高中化學(xué)學(xué)案【電解原理的應(yīng)用】

電解原理的應(yīng)用

目標與素養(yǎng)：1.運用電解原理分析電解食鹽水、銅的電解精煉，以及電鍍的

內(nèi)容。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)2.了解電解原理的應(yīng)用方法，并進一步體會電解對

人類社會的重要貢獻。(社會責任)

…迷菰自生生?自主預(yù)習。探新知必備知識感知

匚基礎(chǔ)知識填充口

1.電解食鹽水制備燒堿'氫氣和氯氣

⑴裝置

⑵現(xiàn)象

①陽極上：產(chǎn)生黃綠色氣體。

②陰極上：產(chǎn)生無色氣體，溶液變紅色。

⑶原理分析及電極反應(yīng)

電解時，C「、OH-移向陽極,Na+、H+移向陰極。

①陽極離子放電順序：COOHo

電極反應(yīng)：2c廣—2廣=。23氧化反應(yīng)。

②陰極離子放電順序：H+>Na+,

電極反應(yīng)：2H++2e-==H2t，還原反應(yīng)。

(4)電池反應(yīng)化學(xué)方程式

2NaCl+2H2O^^2NaOH+Cbt+氏3

離子方程式：2c子+2H2O^tt=2OH+C12t+H2t。

思考接通電源后，哪個電極附近的顏色發(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,

使c(OlT)增大，即陰極區(qū)產(chǎn)生堿，使酚釀變紅色。

2.銅的電解精煉

⑴裝置

陰極陽極

s?

三-三■二-二舅三

硫酸酸化的CuSO,溶液

⑵粗銅成分

①主要成分：Cuo

②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等。

(3)電極反應(yīng)

Cu（粗銅）-QuQ2,

其他5應(yīng)：Zn-2e-=Zn2*

Fe-2e-=Fe2*

Ni-2e-=Ni2+

4gM處等金屬沉積在槽底形成陽極泥

Cu*+2e-=Cu(精銅)

微點撥：(1)粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質(zhì)，同時間段內(nèi)兩電極改變的質(zhì)量

不相等，但兩電極通過的電量相等。

⑵電解過程中，陰離子濃度不變，CW+濃度減小，F(xiàn)e2+、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：增強金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。

(3)根據(jù)電解原理，設(shè)計在鐵釘上鍍銅的實驗方案

電陽極:Cu電

鍍—2e鍍d陽極：銅片

電極材料

2+

原=Cu方銅片一三4-二二二-陰極：鐵釘

CuSO4--

溶液飛fill

理陰極：案

CM++

2e一

=Cu電鍍液CuSO4溶液

微點撥：電鍍的特點：“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。

匚預(yù)習效果驗收一

1.判斷對錯(對的在括號內(nèi)打“，錯的在括號內(nèi)打“X”。)

⑴氯堿工業(yè)中，陽極區(qū)產(chǎn)生H2和NaOH。()

(2)精煉銅裝置中，粗銅作陰極，精銅作陽極。()

⑶精煉銅過程中，電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)不變。()

(4)電鍍裝置中，鍍件作陰極，待鍍金屬作陽極。()

(5)電鍍過程中，電解質(zhì)溶液的濃度減小。()

［提示］⑴義氟堿工業(yè)中，陰極區(qū)產(chǎn)生H2和NaOH,陽極區(qū)產(chǎn)生CL。

(2)X精煉銅裝置中，粗銅作陽極，精銅作陰極。

(3)X精煉銅過程中，電解質(zhì)溶液中c(Ci)2+)減小。

(4)V

(5)X電鍍過程中，電解質(zhì)溶液的濃度不變。

2.某小組設(shè)計電解飽和食鹽水的裝置如右圖，通電后兩極均有氣泡產(chǎn)生,

下列敘述正確的是()

含酚獻的飽和食鹽水

A.銅電極附近觀察到黃綠色氣體

B.石墨電極附近溶液先變紅

C.溶液中的Na+向石墨電極移動

D.銅電極上發(fā)生還原反應(yīng)

