高中化學(xué) 第四章 第三節(jié) 第2課時(shí) 電解原理的應(yīng)用課時(shí)作業(yè) 新人教版選修4

第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用[目標(biāo)要求]1.了解氯堿工業(yè)，電鍍，冶金的原理。2.掌握電解原理及其應(yīng)用。電解原理的應(yīng)用1．氯堿工業(yè)：電解飽和食鹽水，制取燒堿、氯氣和氫氣。電極的反應(yīng)式(并注明反應(yīng)類型)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應(yīng))；陰極：2H＋＋2e－=H2↑(還原反應(yīng))?？偡磻?yīng)式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。其中陰極反應(yīng)中的H＋是由水電離產(chǎn)生的。2．電鍍(1)電鍍是應(yīng)用電解的原理在金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。(2)電鍍eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(陽極：鍍層金屬，電極本身發(fā)生氧化反應(yīng),陰極：待鍍金屬制品,電鍍?nèi)芤海汉绣儗咏饘匐x子的溶液))在電鍍過程中，電鍍液的濃度不變。3．電解精煉(如電解精煉銅，雜質(zhì)為鐵、鋅、金、銀)(1)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)活潑性較強(qiáng)的鐵、鋅以離子形式進(jìn)入溶液，活潑性較差的金、銀形成陽極泥。4．電冶金制取金屬Na、Ca、Mg、Al等活潑金屬，很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質(zhì)，因此必須通過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉：陰極：2Na＋＋2e－=2Na，陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑，總反應(yīng)式：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑。知識點(diǎn)一氯堿工業(yè)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B解析電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl＋2H2O電解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在陰極區(qū)生成，Cl2在陽極區(qū)生成。按照該學(xué)生制作的豎直的家用環(huán)保型消毒裝置，若將陽極置于上方，則氯氣一生成即逸出，不能完全與NaOH反應(yīng)。顯然，應(yīng)將陽極置于下方，陰極置于上方，下方陽極生成的氯氣通過溶液時(shí)即可很好地被陰極生成的NaOH吸收。反應(yīng)為Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。還應(yīng)注意的是圖中電極a、b是電源的電極而非電解池的電極。與電解裝置上方陰極相連的a為電源的負(fù)極，則b為正極。2.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?zhí)羁眨?1)X的電極名稱是__________極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為______________，Y極的電極材料是____________，檢驗(yàn)X極產(chǎn)物的方法是________________________________。(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________(填化學(xué)式)，其形成原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________，該沉淀在空氣中放置，現(xiàn)象是______________________。(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________________，陽極室(A處)加入____________，陰極室(B處)加入__________，離子交換膜只許__________離子通過。答案(1)陽2Cl－－2e－=Cl2↑Fe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)Fe(OH)2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先變灰綠色，后變紅褐色(3)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不純飽和食鹽水純水(或NaOH稀溶液)Na＋解析與電源正極相接的為電解池的陽極，與電源負(fù)極相接的為電解池的陰極，若接反則金屬Fe失去電子而產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀。知識點(diǎn)二電鍍池及電冶金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D解析要在鐵制品上鍍鋅，應(yīng)該用鋅作陽極，鐵制品作陰極，含有Zn2＋的溶液作電鍍液，所以D項(xiàng)正確。4．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D解析此題考查的是電解的基本原理。在電解池中，陽極失去電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，而陰極得到電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)。題目中已經(jīng)告訴氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，可以推出題中幾種金屬在陽極的放電順序?yàn)椋篫n>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金屬不放電)，陰極的放電順序?yàn)椋篫n2＋<Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，所以A中陽極電極反應(yīng)式有：Zn－2e－=Zn2＋，F(xiàn)e－2e－=Fe2＋，Ni－2e－=Ni2＋(主要電極反應(yīng))。B：由于陽極中Cu和Pt沉于電解槽底部的陽極泥中，而Zn和Fe在陽極放電，在陰極不能放電，因此陽極質(zhì)量的減少>陰極質(zhì)量的增加。C：溶液中除了Fe2＋和Zn2＋還有Ni2＋、H＋等。知識點(diǎn)三電化學(xué)計(jì)算5．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∶3答案C解析串聯(lián)電路中，相同時(shí)間內(nèi)各電極得或失的電子的物質(zhì)的量相同，各電極上放出氣體的物質(zhì)的量之比為定值。不必注意電極增重是多少，只要判斷出生成何種氣體及生成該氣體一定物質(zhì)的量所得失電子的物質(zhì)的量，就可以通過得失電子守恒，判斷氣體體積之比，第一個(gè)燒杯中放出Cl2，第二個(gè)燒杯中放出Cl2和H2，第三個(gè)燒杯中放出O2。在有1mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，生成的氣體的物質(zhì)的量分別是0.5mol、0.5mol、0.5mol和0.25mol。所以共放出有色氣體(Cl2)0.5mol＋0.5mol＝1mol，無色氣體(O2和H2)0.5mol＋0.25mol＝0.75mol。6．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可以忽略)，電極上應(yīng)析出銀的質(zhì)量是()A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg答案B解析由電子守恒知，e－～OH－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。