標(biāo)準(zhǔn)課高三化學(xué)選修教學(xué)教案第十四講電解池的應(yīng)用模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。第十四講電解池的應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)理解并掌握電解池的四個(gè)應(yīng)用,即電冶金、氯堿工業(yè)、電鍍和粗銅精煉的工作原理。知識(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)一、電冶金1.原理:對(duì)于像鈉、鈣、鎂、鋁這樣活潑的金屬,只能用電解熔融鹽或者氧化物的方法來制得她們的單質(zhì)。冶煉金屬鋁:工業(yè)上,用純凈的氧化鋁為原料,采用電解的方法制取鋁。純凈的氧化鋁熔點(diǎn)很高(2045℃),很難熔化,現(xiàn)在都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶解在液態(tài)的冰晶石里,成為冰晶石和氧化鋁的熔融體,然后進(jìn)行電解。

電極反應(yīng)式:

陰極:4Al3+＋12e-＝4Al

陽極:6O2--12e-＝3O2↑

總反應(yīng)式:2Al2O3=(電解)=4Al＋3O2↑(只能電解Al2O3,不能是AlCl3)

在冶煉鋁時(shí),陽極產(chǎn)生氧氣,石墨陽極在如此高溫條件下,將不斷被氧氣氧化而消耗,因而需不斷補(bǔ)充石墨陽極。冶煉金屬鈉電極反應(yīng)式:陰極:2Na++2e-=2Na陽極:2Cl--2e-=Cl2↑總反應(yīng)式:2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑典型例題1.下列金屬冶煉的反應(yīng)原理,錯(cuò)誤的是()A．電解法:2NaCl(熔融)=2Na＋Cl2↑B．電解法:2MgO(熔融)=Mg＋O2↑C．熱還原法:Fe3O4＋4COeq\o(\s\up11(高溫),\s\do4())3Fe＋4CO2D．熱分解法:2HgO2Hg＋O2↑【答案】B2.工業(yè)上①電解熔融Al2O3;②電解熔融MgCl2;③電解飽和NaCl溶液,分別經(jīng)過相同數(shù)目的電子時(shí),生成氣體的物質(zhì)的量大小順序是() ①②③B．③②①C．③①②

D．②③①【答案】B知識(shí)點(diǎn)二、氯堿工業(yè)原理:電解飽和食鹽水,制取燒堿、氯氣和氫氣。結(jié)構(gòu)圖:①電極材料:陽極石墨,陰極石墨。②電極反應(yīng)及總反應(yīng):2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑其中陰極反應(yīng)中的H＋是由水電離產(chǎn)生的,陰極周圍PH逐漸增大。③設(shè)備:立式隔膜電解槽④粗鹽水的精制:粗鹽水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質(zhì),為了有效的除去Ca2+、Mg2+和SO42-,可加入的試劑是BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液。典型例題1.右圖為陽離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖。下列說法不正確的是()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22.4LCl2,便產(chǎn)生2molNaOHD．粗鹽水中含Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等離子,精制時(shí)先加Na2CO3溶液答案:D2.關(guān)于電解NaC1水溶液,下列敘述正確的是()A．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液,溶液呈無色B．若在陽極附近的溶液中滴入KI試液,溶液呈棕色C．電解時(shí)在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉D．電解一段時(shí)間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分?jǐn)嚁r后溶液呈中性【答案】B知識(shí)點(diǎn)三、電鍍1.定義:電鍍是應(yīng)用電解的原理在金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的方法。2.原理:電鍍時(shí),一般都是用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液為電鍍液;把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直流電源的負(fù)極相連,作為陰極,而用鍍層金屬為陽極,陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子,移向陰極,并在陰極上被還原成金屬析出。3.電鍍銅規(guī)律可概括為:”陽極溶解,陰極沉積,電解液不變”。

4.工業(yè)上電鍍常使用有毒電鍍液,因此電鍍廢水應(yīng)回收有用物質(zhì)、降低有害物質(zhì)含量后,達(dá)標(biāo)排放,以防污染環(huán)境。5.注意:①鍍件需酸洗去除表面的銹。

