人教版選修4 第4章第3節(jié) 電解池（第2課時） 學(xué)案.doc

第3節(jié) 電解池第2課時電解原理的應(yīng)用1.電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2nacl2h2o2naclh2cl2。2電鍍時，待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽極，用含鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。3電解精煉銅時，用純銅作陰極，粗銅作陽極，用cuso4溶液作電解液。4電解熔融al2o3制取鋁，電解熔融氯化鈉制取鈉，電解熔融mgcl2制取鎂。1用惰性電極電解飽和食鹽水時，兩極得到的氣體是什么？如何檢驗(yàn)陽極產(chǎn)生的氣體？提示：兩極產(chǎn)生的氣體是h2和cl2；用濕潤的淀粉ki試紙檢驗(yàn)cl2的存在。2飽和食鹽水含有ca2、mg2、so，如何除去食鹽水中的這些雜質(zhì)離子？提示：精制食鹽水的過程為：na、cl(ca2、mg2、sona、cl(ca2、mg2、ba2)na、cl(ca2、ba2、oh)na、cl(co、oh)na、cl。3工業(yè)上如何制備na、mg、al等活潑金屬？提示：工業(yè)上制取na、mg、al分別用電解熔融的nacl、熔融mgcl2和熔融的al2o3來制取。電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣新知探究下圖是電解飽和食鹽水的裝置：探究1飽和食鹽水中存在哪些離子？通電后它們的移動方向如何？提示：飽和食鹽水中存在的離子是na、h、cl、oh，通電后，na、h向陰極移動，cl、oh向陽極移動。探究2如何判斷陰、陽兩極的產(chǎn)物？書寫兩極反應(yīng)方程式。提示：由于陽極上陰離子的放電順序?yàn)閏loh，cl首先放電，電極反應(yīng)式為2cl2e=cl2，故陽極產(chǎn)物為cl2。陰極上陽離子放電順序?yàn)閔na，h放電，電極反應(yīng)式為2h2e=h2，故陰極產(chǎn)物為h2。探究3如何通過實(shí)驗(yàn)證明陰、陽兩極產(chǎn)物？提示：用濕潤的淀粉ki試紙檢驗(yàn)陽極產(chǎn)物：cl2，若試紙變藍(lán)，證明是cl2。用爆鳴實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)陰極產(chǎn)物h2，用小試管收集氣體，管口向下，用拇指堵住試管口，移近酒精燈火焰，松開拇指，若聽到“噗”的聲音，說明收集的是h2。必記結(jié)論1裝置及現(xiàn)象現(xiàn)象電極反應(yīng)式陰極生成無色氣體2h2e=h2陽極生成黃綠色氣體2cl2e=cl22.電解總反應(yīng)式化學(xué)方程式：2nacl2h2o2naohh2cl2；離子方程式：2cl2h2o2ohh2cl2。3產(chǎn)物驗(yàn)證方法(1)用濕潤的ki淀粉試紙檢驗(yàn)陽極放出的氯氣。(2)用酚酞試液檢驗(yàn)產(chǎn)物naoh。成功體驗(yàn)1工業(yè)上電解食鹽水的陰極區(qū)產(chǎn)物是()a氯氣b氫氣和氯氣c氫氣和氫氧化鈉 d氯氣和氫氧化鈉解析：選c用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應(yīng)式：2h2e=h2破壞水的電離平衡，陰極區(qū)域oh與na結(jié)合成naoh。2如圖所示，能驗(yàn)證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物的裝置是()解析：選d電解nacl溶液時，陽極反應(yīng)為2cl2e=cl2，陽極產(chǎn)物為cl2；陰極反應(yīng)為2h2e=h2，陰極放出h2；cl2可用ki淀粉溶液檢驗(yàn)。因h2密度小，在陰極生成，結(jié)合e轉(zhuǎn)移方向知d正確。電鍍新知探究探究1按如圖1所示裝置，向燒杯中倒入飽和硫酸銅溶液，用銅作陽極，一個鑰匙(鐵制)作陰極。接通k后，你觀察到哪些現(xiàn)象？你能解釋你觀察到的現(xiàn)象嗎？提示：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：陽極銅片逐漸溶解，陰極鐵制鑰匙表面慢慢出現(xiàn)一層紅色的物質(zhì)。通電后陽極發(fā)生：cu2e=cu2，銅片逐漸溶解，cu2進(jìn)入溶液中；陰極發(fā)生：cu22e=cu，鑰匙表面逐漸鍍上了一層紅色的銅。探究2圖1中若兩極上的材料互換，能在鐵鑰匙的表面鍍上一層銅嗎？為什么？提示：不能。