2020-2021學(xué)年高中化學(xué)新教材魯科版選擇性必修1學(xué)案：第1章 第3節(jié) 第2課時(shí) 電解原理的應(yīng)用

1、第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用發(fā) 展 目 標(biāo)體 系 構(gòu) 建1.通過(guò)對(duì)電解飽和食鹽水、電解精煉銅、電鍍等電解實(shí)例的認(rèn)知，認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的重要作用。2.通過(guò)討論電鍍工業(yè)對(duì)環(huán)境造成的影響，提升“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。1電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣向上述實(shí)驗(yàn)中滴入酚酞溶液，接通電源后，哪個(gè)電極附近溶液的顏色發(fā)生了變化？為什么？提示：接通電源后，陰極區(qū)溶液變紅色。原因：h2o電離出的h放電，水的電離平衡右移，使c(oh)增大，即陰極區(qū)產(chǎn)生堿，使酚酞變紅色。2銅的電解精煉(1)裝置(2)粗銅成分主要成分：cu。雜質(zhì)金屬：比銅活潑的有zn、fe、ni等。比銅不活潑的有ag、pt、au

2、等。(3)電極反應(yīng)微點(diǎn)撥：(1)粗銅中含zn、fe、ag等雜質(zhì)，同時(shí)間段內(nèi)兩電極改變的質(zhì)量不相等，但兩電極通過(guò)的電量相等。(2)電解過(guò)程中，陰離子濃度不變，cu2濃度減小，fe2、zn2、ni2濃度增大。3電鍍(1)定義：應(yīng)用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。(2)目的：增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力、耐磨性能或改善金屬制品的外觀。(3)根據(jù)電解原理，設(shè)計(jì)在鐵釘上鍍銅的實(shí)驗(yàn)方案電鍍?cè)黻?yáng)極：cu2e=cu2陰極：cu22e=cu電鍍方案電極材料陽(yáng)極：銅片陰極：鐵釘電鍍液cuso4溶液鍍件鐵釘微點(diǎn)撥：電鍍的特點(diǎn)：“一多、一少、一不變”。(1)一多：是指陰極上有鍍層金屬沉積；(2)一少：是指陽(yáng)

3、極上有鍍層金屬溶解；(3)一不變：是指電鍍后，電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。4釩液流電池以全釩液流電池為例，酸性溶液中釩通常以v2、v3、vo2、vo等形式存在。充電時(shí)，vo2在陽(yáng)極被氧化為vo，v3在陰極被還原為v2。以液流電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)可為可再生能源發(fā)電提供有力的支持，緩沖晝夜、季節(jié)的用電變化對(duì)電網(wǎng)的影響。1判斷對(duì)錯(cuò)(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)氯堿工業(yè)中，陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生h2和naoh。()(2)精煉銅裝置中，粗銅作陰極，精銅作陽(yáng)極。()(3)精煉銅過(guò)程中，電解質(zhì)溶液中c(cu2)不變。()(4)電鍍裝置中，鍍件作陰極，待鍍金屬作陽(yáng)極。()(5)電

4、鍍過(guò)程中，電解質(zhì)溶液的濃度減小。()提示：(1)×氯堿工業(yè)中，陰極區(qū)產(chǎn)生h2和naoh，陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生cl2。(2)×精煉銅裝置中，粗銅作陽(yáng)極，精銅作陰極。(3)×精煉銅過(guò)程中，電解質(zhì)溶液中c(cu2)減小。(4)(5)×電鍍過(guò)程中，電解質(zhì)溶液的濃度不變。2欲在金屬表面鍍銀，應(yīng)把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中，選用的陽(yáng)極金屬和電鍍液均正確的是()aag和agcl溶液bag和agno3溶液cfe和agno3溶液dpt和ag2so4溶液答案b3粗銅的電解精煉如圖所示。在粗銅的電解過(guò)程中，粗銅板應(yīng)是圖中電極_(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)；若粗

5、銅中還含有au、ag、fe，它們?cè)陔娊獬刂械拇嬖谛问胶臀恢脼開(kāi)。答案ccu22e=cuau、ag以單質(zhì)的形式沉積在c(陽(yáng)極)下方，fe以fe2的形式進(jìn)入電解液電解原理的應(yīng)用(素養(yǎng)養(yǎng)成證據(jù)推理與模型認(rèn)知)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模耗M電解原理的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示：1若用如圖所示裝置，模擬氯堿工業(yè)，則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么？電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式分別是什么？用這種裝置進(jìn)行氯堿工業(yè)生產(chǎn)有什么缺點(diǎn)？如何改進(jìn)？提示：若用如圖所示裝置，模擬氯堿工業(yè)，則電解質(zhì)溶液c是nacl溶液、電極a、電極b的電極材料分別為pt電極或石墨。電解時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)：2cl2e=cl2，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：2h

