学年高中化学人教版选修4教案第4章 第3节 第2课时 电解原理的应用 Word版含答案.docx

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学年高中化学人教版选修4教案第4章第3节第2课时电解原理的应用Word版含答案

第2课时　电解原理的应用

1．掌握电解饱和食盐水的原理。

（重点）

2．了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。

（重点）

3．掌握电解的有关计算。

（难点）

　电解原理的应用

[基础·初探]

教材整理1　电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气

1．装置及现象

现象

电极反应式

阴极

放出无色气体

2H＋＋2e－===H2↑

阳极

放出黄绿色气体

2Cl－－2e－===Cl2↑

2.电解总反应式

化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，

离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

教材整理2　电镀

1．定义：

应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

2．电镀池的构成

3．实例（往铁件上镀铜）

（1）阴极材料：

铁，电极反应式：

Cu2＋＋2e－===Cu；

（2）阳极材料：

铜，电极反应式：

Cu－2e－===Cu2＋；

（3）电解质溶液：

CuSO4溶液。

教材整理3　电解精炼铜

1．电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在阴极上析出。

2．装置

教材整理4　电冶金

1．本质：

使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

如Mn＋＋ne－===M。

2．电冶金：

电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属。

3．举例

[探究·升华]

[思考探究]

模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如下图，装置闭合电键K时，电流计G的指针将发生偏转。

问题思考：

（1）哪个装置是原电池？

哪个装置是电解池？

【提示】　甲、乙构成原电池，丙是电解池。

（2）a、b、c、d电极名称分别是什么？

【提示】　a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。

（3）若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】　c电极用Pt或石墨，d电极用铁丝（导体均可），X溶液为饱和食盐水。

（4）若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？

电极反应式如何书写？

【提示】　c电极用Ag，d电极用Fe，X溶液为AgNO3溶液；阳极：

Ag－e－===Ag＋，阴极：

Ag＋＋e－===Ag。

（5）若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】　c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。

[认知升华]

1．电镀铜与精炼铜的比较

电镀铜

精炼铜

能量转变

电能转化为化学能

电能转化为化学能

阳极材料

纯铜

粗铜（含锌、银、金等杂质）

阴极材料

镀件

纯铜

阳极反应

Cu－2e－===Cu2＋

Zn－2e－===Zn2＋

Cu－2e－===Cu2＋等

阴极反应

Cu2＋＋2e－===Cu

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶

液及其变化　

硫酸铜溶液保持不变

反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小

2.原电池、电解池、电镀池的判断方法

（1）若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。

（2）若有外接直流电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属阳离子属同种元素时，则为电镀池。

（3）若多个单池相互串联，又有外接直流电源时，则与直流电源相连接的为电解池或电镀池。

若无外接直流电源时，较活泼的金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。

[题组·冲关]

1．如图所示，能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（　　）

【解析】　电解NaCl溶液时，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极产物为Cl2；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极放出H2；Cl2可用KI淀粉溶液检验。

因H2密度小，在阴极生成，结合e－转移方向知D正确。

【答案】　D

2．按下图装置实验，若x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示（　　）【导学号：

51182041】

①c（Ag＋）　②c（AgNO3）　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的pH

A．①③B．③④

C．①②④D．①②⑤

【解析】　该电解池中阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，所以随着电解的进行，c（Ag＋）不变，c（AgNO3）不变，溶液的pH不变。

答案选D。

【答案】　D

3．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子

【解析】　本题考查的是电镀的原理。

电镀原理是镀层金属作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。

【答案】　A

4．下图为相互串联的甲、乙两电解池，试回答：

【导学号：

29910057】

甲　　　　乙

（1）若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是______（填电极材料），电极反应式是______________；B是________（填电极材料），电极反应式是_________，

应选用的电解质溶液是________。

（2）乙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间后，_______________________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。

（3）若甲池阴极增重43.2g，则乙池中阳极上放出的气体在标况下的体积是________L。

【解析】　

（1）电镀池中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属阳离子的盐溶液作电解质溶液。

（2）使酚酞呈红色说明显碱性，即2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故阴极（Fe）呈碱性。

（3）由电子守恒得：

2Ag～Cl2，n（Ag）＝

＝0.4mol，则n（Cl2）＝

n（Ag）＝0.2mol，V（Cl2）＝n·Vm＝4.48L。

【答案】　

（1）Fe　Ag＋＋e－===Ag

Ag　Ag－e－===Ag＋　AgNO3溶液　

（2）Fe　

（3）4.48

电解的有关计算

[基础·初探]

教材整理　

1．计算的原则

（1）阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。

（2）串联电路中通过各电解池的电子总数相等。

（3）电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。

2．计算步骤

首先要正确书写电极反应式（要特别注意阳极材料）；其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。

3．电解计算的常考题型

（1）电子守恒在电解计算中的应用。

（2）计算电解后溶液中的离子浓度。

（3）计算电解质溶液的pH。

（4）计算电解后析出的固体质量。

（5）串联电路中的物质关系。

[探究·升华]

[思考探究]

在如下图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g。

问题思考：

（1）发现A极比C极重，说明A极和C极上分别析出什么物质？

说明电源E为正极还是负极？

【提示】　A极比C极重，说明A极上有Ag析出，说明电源E是负极，则C极为阴极，C极上有铜析出。

（2）A极比C极重1.9g，则A极上析出单质的物质的量为多少？

C极上析出单质的物质的量为多少？

【提示】　设A极析出的Ag为xmol，则对应析出的铜为

mol（电子守恒），即得108x－64×

＝1.9，x＝0.025mol

则析出的Ag为2.7g，析出的铜为0.8g。

（3）写出B极的电极反应式。

计算B极析出气体的体积是多少？

（标准状况）

【提示】　B极的电极反应式：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

根据题意可知，该过程转移0.025mol电子，则B极生成O2的体积V＝22.4L/mol×

mol＝0.14L。

[认知升华]