若兩極材料互換，則fe作陽極，其電極反應(yīng)式為fe2e=fe2，故在fe的表面不會鍍上銅。探究3按圖2裝置電解精煉銅：圖2寫出圖2裝置中陰、陽兩極上的電極反應(yīng)式。提示：陽極(粗銅)：zn2e=zn2，fe2e=fe2，cu2e=cu2陰極反應(yīng)式：cu22e=cu探究4粗銅中含有鋅、鐵、鎳、銀、金屬雜質(zhì)，在精煉銅的過程中，雜質(zhì)金屬為什么不在陰極析出？精煉銅的過程中溶液中cu2的濃度是否有變化？提示：因氧化性cu2大于fe2、zn2、ni2，故在陰極上cu2得到電子析出單質(zhì)銅，電解精煉銅時，溶液中cu2的濃度減小。必記結(jié)論1電鍍池、電解精煉銅的構(gòu)成條件(1)電鍍池：鍍層金屬作陽極；待鍍金屬制品作陰極；含鍍層金屬陽離子的溶液作電解液。(2)電解精煉銅：粗銅作陽極；精銅作陰極；含cu2的溶液(如cuso4)作電解液。2電鍍銅與精煉銅的比較電鍍銅精煉銅能量轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陽極材料精銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))陰極材料鍍件純銅陽極反應(yīng)cu2e=cu2zn2e=zn2cu2e=cu2等陰極反應(yīng)cu22e=cucu22e=cu電解質(zhì)溶液及其變化硫酸銅溶液保持不變反應(yīng)后硫酸銅溶液中混有zn2等，cu2濃度減小成功體驗(yàn)3(好題共享選自蘇教版教材p22t3)若要在銅片上鍍銀時，下列敘述中錯誤的是()將銅片接在電源的正極將銀片接在電源的正極在銅片上發(fā)生的反應(yīng)是age=ag在銀片上發(fā)生的反應(yīng)是4oh4e=o22h2o可用cuso4溶液作電解質(zhì)溶液可用agno3溶液作電解質(zhì)溶液a bc d解析：選c在銅片上鍍銀時，銀作陽極：age=ag，銅作陰極：age=ag；agno3溶液作電解質(zhì)溶液。即正確，錯誤。4關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是()a都用粗銅作陽極、純銅作陰極b電解液的成分都保持不變c陽極反應(yīng)都只有cu2e=cu2d陰極反應(yīng)都只有cu22e=cu解析：選da項(xiàng)電鍍時鍍件作陰極；b項(xiàng)電解精煉銅時電解液成分改變；c項(xiàng)電解精煉銅時，有比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅)，則陽極還會發(fā)生zn2e=zn2的反應(yīng)。電冶金新知探究探究1工業(yè)上制取金屬鈉是電解食鹽水還是電解熔融氯化鈉？提示：電解食鹽水得到naoh而不是na；故工業(yè)上制取金屬鈉是電解熔融nacl。探究2工業(yè)上冶煉鎂為什么用mgcl2而不使用mgo?提示：mgo的熔點(diǎn)高，mgcl2的熔點(diǎn)低，若用mgo則消耗更多的能量。必記結(jié)論1金屬冶煉的本質(zhì)使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來，如mnne=m。2電解熔融的nacl制na對于冶煉像鈉、鈣、鎂、鋁這樣活潑的金屬，電解法幾乎是唯一可行的工業(yè)方法。例如電解熔融的nacl制na：nacl在高溫熔融，并發(fā)生電離：nacl=nacl，通直流電后，陰極：2na2e=2na，陽極：2cl2e=cl2，總化學(xué)方程式為2nacl(熔融)2nacl2。成功體驗(yàn)5下列金屬只能采用電解法冶煉的是_。fenaagcucahg解析：對于像k、ca、na、mg、al這樣活潑的金屬，很難找到一種合適的還原劑從化合物中將其還原出來，電解法幾乎是唯一可行的方法。答案：考查氯堿工業(yè)例1(北京高考節(jié)選)氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如下圖所示。(1)溶液a的溶質(zhì)是_。(2)電解飽和食鹽水的離子方程式是 _。(3)電解時用鹽酸控制陽極區(qū)溶液的ph在23。用化學(xué)平衡移動原理解釋鹽酸的作用：_。(4)電解所用的鹽水需精制，去除有影響的ca2、mg2、nh、soc(so)c(ca2)。精制流程如下(淡鹽水和溶液a來自電解池)：鹽泥a除泥沙外，還含有的物質(zhì)是_。過程 中將nh轉(zhuǎn)化為n2的離子方程式是_。baso4的溶解度比baco3的小，過程 中除去的離子有_。解析(1)從加入原料(水含少量naoh)可知a為濃氫氧化鈉溶液；也可以從電極反應(yīng)推測，右室生成h2，h得電子，oh濃度增大，na向右移動，所以生成物為naoh。