第4章第2節(jié)-電解池(第2課時(shí)-電解應(yīng)用)(教師版)

《2021-2022學(xué)年高二化學(xué)同步精品學(xué)案（新人教版選擇性必修1）》第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第二節(jié)電解池第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用二、電解飽和食鹽水1、原理分析電解飽和食鹽水原理示意圖符號(hào)表征陽(yáng)極反應(yīng)2Cl－－2e－=Cl2↑陰極反應(yīng)2H2O＋2e－H2↑＋2OH－離子反應(yīng)方程式2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－總反應(yīng)方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋NaOH〔深入思考〕理論上講，陰極室加入純水即可，但在實(shí)際生產(chǎn)中，純水中要加入少量NaOH溶液，其原因是增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高電解效率，且不影響NaOH的純度?！局R(shí)拓展】離子交換膜的作用：一種選擇性透過(guò)膜，允許相應(yīng)離子通過(guò)，不允許其它離子及氣體分子通過(guò)。常見種類有陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜?！菜伎寂c討論〕（1）根據(jù)電解飽和食鹽水原理示意圖，判斷裝置中交換膜為陽(yáng)離子交換膜，理由是右側(cè)為陰極區(qū)，根據(jù)箭頭方向，應(yīng)該是陽(yáng)離子向陰極區(qū)移動(dòng)。（2）氯堿工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中必須把陽(yáng)極室和陰極室用離子交換膜隔開，原因是什么?

①提示一，從安全的角度：可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸。②提示二，從產(chǎn)品純度的角度：避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的純度。2、工業(yè)應(yīng)用：（1）燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)中，這個(gè)反應(yīng)在陽(yáng)離子交換膜電解槽進(jìn)行。（2）產(chǎn)品及應(yīng)用：仔細(xì)閱讀教材P103，體會(huì)電解飽和食鹽水產(chǎn)品及其廣泛的應(yīng)用二、電鍍：利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。電鍍的主要目的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。1、鐵上鍍銅工作原理電鍍池工作原理示意圖符號(hào)表征溶液變化陽(yáng)極反應(yīng)Cu－2e－=Cu2＋電解質(zhì)溶液成分不變；電解質(zhì)溶液濃度不變。（填“變”或“不變”）陰極反應(yīng)Cu2＋＋2e－=Cu2、電鍍池的構(gòu)成eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(陽(yáng)極：鍍層金屬；,陰極：待鍍金屬；,電鍍液：含有鍍層金屬離子的溶液))三、電解精煉銅：粗銅中含有一些雜質(zhì)，利用電解原理，把粗銅(含Zn、Ag、Au等雜質(zhì))作陽(yáng)極，使其中失電子能力比Cu強(qiáng)的金屬失電子形成金屬陽(yáng)離子溶解，失電子能力比Cu弱的金屬難以在陽(yáng)極溶解，它們會(huì)以單質(zhì)的形式沉積在精煉池底，形成“陽(yáng)極泥”，從而達(dá)到Cu與雜質(zhì)分離的目的。1、電解精煉銅工作原理電解精煉銅工作原理示意圖符號(hào)表征溶液變化陽(yáng)極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋電解質(zhì)溶液成分變；電解質(zhì)溶液濃度變。（填“變”或“不變”）沉積在溶液中的陽(yáng)極泥成分為Ag、Au。Cu－2e－=Cu2＋陰極反應(yīng)Cu2＋＋2e－=Cu2、精煉銅電解池的構(gòu)成eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(陽(yáng)極：粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))，,陰極：純銅；,電解質(zhì)溶液：CuSO4溶液))〔精益求精〕（雙選）關(guān)于電鍍銅和電解精煉銅，下列說(shuō)法中正確的是()A．陽(yáng)極失電子總數(shù)和陰極得電子總數(shù)都相等B．陽(yáng)極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量都相等C．電解液的成分和濃度都保持不變D．陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－Cu【答案】AD〔解析〕A項(xiàng)，在電解池中，陽(yáng)極失電子總數(shù)和陰極得電子總數(shù)必然相等，正確；B項(xiàng)，電鍍銅裝置中，陽(yáng)極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等，精煉銅裝置中，因?yàn)殡s質(zhì)的存在，陽(yáng)極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)并不相等，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電鍍銅，電解液的成分和濃度保持不變，精煉銅，電解液的成分和濃度均變化，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－Cu，正確。四、電冶金：用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，電解其熔融態(tài)的化合物。總反應(yīng)化學(xué)方程式陽(yáng)極、陰極反應(yīng)式冶煉鈉2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解))2Na＋Cl2↑陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2Na+＋2e－=2Na冶煉鎂MgCl2eq\o(=====,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Mg2＋＋2e－=Mg冶煉鋁2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do10(冰晶石))4Al＋3O2↑（冰晶石的作用是作Al2O3的助熔劑。）