上转移的电子
9、数相等。(2)总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。(3)关系式计算:借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系式。活学活用3把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解质溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略),电极上应析出银的质量是()A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg答案B解析由电子得失守恒知,eOHHAg,所以n(Ag)n(H)。AgNO3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H
10、103 molL1,所以n(Ag)n(H)103 molL10.5 L5104 mol,m(Ag)n(Ag)M5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。4在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下),则原混合液中,Cu2的物质的量浓度为()A1 molL1 B2 molL1C3 molL1 D4 molL1答案A解析分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol,O2是由OH失去0.4 mol电子而得到,H2是由H得到0.2 mol电子而生
11、成。由电子得失守恒知,还有0.2 mol电子是Cu2得到的,故Cu2的物质的量是0.1 mol,则Cu2的物质的量浓度为1 molL1。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,用锌作阳极答案A解析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,会发生反应Fe2e=Fe2,Fe2移动到阴极上发生反应Fe22e=Fe,使得到的Al不纯。2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
12、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()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解析有关反应有2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2,Cl22NaOH=NaClNaClOH2O,因阳极生成Cl2,阴极生成NaOH,为使二者充分作用,Cl2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、NaClO。3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电
13、解时以精铜作阳极B电解时阳极发生还原反应C精铜连接电源负极,其电极反应式是Cu2e=Cu2D电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥答案D解析电解法精炼金属铜时,粗铜作阳极,失去电子逐渐溶解,Cu2得到电子后析出,附着在阴极上,故精铜作阴极;在电解池中,阴极接电源的负极,发生还原反应,阳极接电源的正极,发生氧化反应,A、B、C错误;越活泼的金属越易失去电子,故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子,变成Fe2、Zn2进入溶液,然后是铜失去电子,变成Cu2进入溶液,因Ag、Pt等金属不如铜活泼,故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥,D正确。4如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂,在A
14、池中加入0.05 molL1的CuCl2溶液,B池中加入0.1 molL1的AgNO3溶液,进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是()A2241 B1121C2111 D2121答案A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四个电极上所析出物质的物质的量之比为1122241。5右图是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。(1)a电极的名称_。(2)电解过程中观察到的现象_。(3)确定N出口的气
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- 高中化学同步讲练:1.2.2 电解原理的应用2鲁科版选修4 高中化学 同步 1.2 电解 原理 应用 鲁科版 选修
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