電解原理的應(yīng)用

第2課時電解原理的應(yīng)用2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2020年下學期長沙市第十一中學高一化學學習目標1了解電解在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用2了解電解在電鍍、電解精煉及電冶金方面的應(yīng)用一、電解飽和食鹽水2Cl--2e-====Cl2↑2H2e-====H2↑2NaCl2H2O====H2↑Cl2↑2NaOH電解2Cl-2H2O====H2↑Cl2↑2OH-電解2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【聯(lián)想】1陽極必須是惰性電極，陰極與電極材料無關(guān)，可以是惰性電極，也可以是鐵、銅等活性電極。2電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。二、電鍍1定義：應(yīng)用_____原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他_____或合金的方法。2目的：使金屬增強_______能力，增加美觀度和表面硬度。電解金屬抗腐蝕2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3實例在鐵件上鍍銅：待鍍的金屬制品鍍層金屬離子1陰極：①材料：___，②電極反應(yīng)式：______________；2陽極：①材料：___，②電極反應(yīng)式：______________；3電解質(zhì)溶液：_____溶液。FeCu22e-====CuCuCu-2e-====Cu2CuSO42020年下學期長沙市第十一中學高一化學【注意】1陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量相等。2電鍍時，電解質(zhì)溶液的濃度不變。三、電解精煉銅純銅Cu22e-====Cu粗銅Cu-2e-====Cu2CuSO4溶液2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【注意】1粗銅中含有的比銅活潑性強的金屬雜質(zhì)Fe、Ni、n等在陽極失去電子，變成陽離子進入溶液。2粗銅中含有的比銅活潑性弱的金屬雜質(zhì)Ag、Au等在陽極以單質(zhì)狀態(tài)沉入電解池底部，形成陽極泥。四、電冶金1金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的_________獲得電子，從它們的化合物中_____出來，如Mnne-====M。2電冶金：電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。金屬離子還原2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3電解熔融的氯化鈉：陽極反應(yīng)：_________________；陰極反應(yīng)：__________________；總反應(yīng)：_________________________。2Cl--2e-====Cl2↑2Na2e-====2Na2NaCl熔融2NaCl2↑

電解====【注意】1電冶金過程中需要消耗大量的電能，因此只有金屬性非常強的金屬適用電解法。2冶煉金屬鎂時，電解的是熔融氯化鎂；冶煉金屬鋁時，電解的是熔融氧化鋁。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2020年下學期長沙市第十一中學高一化學水溶液，下列敘述正確的是A電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉溶液，溶液呈棕色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，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性3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，選用的陽極金屬和電鍍液均正確的是溶液 3溶液3溶液 4溶液2【解析】選B。電解食鹽水時發(fā)生的反應(yīng)：陽極：2Cl--2e-====Cl2↑陰極：2H2O2e-====H2↑2OH-總反應(yīng)：2NaCl2H2O2NaOHH2↑Cl2↑對照分析選項，A錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2，滴加I溶液后發(fā)生反應(yīng)：Cl22I-====I22Cl-，溶液呈棕色，B正確；陰極附近產(chǎn)生大量的OH-，滴加酚酞后變紅色，C錯誤；電解一段時間后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯誤。

電解====2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1【解析】選C。電解食鹽水生成3種產(chǎn)物，H2和NaOH在陰極生成，Cl2在陽極生成。3【解析】選B。電鍍槽中，鍍件作陰極，可用鍍層金屬作陽極，利用其陽極金屬溶解提供鍍層金屬陽離子，電鍍液通常采用含有鍍層金屬離子的鹽溶液，由此A、D中AgCl和Ag2SO4均為沉淀，C中Fe做陽極，只有B符合要求。一、電解原理的應(yīng)用1電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理：在飽和食鹽水中存在著Na、Cl-、H、OH-四種離子，其中放電能力H>Na，Cl->OH-，通電時，發(fā)生反應(yīng)：陽極：2Cl--2e-====Cl2↑陽極上生成Cl2陰極：2H2e-====H2↑陰極上生成H22020年下學期長沙市第十一中學高一化學在電解池的陰極區(qū)，H放電，濃度減小，水的電離平衡向右移動，OH-濃度增大，同時Na受陰離子負電性的吸引而移向陰極區(qū)，Na與OH-組成了NaOH。電解飽和食鹽水的總反應(yīng)為2NaCl2H2O2NaOHCl2↑H2↑2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑

電解====

電解====2電鍍銅與電解精煉銅的比較：電鍍銅精煉銅能量轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)化為化學能電能轉(zhuǎn)化為化學能陽極材料純銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))陰極材料鍍件純銅2020年下學期長沙市第十一中學高一化學陽極反應(yīng)Cu-2e-====Cu2+Zn-2e-====Zn2+Cu-2e-====Cu2+等陰極反應(yīng)Cu2++2e-====CuCu2++2e-====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【易錯提醒】1電鍍銅中電解質(zhì)溶液的濃度保持不變，而電解精煉銅中Cu2的濃度逐漸減小，n2、Fe2、Ni2等的濃度逐漸增大，因此電解精煉銅時需要定期更換電解質(zhì)溶液。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2電鍍中陽極減小的質(zhì)量等于陰極增加的質(zhì)量。而電解精煉中，陽極減小的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等。3不論電鍍還是電解精煉，陽極失去電子的物質(zhì)的量與陰極得到電子的物質(zhì)的量必然相等?！就卣股罨侩x子交換膜電解槽2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、陽離子交換膜、電解槽和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。2電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。3陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。1下列對于電解精煉銅與電鍍的說法正確的是A電解精煉銅時是將電能轉(zhuǎn)化為化學能，電路中每通過2mole-時，陽極就會溶解64g銅B電解精煉銅時陽極為精銅，陰極為粗銅，電解過程中電解質(zhì)不需要更換2020年下學期長沙市第十一中學高一化學C在鐵質(zhì)器皿上鍍鋁，電解質(zhì)為熔融氧化鋁，鐵制器皿作陰極，陽極為鋁棒D電鍍過程中電鍍液需要不斷更換1【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下三點：1電鍍銅和電解精煉銅的工作原理和裝置特點。2電鍍銅和電解精煉銅的區(qū)別。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】選C。銅的精煉：陽極n-2e-====n2，Ni-2e-====Ni2，Cu-2e-====Cu2，陰極Cu22e-====Cu；陽極為粗銅，陰極為精銅，電路中每通過2mole-時，陽極溶解的Cu少于64g。電鍍銅時，鍍層金屬銅片作陽極，待鍍件鐵片作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)CuSO4作電鍍液。陽極Cu-2e-====Cu2，陰極Cu22e-====Cu，電鍍液濃度幾乎保持不變，電鍍過程中電鍍液不需要更換。2如圖所示，某同學設(shè)計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中為陽離子交換膜。請按要求回答相關(guān)問題：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1甲烷燃料電池負極反應(yīng)式是___________。2石墨C極的電極反應(yīng)式為____________。3若在標準狀況下，有224L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為________L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為________g。4某同學利用甲烷燃料電池設(shè)計電解法制取漂白液或FeOH2的實驗裝置如圖所示。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學若用于制漂白液，a為電池的________極，電解質(zhì)溶液最好用________；若用于制FeOH2，使用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，陽極選用________作電極。2【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：1原電池和電解池的判斷；原電池的正負極、電解池的陰陽極的判斷。2原電池和電解池原理及物質(zhì)的量的有關(guān)計算。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】1甲烷在負極上被氧化。在OH溶液中甲烷被氧化的產(chǎn)物為碳酸鉀，負極反應(yīng)式為CH4-8e-10OH-====CO32-7H2O。2鐵極為陰極，則C極為陽極，在C極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Cl--2e-==Cl2↑。3nO2==01mol，甲池正極反應(yīng)式為O24e-2H2O====4OH-，由電子守恒知，經(jīng)過甲、乙、丙裝置的電子的物質(zhì)的量為04mol。乙池中的鐵極與甲池的負極相連，鐵極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O2e-====2OH-H2↑，nH2==02mol，VH2=02mol×224L·mol-1=448L。丙池中精銅為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu22e-====Cu，nCu==02mol，mCu=02mol×64g·mol-1=128g。4漂白液的有效成分是次氯酸鹽，制備原理是2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑，Cl22OH-====Cl-ClO-H2O，氣體與液體反應(yīng)，最好采用逆向接觸，即氣體在下端產(chǎn)生，堿溶液在上端生成，使其充分反應(yīng)，所以該裝置的下端為陽極，上端為陰極，陰極與電源負極相連，故a極為負極。生活中常見且廉價的氯化物是氯化鈉，故電解質(zhì)溶液最好用飽和氯化鈉溶液，若制備氫氧化亞鐵，用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，選用鐵作陽極。