陽(yáng)極：6O2-－12e－=3O2↑陰極：4Al3+＋12e－=4Al【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。（1）電鍍池和精煉池在本質(zhì)上都是電解池(√)（2）用Zn作陽(yáng)極，F(xiàn)e作陰極，ZnCl2作電解質(zhì)溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅。(×)（3）電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3。(×)（4）粗銅電解精煉時(shí)，若電路中通過(guò)2mole－，陽(yáng)極減少64g。(×)（5）電解精煉時(shí)，陽(yáng)極泥可以作為提煉貴重金屬的原料（√）2．某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示裝置，探究氯堿工業(yè)原理，下列說(shuō)法正確的是 ()A．石墨電極與直流電源負(fù)極相連B．用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙?jiān)阢~電極附近檢驗(yàn)氣體，試紙變?yōu)樗{(lán)色C．氫氧化鈉在陽(yáng)極區(qū)附近產(chǎn)生，Na+向石墨電極遷移D．銅電極的反應(yīng)式為2H2O＋2e－H2↑＋2OH－【答案】D〔解析〕A項(xiàng)，若Cu電極所連的是直流電源的正極，則Cu是陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu2+，不符合氯堿工業(yè)原理，故石墨電極與直流電源正極相連，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，陰極(Cu極)反應(yīng)為2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，故用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙?jiān)谑姌O附近檢驗(yàn)氣體，試紙不變藍(lán)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，氫氧化鈉在陰極區(qū)附近產(chǎn)生，Na+向Cu電極遷移，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，H2O中H＋放電，正確。3．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。下列說(shuō)法正確的是()A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應(yīng)式2H2O－4e－O2↑＋4H＋B．電解精煉銅時(shí)，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時(shí)，Y是純銅D．制取金屬鎂時(shí)，Z是熔融的氯化鎂【答案】D〔解析〕A項(xiàng)，氯堿工業(yè)中X電極（陽(yáng)極）是Cl－放電生成Cl2，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電解精煉銅時(shí)陽(yáng)極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵等雜質(zhì)，溶液中Cu2＋濃度變小，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，鐵片上鍍銅時(shí)，陰極應(yīng)該是鐵片，陽(yáng)極是純銅，錯(cuò)誤；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(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－=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．電解后，溶液中存在的金屬陽(yáng)離子只有Fe2＋和Zn2＋D．電解后，電解槽底部的陽(yáng)極泥中有Cu和Pt【答案】D〔解析〕A項(xiàng)，陽(yáng)極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)：Ni－2e－=Ni2＋，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由于Fe、Zn的還原性大于Ni，所以陽(yáng)極同時(shí)還發(fā)生：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋，比較兩電極反應(yīng)，因Fe、Zn、Ni的相對(duì)原子質(zhì)量不等，當(dāng)兩極通過(guò)的電量相等時(shí)，陽(yáng)極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電解質(zhì)溶液中還含有Ni2＋錯(cuò)誤；D項(xiàng)，Cu、Pt還原性小于Ni，所以不反應(yīng)，正確。5．用含少量銀和鋅的粗銅作陽(yáng)極，純銅片作陰極，CuSO4溶液作電解液，電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極質(zhì)量減少了xg，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A．兩極得失電子相等B．陽(yáng)極溶解的金屬的物質(zhì)的量之和等于析出的銅的物質(zhì)的量C．陰極質(zhì)量增加bg，b<xD．陽(yáng)極質(zhì)量減少的xg為鋅和銅的質(zhì)量【答案】D〔解析〕由于粗銅中含有Zn和Ag，在電解過(guò)程中陽(yáng)極先是鋅失去電子，然后是銅失去電子，Ag落入陽(yáng)極泥；而陰極一直是銅析出。在電解過(guò)程中，兩極得失電子相等，所以溶解的鋅和銅的物質(zhì)的量之和等于析出的銅的物質(zhì)的量，A、B正確，但由于M(Zn)>M(Cu)，且還有一部分Ag要落入陽(yáng)極泥，所以陽(yáng)極減少的金屬的質(zhì)量大于陰極析出銅的質(zhì)量，即b<x，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。6．某興趣小組設(shè)計(jì)如圖微型實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時(shí)間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉(zhuǎn)。下列有關(guān)描述正確的是()A．?dāng)嚅_K2，閉合K1時(shí)，總反應(yīng)的離子方程式為：2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up10(電解))Cl2↑＋H2↑B．?dāng)嚅_K2，閉合K1時(shí)，石墨電極附近溶液變紅C．?dāng)嚅_K1，閉合K2時(shí)，銅電極上的電極反應(yīng)式為：Cl2＋2e－=2Cl－D．?dāng)嚅_K1，閉合K2時(shí)，石墨電極做正極【答案】D〔解析〕解答本題的關(guān)鍵是判斷金屬Cu在電解池和原電池中作何種電極。