(3)抓住信息(化學(xué)平衡移動)，分析陽極區(qū)存在的化學(xué)平衡只有cl2與水反應(yīng)。(4)由信息用溶液a(naoh溶液)調(diào)ph11、溶液中含有mg2，所以有沉淀mg(oh)2生成；由信息可知nh被氧化生成n2，所以氯氣是氧化劑，溶液顯堿性用oh和h2o配平即可；baco3(s)ba2(aq)co(aq)，ba2與溶液中的so結(jié)合生成更難溶的baso4，且使baco3(s)ba2(aq)co(aq)右移，生成co與溶液中的ca2結(jié)合生成caco3，除去so和ca2。答案(1)naoh(2)2cl2h2oh2cl22oh(3)cl2與水反應(yīng)：cl2h2ohclhclo，增大hcl的濃度使平衡逆向移動，減少cl2在水中的溶解，有利于cl2的逸出(4)mg(oh)22nh3cl28oh=n26cl8h2oso、ca21用惰性電極電解nacl水溶液，下列敘述正確的是()a電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉b若在陽極附近的溶液中滴入ki溶液，溶液呈褐色c若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色d電解一段時間后，將全部電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行越馕觯哼xb用惰性電極電解nacl溶液陽極產(chǎn)物為cl2，陰極產(chǎn)物為h2和naoh，不是金屬鈉，a錯誤；naoh溶液使酚酞溶液變紅色，c項(xiàng)錯誤；因產(chǎn)物中生成naoh，溶液不可能呈中性。考查電解原理的應(yīng)用例2火法煉銅得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)(如鋅、金和銀等)，其性能遠(yuǎn)不能達(dá)到電氣工業(yè)的要求，工業(yè)上常用電解精煉法將粗銅提純。在電解精煉時()a粗銅接電源負(fù)極b精銅作陰極c雜質(zhì)都將以單質(zhì)形式沉積到池底d精銅片增重2.56 g，電路中通過0.04 mol電子解析由金屬活動性順序zncuagau可知，首先雜質(zhì)鋅失去電子進(jìn)入溶液，而后是銅失去電子，而不活潑雜質(zhì)au、ag以單質(zhì)形式沉積到池底。精銅增重2.56 g時，得到電子：20.08 mol，即電路中通過0.08 mol電子，d不正確。答案b2金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量fe、zn、cu、pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，則下列敘述中正確的是(已知：氧化性fe2ni2xd陰極的質(zhì)量增加b g，bx解析：選d粗銅作陽極，發(fā)生的電極反應(yīng)有：cu2e=cu2，zn2e=zn2，同時銀沉積下來，陰極反應(yīng)為cu22e=cu，陰極質(zhì)量增加，但增加的質(zhì)量小于陽極減少的質(zhì)量。5(山東高考)以kcl和zncl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()a未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程b因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系c電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率d鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護(hù)作用解析：選c電鍍過程中zn與電源正極相連，若給原電池充電，則zn應(yīng)接電源負(fù)極，a錯誤；導(dǎo)線中通過的電子，在陰極均被zn2得到，所以通過的電子與鋅析出的物質(zhì)的量成正比，b錯誤；只要電流恒定，陰陽極得失電子的速率不變，所以電解反應(yīng)速率不變，c正確；鍍鋅層破損后，zn比鐵活潑，zn作負(fù)極、fe作正極，fe被保護(hù)，d錯誤。6如圖甲為鋅銅原電池裝置，乙為電解熔融氯化鈉裝置。則下列說法正確的是()a甲裝置中鋅為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，銅為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)b甲裝置鹽橋的作用是使反應(yīng)過程中znso4溶液和cuso4溶液保持電中性c乙裝置中鐵極的電極反應(yīng)式為：2na2e=2nad乙裝置中b是氯氣出口，a是鈉出口解析：選b甲裝置為原電池，zn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，cu為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，a錯；乙裝置中鐵為陰極，2na2e=na，c錯；石墨為陽極，2cl2e=cl2，a為cl2出口，b是na出口，d錯。