②電鍍液CuSO4中加氨水制成銅氨溶液以降低Cu2+濃度使鍍層光亮。典型例題1.在鐵品上鍍一定厚度的鋅層,以下方案設(shè)計(jì)正確的是(A)A．鋅作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有鋅離子B．鉑作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有鋅離子C．鐵作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有亞鐵離子D．鋅作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有鋅離子2.若在銅片上鍍銀時(shí),下列敘述正確的是(B)①將銅片接在電源的正極上②將銀片接在電源的正極上③在銅上發(fā)生的反應(yīng)是:Ag++e－Ag④在銀片上發(fā)生的反應(yīng)是:4OH－-4e-O2↑+2H2O⑤需用硫酸銅溶液為電鍍液⑥需用硝酸銀溶液為電鍍液A.①③⑥B.②③⑥ C.①④⑤D.②③④⑥知識(shí)點(diǎn)四、粗銅精煉原理:用粗銅板作陽極,與直流電源的正極相連;用純銅板做陰極,與電源的負(fù)極相連,用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作電解液。粗銅作陽極,電極反應(yīng)Cu－2e－===Cu2＋;精銅作陰極,電極反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu;電解質(zhì)溶液CuSO4溶液。2.CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO42-、H+、OH－,通電后H+和Cu2+移向陰極。OH－和SO42-移向陽極。3.電解過程中,比銅活潑的Zn、Fe、Ni等金屬雜質(zhì),在銅溶解的同時(shí)也會(huì)失電子形成金屬陽離子而溶解,此時(shí)陰極仍發(fā)生Cu2++2e－=Cu,這會(huì)導(dǎo)致電解液濃度發(fā)生變化;Ag、Au不如Cu易失電子,Cu溶解時(shí)它們以陽極泥沉積下來,可供提煉Au、Ag等貴金屬。該過程實(shí)現(xiàn)了提純銅的目的。典型例題1.電解精煉銅時(shí),下列敘述不正確的是()A．與電源正極相連的電極是粗銅板B．陰極發(fā)生反應(yīng):Cu2++2e-=CuC．電解池的陽極材料為純銅薄片 D．粗銅板上發(fā)生氧化反應(yīng)【答案】C2.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．陽極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)式:Ni2++2e-==NiB．電解過程中,陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C．電解后,溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+和Zn2+D．電解后,電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt【答案】C鞏固練習(xí)1.中學(xué)階級(jí)介紹的應(yīng)用電解法制備的物質(zhì)主要有三種:一是鋁的工業(yè)制備、二是氯堿的工業(yè)、三是金屬鈉的制備。下列關(guān)于這三個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的描述中正確的是()A．電解法制鋁時(shí)一般是用熔融態(tài)的氧化鋁進(jìn)行電解但也可用其相應(yīng)的鹽,如熔融態(tài)的A1C13B．A1C13電解法生產(chǎn)鋁時(shí),需對(duì)鋁土礦進(jìn)行提純,在提純過程中應(yīng)用了氧化鋁或氫氧化鋁的兩性C．在氯堿工業(yè)中,電解池中的陰極產(chǎn)生的是H2,NaOH在陽極附近產(chǎn)生D．氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaC1,在電解時(shí)它們的陰極都是C1-失電子【答案】:D2.下列有關(guān)電解池的說法正確的是(B)A．在電解池中與外接電源負(fù)極相連的電極是陽極B．無論電解何種物質(zhì),陽極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等C．電解氯化銅溶液時(shí),在陰極上有氣體生成D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液,參加反應(yīng)的物質(zhì)是相同的3.在鐵制品上鍍上一層鋅層,以下電鍍方案中合理的是()A．鋅作陽極,鐵制品作陰極,溶液中含F(xiàn)e2＋B．鋅作陰極,鐵制品作陽極,溶液中含Zn2＋C．鋅作陰極,鐵制品作陽極,溶液中含F(xiàn)e3＋D．鋅作陽極,鐵制品作陰極,溶液中含Zn2＋【答案】:D4.依據(jù)下圖判斷,下列敘述正確的是()A．Ⅰ是原電池,Ⅱ是電鍍裝置B．Ⅰ、Ⅱ裝置中鋅極上均發(fā)生氧化反應(yīng)C．Ⅱ、Ⅲ裝置中,銅極均發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解D．Ⅱ、Ⅲ裝置中Cu2＋濃度基本不變【答案】:A5．用Pt電極電解含有Cu2＋和X3＋均為0.1mol的溶液,陰極析出金屬的質(zhì)量m與溶液中經(jīng)過電子的物質(zhì)的量n關(guān)系如圖,則離子的氧化能力由大到小排列正確的是()A．Cu2＋>X3＋>H＋B．H＋>X3＋>Cu2＋C．X3＋>H＋>Cu2＋D．Cu2＋>H＋>X3＋【答·案】:D6.下圖是當(dāng)前世界上比較先進(jìn)的電解法制燒堿技術(shù)—陽離子交換膜法的示意圖。(1)精制飽和食鹽水從F口加入,從另一口加入水(含少量NaOH)。水中加入NaOH的作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性;制得的燒堿溶液從C口導(dǎo)出。(2)為有效除去粗鹽中的Ca2+、Mg2+、SO42-,加入試劑的合理順序?yàn)閎c(填字母)。a．先加NaOH,再加Na2CO3,最后加鋇試劑;b．先加NaOH,再加鋇試劑,最后加Na2CO3;c．先加鋇試劑,再加Na2CO3,最后加NaOH。(3)現(xiàn)有1000mL食鹽水,用石墨電極電解。當(dāng)陰極產(chǎn)生氣體的體積為112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)停止電解,陽極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-＝Cl2↑,電解后,溶液在常溫下的pH約為12。