6、2e=h2，電解的總反應(yīng)式為2nacl2h2o2naohh2cl2。該裝置的缺點(diǎn)是生成的naoh和cl2以及cl2與h2容易混合反應(yīng)。改進(jìn)的方法是在兩極之間加一個(gè)離子交換膜。2若用如圖所示裝置，模擬鐵制品上鍍銅，則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么？電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液的濃度如何變化？提示：若用如圖所示裝置，模擬鐵制品上鍍銅，則電極a是cu，電極b是鐵制品，電解質(zhì)溶液c是cuso4溶液。電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。3若用如圖所示裝置，模擬電解精煉粗銅(含zn、fe、ag等雜質(zhì))，則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么？電極反應(yīng)式分別是什么？電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液中c

7、u2的濃度如何變化？提示：若用如圖所示裝置，模擬電解精煉粗銅(含zn、fe、ag等雜質(zhì))，則電解質(zhì)溶液c為cuso4溶液、電極a為粗銅、電極b的電極材料是純銅。電解精煉過(guò)程中，陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)依次為zn2e=zn2、fe2e=fe2、cu2e=cu2，陰極上發(fā)生的反應(yīng)為cu22e=cu，電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液中cu2的濃度先減小后保持不變。1工業(yè)電解食鹽水制備燒堿工業(yè)電解食鹽水制備燒堿時(shí)必須阻止oh移向陽(yáng)極，以使氫氧化鈉在陰極溶液中富集，常用陽(yáng)離子交換膜將兩極溶液分開(kāi)，使陽(yáng)離子能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，而陰離子不能通過(guò)。如：氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理如圖所示，可知溶液a的溶質(zhì)是naoh。2銅的電解

8、精煉與電鍍銅對(duì)比電解精煉銅電鍍銅電極材料陰極精銅鍍件陽(yáng)極粗銅純銅電極反應(yīng)式陽(yáng)極cu(粗銅)2e=cu2等cu2e=cu2陰極cu22e=cu(精銅)cu22e=cu電解質(zhì)溶液濃度的變化cu2減少，比銅活潑的金屬陽(yáng)離子進(jìn)入溶液電解質(zhì)溶液成分及濃度均不變3常見(jiàn)活潑金屬的電冶法金屬電極反應(yīng)式總反應(yīng)式鈉陽(yáng)極：2cl2e=cl2陰極：2na2e=2na2nacl(熔融)2nacl2鋁陽(yáng)極：6o212e=3o2陰極：4al312e=4al2al2o3(熔融)4al3o2鎂陽(yáng)極：2cl2e=cl2陰極：mg22e=mgmgcl2(熔融)mgcl2【例1】如圖為陽(yáng)離子交換膜法電解飽和食鹽水的原理示意圖(所用電

9、極均為惰性電極)。下列說(shuō)法不正確的是()a從e口逸出的氣體是h2b從b口加入含少量naoh的水溶液以增強(qiáng)導(dǎo)電性c標(biāo)準(zhǔn)狀況下每生成22.4 l cl2，便產(chǎn)生2 mol naohd通電一段時(shí)間后加適量鹽酸可以使電解液恢復(fù)到通電前的濃度d由鈉離子的移動(dòng)方向可以確定左邊電極為陽(yáng)極，右邊電極為陰極。陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫氣從e口逸出，b口應(yīng)補(bǔ)充水，d口得到氫氧化鈉濃溶液，a、b項(xiàng)正確。電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2nacl2h2o2naohh2cl2，當(dāng)有1 mol氯氣生成時(shí)，有2 mol氫氧化鈉生成，c項(xiàng)正確。通電過(guò)程中減少的是氫氣和氯氣且二者物質(zhì)的量之比為11，因此補(bǔ)充適量的氯化氫氣體可以使電解液恢

10、復(fù)到通電前的濃度，d項(xiàng)錯(cuò)誤。借題發(fā)揮(1)如圖所示，a、b、c、d、e、f表示的物質(zhì)分別是什么？(2)陽(yáng)離子交換膜的作用是什么？答案(1)精制飽和食鹽水、naoh的水溶液、淡鹽水、naoh的濃溶液、h2、cl2。(2)既能防止陰極產(chǎn)生的h2和陽(yáng)極產(chǎn)生的cl2混合而引起爆炸，又能避免cl2和naoh作用生成naclo而影響燒堿的質(zhì)量。1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，下列敘述正確的是(已知：氧化性fe2<ni2<cu2)()a陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：ni22e=nib電解過(guò)程中，陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等c電解