7雙選題(山東高考節(jié)選)以cuso4溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅(含al、zn、ag、pt、au等雜質(zhì))的電解精煉，下列說法正確的是()a電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能b粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)c溶液中cu2向陽極移動d利用陽極泥可回收ag、pt、au等金屬解析：選bd電解精煉銅的過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的同時，部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，a項(xiàng)錯誤；電解精煉銅時，粗銅作陽極，與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，b項(xiàng)正確；電解過程中cu2向陰極移動，c項(xiàng)錯誤；粗銅中ag、pt、au放電能力比銅弱，形成陽極泥，可以回收，d項(xiàng)正確。8電解硫酸銅溶液要達(dá)到如下三個要求：陽極質(zhì)量減小陰極質(zhì)量增加電解過程中cu2濃度不變則可選用的電極是()a石墨作陽極，鐵作陰極b粗銅(含fe、ni、zn)作陽極，純銅作陰極c純銅作陽極，鐵作陰極d鐵作陽極，純銅作陰極解析：選c本題中所述的電解過程實(shí)際就是電鍍過程：陽極質(zhì)量減少，必須用活性金屬電極作陽極，則a選項(xiàng)不符合題意；由于cu2的放電能力比h的大，陰極質(zhì)量增加，但是要使cu2濃度不變，則陽極必須用純銅，所以選c。9某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液。通電時，為使cl2被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖裝置。以下對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是()aa為正極，b為負(fù)極；naclo和naclba為負(fù)極，b為正極；naclo和naclca為陽極，b為陰極；hclo和naclda為陰極，b為陽極；hclo和nacl解析：選b此裝置為電解nacl溶液的裝置，會產(chǎn)生h2、cl2和naoh。為制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，只需產(chǎn)物cl2和naoh充分接觸，相互反應(yīng)生成naclo即可。所以，裝置下端產(chǎn)生的氣體應(yīng)為cl2，則b為電源正極，a為負(fù)極，消毒液主要成分為naclo和nacl。10用石墨電極電解100 ml h2so4和cuso4的混合溶液，通電一段時間后，兩極均收集到2.24 l氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，原混合溶液中cu2的物質(zhì)的量濃度為()a1 moll1 b2 moll1c3 moll1 d4 moll1解析：選a根據(jù)題設(shè)條件，兩極上電極反應(yīng)式為：陰極：首先cu22e=cu，然后2h2e=h2；陽極4oh4e=2h2oo2。既然陰極上收集到h2，說明cu2已完全放電，根據(jù)電子守恒，陰極上cu2、h得電子總數(shù)應(yīng)等于oh失電子總數(shù)。析出0.1 mol h2獲得0.2 mol電子，析出0.1 mol o2失去0.4 mol電子，所以有0.1 mol cu2放電，獲得0.2 mol電子，c(cu2)0.1 mol/0.1 l1 moll1。11如圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩個電解池，試回答下列問題。(1)甲池若為用電解原理精煉銅的裝置，a極是電解池的_，材料是_，電極反應(yīng)式為_；b極是電解池的_，材料是_，主要電極反應(yīng)式為_。(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，開始一段時間后，fe極附近呈_色。