當(dāng)斷開K2，閉合K1時(shí)為電解池，由于兩極都有氣泡冒出，故銅比作陰極，故相當(dāng)于惰性電極電解飽和食鹽水，電池總反應(yīng)的離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－，酚酞應(yīng)在陰極區(qū)（銅電極）變紅，A、B錯(cuò)誤；當(dāng)斷開K1，閉合K2時(shí)組成氫氣和氯氣的燃料電池，銅作負(fù)極：H2－2e－=2H＋，而石墨做正極，C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確。7．在新冠肺炎疫情期間，“84”消毒液是環(huán)境消毒液之一。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。c、d都為碳電極。完成下列填空：（1）a為電源的________極，c為電解池的________極(填“正”“負(fù)”或“陰”“陽(yáng)”)。（2）d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式：______________________，電解產(chǎn)生消毒液的總化學(xué)方程式為___________________________________?！敬鸢浮浚?）負(fù)陽(yáng)（2）2H2O＋2e－H2↑＋2OH－NaCl＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))NaClO＋H2↑〔解析〕電解飽和氯化鈉溶液的方程式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，該學(xué)生目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要讓Cl2與NaOH充分混合反應(yīng)。所以應(yīng)在下端產(chǎn)生Cl2，上端產(chǎn)生NaOH，則a為負(fù)極，b為正極，c為陽(yáng)極，d為陰極，Cl2和NaOH溶液反應(yīng)：Cl2＋2NaOHNaCl＋NaClO＋H2O，故電解產(chǎn)生消毒液的總化學(xué)方程式為：NaCl＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))NaClO＋H2↑。8．電解的應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)下列電解的應(yīng)用，回答問題：（1）如圖為電解精煉銀的示意圖，________(填“a”或“b”)極為含有雜質(zhì)的粗銀，若b極有少量紅棕色氣體生成，則生成該氣體的電極反應(yīng)式為_________________________________。（2）以鋁材為陽(yáng)極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為_______________。（3）若想在鐵上鍍鋁，則鐵應(yīng)該作極。①若用AlCl3水溶液作電解液，（“能”或“不能”）實(shí)現(xiàn)鐵上鍍鋁？為什么。②離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機(jī)陽(yáng)離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時(shí)，可在鋼制品上電鍍鋁。已知電鍍過(guò)程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽(yáng)離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式________________________，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為?！敬鸢浮浚?）aNOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－NO2↑＋H2O（2）2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋（3）陰①不能Al3＋在水溶液中不放電②4Al2Cleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(7))＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))Al+7AlCl4――3e－＝4Al2Cl7―〔解析〕（1）電解精煉銀與電解精煉銅原理相似。電解精煉銀裝置中，含有雜質(zhì)的粗銀作陽(yáng)極，電解池的陽(yáng)極與電源的正極相連，則該裝置中a極為含有雜質(zhì)的粗銀。該電解池的b極為陰極，陰極上有紅棕色氣體生成，可知NOeq\o\al(－,3)被還原為NO2，電極反應(yīng)式為NOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－NO2↑＋H2O。（2）略；（3）在鐵上鍍鋁，故鐵應(yīng)作陰極，鋁作陽(yáng)極；①在水溶液中，Al3＋在水溶液中不放電，得電子能力：H＋>Al3＋，故陰極上發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋2e－=H2↑；②因?yàn)殡婂冞^(guò)程中“不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽(yáng)離子不參與電極反應(yīng)”，Al元素在熔融鹽中以Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)形式存在，則陰極的反應(yīng)是4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，陽(yáng)極的反應(yīng)為Al+7AlCl4――3e－＝4Al2Cl7―。9．按下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并回答下列問題：（1）判斷裝置的名稱：A池為

。（2）鋅電極反應(yīng)式為。石墨棒C2為______極，電極反應(yīng)式為。石墨棒C1附近發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為。（3）當(dāng)C2極析出2.24L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）時(shí)，鋅的質(zhì)量減少了g，CuSO4溶液的質(zhì)量增加了g?！敬鸢浮浚?）電解池（2）Zn-2e-=Zn2＋陽(yáng)極2Cl－－2e－=Cl2↑溶液變紅