［答案］D

3.粗銅的電解精煉如右圖所示。在粗銅的電解過程中，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

;若粗銅中還含有Au、Ag、Fe,它們在電解槽中的存在

［答案］cCu2++2e-=CuAu、Ag以單質(zhì)的形式沉積在c（陽極）下方,

Fe以Fe2+的形式進入電解液

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及難點y電解原理的應(yīng)用

1.工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿

工業(yè)電解飽和食鹽水制備燒堿時必須阻止OPT移向陽極，以使NaOH在陰

極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩溶液分開，使陽離子能通過陽離子交換膜,

而陰離子不能通過。

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

NaOHo

精制飽和食鹽水水（含少用NaOH）

2.銅的電解精煉與電鍍銅對比

電解精煉銅電鍍銅

陰極

電極精銅鍍件

材料粗銅純銅

陽極

電極反陽極Cu（粗銅）-2e—=Cu2+等Cu~2e==Cu2+

應(yīng)式陰極Cu2++2e-=Cu（精銅）Cu2++2e-==Cu

電解后E溶液CM+減少，比銅活潑的金屬陽電解質(zhì)溶液成分及濃

濃度白勺變化離子進入溶液度均不變

【例1】如圖為陽離子交換膜法電解飽和食鹽水的原理示意圖(所用電極

均為惰性電極)。下列說法不正確的是()

A.從E口逸出的氣體是H2

B.從B口加入含少量NaOH的水溶液以增強導(dǎo)電性

C.標準狀況下每生成22.4LCL,便產(chǎn)生2moiNaOH

D.電解一段時間后加適量鹽酸可以使電解液恢復(fù)到電解前的濃度

D［由鈉離子的移動方向可以確定左邊電極為陽極，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)補充水，D口得到氫氧化鈉濃溶液,

A、B項正確。電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2。通皂2NaOH+H2t

+C12t,當有1mol氟氣生成時，有2moi氫氧化鈉生成，C項正確。電解過程

中減少的是氫氣和氯氣且二者物質(zhì)的量之比為1：1,因此補充適量的氯化氫氣

體可以使電解液恢復(fù)到電解前的濃度，D項錯誤。］

［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、C12O

⑵既能防止陰極產(chǎn)生的出和陽極產(chǎn)生的C12混合而引起爆炸，又能避免C12

和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。

1.如圖中能驗證飽和食鹽水（含酚酬）的電解產(chǎn)物的裝置是（下列各圖中的電

極均為惰性電極）（）

用

我

氧

儀

乳

化

化

液

佻

的

溶

溶

液

液

慍和食It水飽和食注水飽和食捻水

ABD

D［電解飽和食鹽水時，陽極產(chǎn)物是C12,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、負極，從而確定電解池的陰、陽極，然后

判斷電極產(chǎn)物以及檢驗方法，D選項符合題意。］

2.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Cu—2e-=Cu2+

D.陰極反應(yīng)都只有Cu2++2e-=Cu

D［A項電鍍時鍍件作陰極；B項電解精煉銅時電解液成分改變；C項電解

精煉銅時，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)（如鋅），則陽極還會發(fā)生Zn-2e-=Zn2+

的反應(yīng)。］

心雄點2有關(guān)電解計算的方法

1.根據(jù)電子守恒法計算

用于串聯(lián)電路中各電極產(chǎn)物的計算，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)方程式計算。

3.根據(jù)關(guān)系式計算

根據(jù)電子得失相等找到已知量與未知量之間的橋梁，得出計算所需的關(guān)系

式。

［素養(yǎng)養(yǎng)成］

微觀探析：（1）電解過程中產(chǎn)生的H+或OH,其物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移電子的物