11、后，溶液中存在的金屬陽(yáng)離子只有fe2和zn2d電解后，電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有cu和ptd用電解法制備高純度的鎳時(shí)，用純鎳作陰極，粗鎳作陽(yáng)極，含ni2的溶液作電解質(zhì)溶液。其中陽(yáng)極反應(yīng)式：zn2e=zn2、fe2e=fe2、ni2e=ni2；陰極反應(yīng)式：ni22e=ni。因此電解過(guò)程中，陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加并不相等。電解質(zhì)溶液中存在的陽(yáng)離子有zn2、fe2、ni2。陽(yáng)極泥中只有cu和pt。2如圖中能驗(yàn)證飽和食鹽水(含酚酞)的電解產(chǎn)物的裝置是(下列各圖中的電極均為惰性電極)()d電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)物是cl2，陰極產(chǎn)物是h2、naoh，根據(jù)圖中的電子流向先確定裝置中電源的正、負(fù)極，從

12、而確定電解池的陰、陽(yáng)極，然后判斷電極產(chǎn)物以及檢驗(yàn)方法，d選項(xiàng)符合題意。3關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說(shuō)法中正確的是()a都用粗銅作陽(yáng)極、純銅作陰極b電解液的成分都保持不變c陽(yáng)極反應(yīng)都只有cu2e=cu2d陰極反應(yīng)都只有cu22e=cuda項(xiàng)電鍍時(shí)鍍件作陰極；b項(xiàng)電解精煉銅時(shí)電解液成分改變；c項(xiàng)電解精煉銅時(shí)，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅)，則陽(yáng)極還會(huì)發(fā)生zn2e=zn2的反應(yīng)。 有關(guān)電解計(jì)算的方法(素養(yǎng)養(yǎng)成變化觀念與平衡思想)1根據(jù)電子守恒法計(jì)算用于串聯(lián)電路中各電極產(chǎn)物的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。2根據(jù)總反應(yīng)方程式計(jì)算先寫電極反應(yīng)式，再寫總反應(yīng)方程式，最后根據(jù)總反應(yīng)方程式計(jì)算。3根據(jù)關(guān)

13、系式計(jì)算根據(jù)電子得失相等找到已知量與未知量之間的橋梁，得出計(jì)算所需的關(guān)系式?！纠?】500 ml nano3和cu(no3)2的混合溶液中c(no)0.3 mol·l1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到1.12 l氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，假定電解后溶液體積仍為500 ml，下列說(shuō)法正確的是()a原混合溶液中c(na)0.2 mol·l1b電解后溶液中c(h)0.2 mol·l1c上述電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子d電解后得到的cu的物質(zhì)的量為0.1 molb陽(yáng)極是陰離子放電(放電能力：oh>no)，根據(jù)題給信息，陽(yáng)極一定是oh放電，生成0

14、.05 mol氧氣，轉(zhuǎn)移0.2 mol電子；陰極離子放電能力：cu2>h>na，所以cu2先放電，然后是h放電，陰極生成0.05 mol氫氣時(shí)，轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，根據(jù)得失電子守恒知，cu2轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，n(cu2)0.05 mol。所以原溶液中ncu(no3)20.05 mol，n(no)0.3 mol·l1× 0.5 l0.15 mol，n(nano3)0.05 mol。原混合溶液中c(na)0.1 mol·l1，a項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合以上分析及電解總方程式cu22h2ocuh2o22h可知，生成0.05 mol cu、0.05 mol o2

15、、0.05 mol h2和0.1 mol h，電解后溶液中c(h)0.2 mol·l1，b項(xiàng)正確、d項(xiàng)錯(cuò)誤；上述電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，c項(xiàng)錯(cuò)誤。借題發(fā)揮(1)上題電解后溶液中的溶質(zhì)為_(kāi)。(2)若為上述過(guò)程提供電能的是氫氧燃料電池，則消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣的體積為_(kāi)。解析(1)開(kāi)始階段電解cu(no3)2溶液，生成hno3，后來(lái)電解水，溶質(zhì)nano3不變。(2)上述過(guò)程轉(zhuǎn)移0.2 mol e，在燃料電池中也轉(zhuǎn)移0.2 mol e，則消耗0.1 mol h2，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24 l。答案(1)hno3、nano3(2)2.24 l(1)電解混合溶液時(shí)要注意電解的階段性