7.如圖Ⅰ所示是用石墨和鐵作電極電解飽和食鹽水的裝置,請(qǐng)?zhí)羁?(1)X的電極名稱是陽極,發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑,Y極的電極材料是Fe,檢驗(yàn)X極產(chǎn)物的方法是用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在X極附近,若試紙變藍(lán),說明生成了Cl2。(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將兩種電極材料接反,導(dǎo)致X極上未收集到預(yù)期產(chǎn)物,一段時(shí)間后又將兩極的連接方式糾正過來,發(fā)現(xiàn)X極附近出現(xiàn)了白色沉淀,此沉淀是Fe(OH)2(填化學(xué)式),其形成原因是鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2＋,糾正錯(cuò)誤后,這一端又變?yōu)殛帢O,2H＋＋2e－===H2↑,生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2,該沉淀在空氣中放置,現(xiàn)象是先變灰綠色,后變紅褐色。(3)工業(yè)上電解飽和食鹽水的方法之一是將兩個(gè)電極室用離子交換膜隔開(如圖Ⅱ所示),其目的是防止H2與Cl2混合發(fā)生爆炸,防止Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO,使NaOH不純,陽極室(A處)加入飽和食鹽水,陰極室(B處)加入純水(或NaOH稀溶液),離子交換膜只許Na＋離子經(jīng)過。