(3)若甲池陰極增重12.8 g，則乙池陽極放出氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(不考慮氣體溶解情況)。解析：(2)fe極電極反應(yīng)式為：2h2e=h2，h放電后，溶液中生成oh，顯堿性，遇酚酞呈紅色。(3)甲池陰極反應(yīng)為：cu22e=cu，生成n(cu)0.2 mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e)0.4 mol；乙池陽極反應(yīng)為：2cl2e=cl2，由電子守恒知生成cl2為：n(cl2)0.2 mol，故v(cl2)4.48 l。答案：(1)陰極純銅cu22e=cu陽極粗銅cu2e=cu2(2)紅(3)4.48 l12工業(yè)上處理含cr2o的酸性工業(yè)廢水常用以下方法：往工業(yè)廢水里加入適量的nacl，攪拌均勻；用fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過一段時間有cr(oh)3和fe(oh)3沉淀產(chǎn)生；過濾回收沉淀，廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。試回答：(1)電解時的電極反應(yīng)：陽極_，陰極_。(2)cr2o轉(zhuǎn)變成cr3的離子反應(yīng)方程式為_。(3)電解過程中cr(oh)3、fe(oh)3沉淀是怎么產(chǎn)生的？_。(4)能否用cu電極來代替fe電極？_(填“能”或“不能”)，理由是_。解析：由于cr()的化合物毒性遠(yuǎn)高于cr()化合物，故通過電解將cr()轉(zhuǎn)化為cr()，對廢水進(jìn)行處理是電化學(xué)知識在實(shí)際生活中的具體運(yùn)用。在處理有關(guān)問題時，應(yīng)注意思維的有序性：首先應(yīng)考慮溶液中陰陽離子在外電場作用下的定向遷移；然后再考慮陰陽兩極按放電順序可能發(fā)生的電極反應(yīng)。陰極：2h2e=h2，陽極：fe2e=fe2，產(chǎn)生的fe2在向陰極遷移的過程中與向陽極遷移的cr2o相遇，發(fā)生氧化還原反應(yīng)：6fe2cr2o14h=6fe32cr37h2o，使cr2o轉(zhuǎn)化為cr3，同時fe2也轉(zhuǎn)化為fe3。在以上電解的陰極反應(yīng)及fe2與cr2o的氧化還原反應(yīng)中都消耗了大量的h，溶液的ph不斷變大，有利于fe3、cr3生成相應(yīng)的fe(oh)3、cr(oh)3沉淀。若將fe電極改成為cu電極，由于產(chǎn)生的cu2不具有還原性，不能將cr2o轉(zhuǎn)化為毒性較低的cr3，顯然是不行的。在實(shí)際解題過程中，有許多同學(xué)會根據(jù)cr2o的氧化性強(qiáng)于h，簡單地將陰極反應(yīng)當(dāng)作是cr(oh)3得電子，這就會導(dǎo)致以后對試題中相關(guān)問題的處理含糊不清。這主要是沒有將電解過程中的幾個不同層次的問題有序地加以分析和處理所致。答案：(1)fe2e=fe22h2e=h2(2)6fe2cr2o14h=6fe32cr37h2o(3)在陰極反應(yīng)及cr2o與fe2反應(yīng)過程中，將消耗大量的h，使溶液ph上升，促使fe3、cr3水解并最終轉(zhuǎn)化為fe(oh)3、cr(oh)3沉淀(4)不能因?yàn)殛枠O產(chǎn)生的cu2不能使cr2o還原到低價13某課外活動小組用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問題。(1)若開始時開關(guān)k與a連接，則b極的電極反應(yīng)式為_。(2)若開始時開關(guān)k與b連接，則b極的電極反應(yīng)式為_，總反應(yīng)的離子方程式為_。有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(填序號)_。溶液中na向a極移動從a極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟膋i淀粉試紙變藍(lán)反應(yīng)一段時間后加適量鹽酸可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度若標(biāo)準(zhǔn)狀況下b極產(chǎn)生2.24 l 氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子(3)該小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工