電解====答案：1CH4-8e-10OH-====7H2O22Cl--2e-====Cl2↑34481284負飽和氯化鈉溶液鐵2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3雙選如圖所示，A池用石墨電極電解氫氧化鈉溶液，B池精煉粗銅，一段時間后停止通電，A池D極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下為224L。下列說法正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學AA池為電解池，B池為原電池電極都發(fā)生氧化反應(yīng)CF極是以粗銅板為材料作陽極極質(zhì)量增加256g3【解析】選B、C。A、B池都有外加電源，都為電解池，故A錯誤；D極和E極分別為電解池的陽極和陰極，電極方程式分別為4OH--4e-====O2↑2H2O、Cu-2e-====Cu2，都發(fā)生氧化反應(yīng)，故B正確；F為電解池的陽極，應(yīng)為粗銅，故C正確；D為陽極，電極反應(yīng)為4OH--4e-====O2↑2H2O，A池D極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下為224L，nO2==01mol，轉(zhuǎn)移電子04mol，E為電解池的陰極，為純銅，電極反應(yīng)為Cu22e-====Cu，則應(yīng)生成02molCu，質(zhì)量為02mol×64g·mol-1=128g，故D錯誤。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。LiOH可由電解法制備，鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得。利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為________溶液填化學式，陽極電極反應(yīng)式為______________________，電解過程中Li向________電極遷移填“A”或“B”。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學4【解析】B極區(qū)產(chǎn)生H2，同時生成LiOH，則B極區(qū)電解液為LiOH溶液；電極A為陽極，陽極區(qū)電解液為LiCl溶液，根據(jù)放電順序，陽極上Cl-失去電子，則陽極電極反應(yīng)式為2Cl--2e-====Cl2↑；根據(jù)電流方向，電解過程中Li向B電極遷移。答案：LiOH2Cl--2e-====Cl2↑B2020年下學期長沙市第十一中學高一化學5粗銅的電解精煉如圖所示：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1在粗銅的電解過程中，圖中c電極的材料是________填“粗銅板”或“純銅板”；在d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________。2若粗銅中還含有Au、Ag、Fe等雜質(zhì)，則沉積在電解槽底部陽極泥的雜質(zhì)是________，電解一段時間后，電解液中的金屬離子有________。5【解析】用電解法進行粗銅提純時，粗銅應(yīng)作陽極，精銅作陰極。1該裝置中a為電池的正極，b為電池的負極，所以c為電解池的陽極，d為電解池的陰極，電解時，以硫酸銅溶液為電解液，溶液中的Cu2得到電子沉積在陰極上，發(fā)生還原反應(yīng)，即Cu22e-====Cu。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2作陽極的粗銅中的銅以及比銅活潑的金屬失去電子進入溶液，所以Fe發(fā)生反應(yīng)：Fe-2e-====Fe2，以Fe2的形式進入溶液中；比銅不活潑的金屬Au、Ag不會失去電子，以單質(zhì)的形成沉入電解槽形成“陽極泥”，則沉積在電解槽底部陽極泥的雜質(zhì)是Au、Ag，電解一段時間后，電解液中的金屬離子有Cu2、Fe2。答案：1粗銅板Cu22e-====Cu2Au、AgCu2、Fe2二、電解的有關(guān)計算1電解計算的原則：1陽極失去的電子數(shù)=陰極得到的電子數(shù)。2串聯(lián)電路中通過電解池的電子總數(shù)相等。3電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2電解計算的常用方法：3電化學計算中注意的幾個等量關(guān)系式：1當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時，它們皆處于同一閉合電路中，所以同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。2常見電化學計算的對應(yīng)關(guān)系：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H～2OH-2020年下學期長沙市第十一中學高一化學如電解中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為nH2∶nCl2∶nO2=1∶1∶05。3電解混合溶液時要注意電解的階段性，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)系式是電化學計算的主要依據(jù)?！就卣股罨侩娊夥ㄌ幚砗t酸性廢水工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-的酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理方法：往工業(yè)廢水中加入適量NaCl，以Fe為電極進行電解，Cr2O72-先變?yōu)镃r3，再轉(zhuǎn)化成CrOH3沉淀而被除去。其電解原理是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學陽極：Fe―2e-====Fe2；陰極：2H2e-====H2↑。陰極生成的Fe2與Cr2O72-反應(yīng)生成Cr3：Cr2O72-6Fe214H====2Cr36Fe37H2O，同時H不斷在陰極上得電子生成H2而析出，且Cr2O72-與Fe2的反應(yīng)也在消耗H，使得溶液酸性減弱，pH升高，Cr3、Fe3轉(zhuǎn)化成CrOH3、FeOH3。1500mLNaNO3和CuNO32的混合溶液中cNO3-=03mol·L-1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到112L氣體標準狀況，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學Na=02mol·L-1H=02mol·L-1C上述電解過程中共轉(zhuǎn)移04mol電子的物質(zhì)的量為01mol1【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下三點：1陰、陽極離子的放電順序與陽離子的氧化性、陰離子的還原性的關(guān)系。2當電解質(zhì)有多種時，注意電解質(zhì)電解的先后順序。3陰、陽極轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】選B。陽極是陰離子放電放電能力：OH->NO3-，根據(jù)題給信息，陽極一定是OH-放電，生成005mol氧氣，轉(zhuǎn)移02mol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005mol氫氣時，轉(zhuǎn)移01mol電子，根據(jù)得失電子守恒知，Cu2轉(zhuǎn)移01mol電子，nCu2=005mol。所以原溶液中n=005mol，nNO3-=03mol·L-1×05L=015mol，nNaNO3=005mol。原混合溶液中cNa=01mol·L-1，A項錯誤；結(jié)合以上分析及電解總方程式Cu22H2OCuH2↑O2↑2H可知，生成005molCu、005molO2、005molH2和01molH，電解后溶液中cH==02mol·L-1，B項正確，D項錯誤；上述電解過程中共轉(zhuǎn)移02mol電子，C項錯誤。

電解====2如圖所示，若電解5min時，測得銅電極的質(zhì)量增加216