AgNO3溶液電解后產(chǎn)生酸，產(chǎn)生的H＋的物質(zhì)的量可由pH差來計(jì)算：pH從6.0變?yōu)?.0，即c(H＋)＝10－3mol·L－1－10－6mol·L－1≈10－3mol·L－1。所以n(Ag)＝n(H＋)＝10－3mol·L－1×0.5L＝5×10－4mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g，即54mg。練基礎(chǔ)落實(shí)1．在冶金工業(yè)中，常用電解法得到鈉、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B解析金屬冶煉方法的選取主要依據(jù)的是金屬的活潑性強(qiáng)弱，不活潑的金屬可以用熱分解法制備，如加熱氧化汞；比較活潑的金屬用熱還原法制備，如用焦炭煉鐵；活潑的金屬離子很難被其他還原劑還原，只能用電解法制備。由于鈉、鎂、鋁是活潑金屬，所以只能用電解法。2．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解析根據(jù)①，須選擇非惰性電極(除石墨、金、鉑外的電極)作陽極；根據(jù)③，須選擇純銅為陽極，含有Cu2＋的鹽溶液(如硫酸銅溶液)作電解液。至于陰極材料則選擇的余地較大，如B選項(xiàng)中用含Zn、Ag的銅合金作陰極，當(dāng)然也可用純銅、石墨、鉑等作陰極。3．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A解析對于蓄電池，充電和放電過程中發(fā)生的電極反應(yīng)相反。鉛蓄電池標(biāo)有“＋”的接線柱，表示原電池的正極，放電時(shí)該極發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)充電時(shí)，該極發(fā)生氧化反應(yīng)，因此標(biāo)有“＋”的接線柱，充電時(shí)作陽極。4．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A解析仔細(xì)觀察三個(gè)裝置，Ⅰ為原電池，電極反應(yīng)式為負(fù)極(Zn)：Zn－2e－=Zn2＋，正極(Cu)：Cu2＋＋2e－=Cu，Ⅱ?yàn)殡婂兂兀姌O反應(yīng)式為陽極(Cu)：Cu－2e－=Cu2＋，陰極(Zn)：Cu2＋＋2e－=Cu，Ⅲ為電解池，電極反應(yīng)式為陽極(Zn)：Zn－2e－=Zn2＋，陰極Cu：Cu2＋＋2e－=Cu。練方法技巧5．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq\o\al(－,3))＝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()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－1答案B解析陰極上分段發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：Cu2＋＋2e－=Cu,2H＋＋2e－=H2↑，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，當(dāng)陽極產(chǎn)生22.4L氧氣時(shí)，轉(zhuǎn)移電子4mol，此時(shí)陰極上H＋放電2mol，還有2mol電子轉(zhuǎn)移來自于Cu2＋放電，析出Cu1mol，溶液中c(K＋)＝c(NOeq\o\al(－,3))－2c(Cu2＋)＝6.0mol·L－1－2×＝2.0mol·L－1，故A、C項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)正確；根據(jù)電荷守恒，電解后溶液中c(H＋)＝2c(Cu2＋)＝4mol·L－1，D項(xiàng)錯(cuò)。6．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C解析根據(jù)得失電子守恒列出物質(zhì)間的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)M的相對原子質(zhì)量為Mr。Mx＋～xe－～eq\f(x,4)O2Mrg22.4·eq\f(x,4)LagbL解得Mr＝eq\f(22.4ax,4b)＝eq\f(5.6ax,b)。練綜合拓展7．某課外活動(dòng)小組準(zhǔn)備用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有甲、乙、丙三位同學(xué)分別選擇了如下電極材料和電解質(zhì)溶液：A電極B電極X溶液甲CuZnH2SO4乙PtPtCuCl2丙FeCu？(1)甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將電鍵K5閉合，Zn電極上的電極反應(yīng)式為________________。(2)乙同學(xué)準(zhǔn)備進(jìn)行電解CuCl2溶液的實(shí)驗(yàn)，則電解時(shí)的總反應(yīng)方程式為________________________________________________________________________；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)閉合的電鍵組合是________。(從下列五項(xiàng)中選擇所有可能組合，第三小題也在這五項(xiàng)中選擇)A．K1和K2B．K1和K3C．K1和K4D．K2和K3E．K2和K(3)丙同學(xué)準(zhǔn)備在Fe上鍍Cu，選擇了某種鹽來配制電鍍液，則該鹽的化學(xué)式為________，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)閉合的電鍵組合是________(選項(xiàng)如上)。答案(1)Zn－2e－=Zn2＋(2)CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑C、D(3)CuCl2或CuSO4D解析(1)甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將電鍵K5閉合，裝置為原電池，較活潑的Zn為原電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋。(2)乙同學(xué)用惰性電極電解CuCl2溶液，電解時(shí)的總反應(yīng)方程式為CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)閉合K1和K4或K2和K3。(3)丙同學(xué)準(zhǔn)備在Fe上鍍Cu，則Fe為電鍍池陰極，接電源負(fù)極，Cu為電鍍池陽極，接電源正極，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)閉合K2和K3。應(yīng)選擇含有Cu2＋的電解質(zhì)溶液為電解液。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：(1)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________________________，與電源負(fù)極相連的電極附近，溶液pH________(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________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(3)如果粗鹽中SOeq\o\al(2－,4)含量過高，必須添加鋇試劑除去SOeq\o\al(2－,4)，該鋇試劑可以是________(填寫字母序號，下同)。A．Ba(OH)2B．Ba(NO3)2C．BaCl(4)為有效除去Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)，加入試劑的合理順序?yàn)開_______。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，通過________、冷卻、________(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____________________________________________________。答案(1)2Cl－－2e－=Cl2↑升