16、，電極反應(yīng)式和總電池反應(yīng)式，電解產(chǎn)物與轉(zhuǎn)移電子數(shù)之間的關(guān)系式是電化學(xué)計(jì)算的主要依據(jù)。(2)當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電解池時(shí)，它們皆處于同一閉合電路中，所以同一時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電子的物質(zhì)的量相等。1用惰性電極電解m(no3)x的水溶液，當(dāng)陰極上增重a g時(shí)，在陽(yáng)極上同時(shí)產(chǎn)生b l氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，從而可知m的相對(duì)原子質(zhì)量為()abcdc根據(jù)得失電子守恒列出物質(zhì)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)m的相對(duì)原子質(zhì)量為mr。mxxeo2mr g 22.4× la g b l解得mr。2如圖所示的a、b兩個(gè)電解池中的電極均為鉑，在a池中加入0.05 mol·l1的cucl2溶液，b池中加入0.1 mol&

17、#183;l1的agno3溶液，進(jìn)行電解。a、b、c、d四個(gè)電極上所析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是()a2241b1121c2111d2121a由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽(yáng)極。a極上析出cu，b極上析出cl2，c極上析出ag，d極上析出o2。由電子守恒可得出：2ecucl22ago2，所以a、b、c、d四個(gè)電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1122241。3將兩支惰性電極插入cuso4溶液中，通電電解。(1)當(dāng)有1.0×103 mol的oh放電時(shí)，溶液顯淺藍(lán)色，則在陰極上析出銅的質(zhì)量是_。(2)若溶液的體積為1 l，忽略溶液體積變化，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出5.6 ml o2時(shí)，溶液中

18、c(h)是_。解析(1)用惰性電極電解cuso4溶液時(shí)，陰極電極反應(yīng)式為2cu24e=2cu，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為4oh4e=o22h2o。當(dāng)有1.0×103 mol的oh放電時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)移電子為1.0×103 mol，則在陰極上析出cu的質(zhì)量為0.032 g。(2)陽(yáng)極：4oh4e=2h2oo24 mol1 moln n1.0×103 mol，即消耗1.0×103 mol oh，生成10×103 mol h，則c(h)1.0×103 mol·l1。答案(1)0.032 g(2)1×103 mol·l11下列圖

19、示中關(guān)于銅電極的連接，錯(cuò)誤的是()a銅鋅原電池 b電解精煉銅c鍍件上鍍銅 d電解氯化銅溶液ca.原電池中易失電子的金屬作負(fù)極，cu、zn、稀硫酸原電池中，鋅易失電子作負(fù)極、cu作正極，故a正確；b.電解精煉粗銅時(shí)，粗銅作陽(yáng)極、精銅作陰極，硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液，其連接正確，故b正確；c.電鍍時(shí)，鍍層作陽(yáng)極、鍍件作陰極，硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液，其連接錯(cuò)誤，故c錯(cuò)誤；d.電解氯化銅溶液時(shí)，可以用石墨作陽(yáng)極、銅作陰極，石墨連接電池正極、銅連接電池負(fù)極，故d正確。2(雙選)化學(xué)在生產(chǎn)和日常生活中有著重要的應(yīng)用。下列說(shuō)法正確的是()a鐵表面鍍鋅，鐵作陽(yáng)極b工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽(yáng)極反應(yīng)：2cl2e=cl

20、2c電解法精煉粗銅，用精銅作陰極d電解mgcl2飽和溶液，可制得金屬鎂bc選項(xiàng)a，鐵作陽(yáng)極，鐵要溶解，鐵應(yīng)該作陰極。選項(xiàng)b，cl在陽(yáng)極失電子能力大于oh，電解飽和食鹽水時(shí)，cl在陽(yáng)極失去電子變?yōu)閏l2。選項(xiàng)c，電解法精煉粗銅，用精銅作陰極，粗銅作陽(yáng)極。選項(xiàng)d，電解mgcl2飽和溶液，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為mgcl22h2omg(oh)2cl2h2，不會(huì)產(chǎn)生金屬鎂，電解熔融的mgcl2能制取單質(zhì)鎂，發(fā)生的反應(yīng)為mgcl2(熔融)mgcl2。3(素養(yǎng)題)如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“黑筆寫紅字”的趣味實(shí)驗(yàn)。濾紙先用氯化鈉、無(wú)色酚酞的混合液浸濕，然后平鋪在一塊鉑片上，接通電源后，用鉛筆在濾紙上寫字，會(huì)出現(xiàn)紅色字跡。據(jù)此，下列敘述正確的是()a鉛筆端作陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)b鉑片端作陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)c鉛筆端有少量的氯氣產(chǎn)生da端是負(fù)極，b端是正極d根據(jù)電解原理可知電極反應(yīng)為陰極：2h2e=h2(還原反應(yīng))陽(yáng)極：2cl2e=cl2(氧化反應(yīng))若要