8.氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下:依據(jù)上圖,完成下列填空:在電解過程中,與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑,與電源負(fù)極相連的電極附近,溶液pH升高(選填”不變”、”升高”或”下降”)。(2)工業(yè)食鹽中含Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì),精制過程中除去這些雜質(zhì)時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ca2＋＋CO32-===CaCO3↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。(3)如果粗鹽中SO42-含量過高,必須添加鋇試劑除去SO42-,該鋇試劑能夠是AC(填寫字母序號(hào),下同)。A．Ba(OH)2B．Ba(NO3)2C．BaCl2(4)為有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO42-,加入試劑的合理順序?yàn)锽C。A．先加NaOH,后加Na2CO3,再加鋇試劑B．先加NaOH,后加鋇試劑,再加Na2CO3C．先加鋇試劑,后加NaOH,再加Na2CO3(5)脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異,經(jīng)過蒸發(fā)、冷卻、過濾(填寫操作名稱)除去NaCl。(6)用隔膜法電解食鹽水時(shí),電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū),防止Cl2與NaOH反應(yīng);采用無隔膜法電解冷的食鹽水時(shí),Cl2與NaOH充分接觸,得到的產(chǎn)物僅是NaClO和H2,則與該反應(yīng)相應(yīng)的化學(xué)方程式為NaCl＋H2O=(電解)=NaClO＋H2↑(或2NaCl＋2H2O=(電解)=H2↑＋Cl2↑＋2NaOH;Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O)。拓展提升1.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(shí),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(jì)了如圖所示的裝置,以下對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是()A．a(chǎn)為正極,b為負(fù)極;NaClO和NaClB．a(chǎn)為負(fù)極,b為正極;NaClO和NaClC．a(chǎn)為陽極,b為陰極;HClO和NaClD．a(chǎn)為陰極,b為陽極;HClO和NaCl【答案】:B2.電解CuSO4溶液時(shí),若要達(dá)到以下三點(diǎn)要求:①陽極質(zhì)量減少;②陰極質(zhì)量增加;③電解液中c(Cu2＋)不變,則可選用的電極是()A．含Zn、Ag的銅合金作陽極,純銅作陰極B．純銅作陽極,含Zn、Ag的銅合金作陰極C．用純鐵作陽極,用純銅作陰極D．用石墨作陽極,用惰性電極(Pt)作陰極【答案】:B

3．在冶金工業(yè)中,常見電解法得到鈉、鎂、鋁等金屬,其原因是()A．都是輕金屬B．都是活潑金屬C．成本低廉D．這些金屬的化合物熔點(diǎn)較低【答案】:B4.下列描述中,不符合生產(chǎn)實(shí)際的是()A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,用鐵作陽極B．電解法精煉粗銅,用純銅作陰極C．電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D．在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽極【答案】:A5.已知蓄電池在充電時(shí)作電解池,放電時(shí)作原電池。鉛蓄電池上有兩個(gè)接線柱,一個(gè)接線柱旁標(biāo)有”＋”,另一個(gè)接線柱旁標(biāo)有”－”。關(guān)于標(biāo)有”＋”的接線柱,下列說法中正確的是()A．充電時(shí)作陽極,放電時(shí)作正極B．充電時(shí)作陽極,放電時(shí)作負(fù)極C．充電時(shí)作陰極,放電時(shí)作負(fù)極D．充電時(shí)作陰極,放電時(shí)作正極【答案】:A6.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)＝6.0mol·L－1,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22.4L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),假定電解后溶液體積仍為500mL,下列說法正確的是(B)A．原混合溶液中c(K＋)為4mol·L－1B．上述電解過程中共轉(zhuǎn)移4mol電子C．電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.5molD．電解后溶液中c(H＋)為2mol·L－17.用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當(dāng)陰極上增重ag時(shí),在陽極上同時(shí)產(chǎn)生bL氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況),從而可知M的相對(duì)原子質(zhì)量為()A.eq\f(22.4ax,b)B.eq\f(11.2ax,b)C.eq\f(5.6ax,b)D.eq\f(2.5ax,b)【答案】:C8.有三個(gè)燒杯,分別盛有氯化銅、氯化鉀和硝酸銀三種溶液,均以Pt作電極,將它們串聯(lián)在一起電解一定時(shí)間,測(cè)得電極增重總和2.8g,這時(shí)產(chǎn)生的有色氣體與無色氣體的物質(zhì)的量之比為()A．4∶1B．1∶1C．4∶3D．3∶4【答案】:C9.把兩支惰性電極插入500mLAgNO3溶液中,通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出,且電解液在電解前后體積變化能夠忽略),電極上應(yīng)析出銀的質(zhì)量是()A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg【答案】:B10.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。上圖表示一個(gè)電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,經(jīng)過導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問題:(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則:①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑,在X極附近觀察到的現(xiàn)象是有氣體放出,溶液變紅。電解液中向X極方向移動(dòng)的離子是Na＋、H＋。Y電極上的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑,檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極附近,試紙變藍(lán)色,說明生成了Cl2。(2)如要用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則:①X電極的材料是純銅,電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu。Y電極的材料是粗銅,電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋。③溶液中的c(