質(zhì)的量。

(2)進行電解計算時，要注意電極放電順序，確定不同階段的電極反應(yīng)。

【例2】用鉗電極電解50mLCuCl2與CuSO4的混合溶液(濃度均為2

mol-L-1),當陰極析出9.6g固體時，陽極產(chǎn)生標準狀況下氧氣Lo

［解析］陰極電極反應(yīng)為Cu2++2e-=Cu,9.6gCu的物質(zhì)的量為0.15mol,

得電子0.3mol;陽極電極反應(yīng)為2C1-2e-=C12t,4OH--4e==2H2O+

O2t,生成CL為0.05LX2moi=0.1mol,C「最多能失去電子0.05LX2

_1

mol-LX2=0.2moL根據(jù)電子守恒知必有氧氣生成，所以4/i(O2)+2n(Cl2)=

0.3mol,“(02)=0.025mol,則產(chǎn)生氧氣標準狀況下的體積為0.025molX22.4

L-mor1=0.56Lo

［答案］0.56

包城1訓(xùn)練

1.如圖所示的A、B兩個電解池中的電極均為粕，在A池中加入0.05mol-L

-1的C11CI2溶液，B池中加入0.1mol-L-i的AgNCh溶液，進行電解。a、b、c、

d四個電極上所析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是()

A.2：2：4：1B.1：1：2：1

C.2：1：1：1D.2：1：2：1

A［由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽極。a極上析出Cu,b極上

析出Ch,c極上析出Ag,d極上析出。2。由電子守恒可得出：2e-?Cu?CL?

2Ag?1。2,所以a、b、c、d四個電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1：1：2：；

=2：2：4：lo］

2.將兩支惰性電極插入CUSO4溶液中，通電電解。

⑴當有1.0X10-3m°i的01r放電時，溶液顯淺藍色，則在陰極上析出銅的

質(zhì)量是O

(2)若溶液的體積為1L,忽略溶液體積變化，在標準狀況下放出5.6mLCh

時，溶液中c(H+)是o

［解析］（1）用情性電極電解CuSO4溶液時，陰極電極反應(yīng)式為2Cu2++4e-

==2Cu,陽極電極反應(yīng)式為4OH-4e==O2t+2H2Oo當有LOXIO-mol

的OFT放電時，此時轉(zhuǎn)移電子為1.0X10-3mol,則在陰極上析出Cu的質(zhì)量為

0.032go

(2)陽極：

-

4OH-4e-==2H2O+O2f

4mol1mol

5.6X103L

n22.4LmoF1

n=1.0X10-3mol,即消耗LOX10_3molOH,生成

+

1.0X10-3moIH,

1.0X10-3mol

則c(H+)==1.0X10-3mol.L-

［答案］(1)0.032g(2)1XIO、mobL-1

基礎(chǔ)知識考查當堂達標。提素養(yǎng)關(guān)維熊力括喬

1.在鐵制品上鍍上一定厚度的銀層，以下設(shè)計方案正確的是（）

A.銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有銀離子

B.鉗作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子

C.銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有亞鐵離子

D.銀作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子

A［應(yīng)選鍍層金屬銀作陽極，待鍍金屬作陰極，含鍍層金屬Ag+的溶液作

電鍍液，即A項正確。］

2.以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進行粗銅（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)生還原反應(yīng)

C.溶液中CM+向陽極移動

D.利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬

D［粗銅的電解精煉時，電能不可能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯誤；粗銅作

陽極與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯誤；溶液中的Cu2+向陰極移動，C

錯誤；不活潑金屬Ag、Pt、Au等金屬在陽極沉積，可以回收，D正確。］

3.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C12被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設(shè)計

了如圖的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是（）

A.a為正極,b為負極；NaClO和NaCl

B.a為負極,b為正極；NaClO和NaCl

C.a為陽極，b為陰極；HC1O和NaCl

D.a為陰極，b為陽極；HC1O和NaCl

B［有關(guān)反應(yīng)有2NaCl+2H2O—2NaOH+H2f+Cl2t,Ch+

2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,因陽極生成CL,陰極生成NaOH,為使二者

充分作用，CL應(yīng)在下端產(chǎn)生，從而推知電源b為正極，a為負極，消毒液的主

要成分是NaCl、NaClOo］

4.用惰性電極電解M（NO3）x的水溶液，當陰極質(zhì)量增加ag時，在陽極上

同時產(chǎn)生8