电解池中有关量的计算或判断

1．题型特点

主要包括以下几方面：

根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。

2．解题方法

[题组·冲关]

1．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NO

、Cl－、SO

，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为

（　　）

A．8∶1　　　B．2∶27

C．35.5∶108D．108∶35.5

【解析】　Ag＋与Cl－、Ba2＋与SO

均生成沉淀，相当于电解NaNO3溶液，实质是电解H2O，两极得到的氧化产物和还原产物分别为O2和H2。

【答案】　A

2．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2mol电子时停止通电。

若此溶液体积为2L，则所得电解液的pH是（　　）

A．1B．8

C．13D．14

【解析】　电解饱和食盐水时供给0.2mol电子，则消耗的H＋为0.2mol，同时产生OH－为0.2mol，溶液体积为2L，pH＝13。

【答案】　C

3．将1L含有0.4molCu（NO3）2和0.4molKCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2gCu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为（不考虑产生的气体在水中的溶解）（　　）

A．3.36LB．5.6L

C．6.72LD．13.44L

【解析】　阴极析出铜0.3mol，由Cu2＋＋2e－===Cu知Cu2＋得到0.6mol电子，根据2Cl－－2e－===Cl2↑，求出当溶液中Cl－全部参与电极反应时，放出Cl20.2mol，失去电子0.4mol。

因此在阳极还有OH－放电，根据4OH－－4e－===2H2O＋O2↑和电子守恒，在阳极有0.05molO2放出，即阳极共放出0.25mol，标准状况下为5.6L的气体。

【答案】　B

4．把两个惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是（　　）

A．27mg　　B．54mg

C．108mgD．216mg

【解析】　本题考查的是有关电解反应的计算。

首先应弄清楚两极的反应。

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极没有氢气析出，则阴极反应为：

Ag＋＋e－===Ag。

OH－的消耗导致了H＋的增加，增加量为1×10－3mol/L×0.5L＝5×

10－4mol，即转移电子数5×10－4mol，析出银的质量为5×10－4mol×108g/mol＝0.054g＝54mg。

【答案】　B

学业分层测评（二十三）

（建议用时：

45分钟）

[学业达标]

1．下列描述中，不符合生产实际的是（　　）

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

【解析】　电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极是则阳极放电的是金属铁，电极被损耗，不符合生产实际，故A错误；电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极，在该电极上会析出大量的铜，故B正确；电解饱和食盐水制烧碱，阴极上是氢离子放电，在该极附近生成大量的氢氧化钠，符合生产实际，故C正确；电镀原理中，镀层金属做阳极，镀件金属做阴极，故D正确。

【答案】　A

2．下列金属只能用电解法冶炼获得的是（　　）

A．Na　　　B．Cu

C．FeD．Au

【解析】　Cu、Fe用热还原法获取，Au用富集获取；2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

【答案】　A

3．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Zn，其他电极均为Cu，则下列说法正确的是（　　）

A．电子移动：

电极Ⅰ→电极Ⅳ→电极Ⅲ→电极Ⅱ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅳ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：

Cu－2e－===Cu2＋

【解析】　左池为原电池，右池为电解池。

A项，电子不能通过电解质溶液，即不能实现电极Ⅳ→电极Ⅲ；B项，电极Ⅰ发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋；C项，电极Ⅳ：

Cu2＋＋2e－===Cu。

【答案】　D

4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是（　　）

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为：

Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等

C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt

【解析】　本题为“电解精炼铜”的迁移应用，A项，阳极应发生氧化反应。

C项，溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子。

比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。

【答案】　D

5．关于电解氯化钠水溶液（铁做阴极、石墨做阳极），下列叙述正确的是

（　　）

A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色

C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

【解析】　电解食盐水时发生的反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

对照分析选项，C错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕黄色，B正确；阴极附近产生大量的OH－，滴加酚酞后变红色，A错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。

【答案】　B

6．某学生按右图装置进行实验，下列说法不正确的是（　　）

A．A池为原电池，B池为电解池

B．石墨棒C2为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

C．石墨棒C1附近可观察到溶液呈红色

D．当C2极析出224mL气体（标准状况）时，锌电极的质量减少0.65g

【解析】　C2极附近溶液呈碱性，使酚酞显红色。

【答案】　C

7．某兴趣小组设计如下图微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：

Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极做正极

【解析】　解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。

当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组成原电池，铜作负极而石墨做正极，故C错而D正确。

【答案】　D

8．用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示（气体体积均在相同状况下测定）。

欲使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入（　　）

A．0.1molCuO

B．0.1molCuCO3

C．0.1molCu（OH）2

D．0.05molCu2（OH）2CO3

【解析】　根据图像和电解原理，O～P段电解反应的化学方程式为：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，P～Q段电解反应的化学方程式为：

2H2O

2H2↑＋O2↑，所以溶液中应加入CuO：

＝0.1mol，H2O：

＝0.05mol，分析四个选项，加入0.05molCu2（OH）2CO3合适。

【答案】　D

9．将0.2molAgNO3、0.4molCu（NO3）2、0.6molKCl溶于水，配成100mL的溶液，用石墨做电极电解一段时间后，在一极析出0.3molCu，此时在另一极收集到气体体积为（标况）（　　）【导学号：

51182043】

A.4.48L　　　　　B.5.6L

C.6.72LD．7.84L

【解析】　阴极反应的先后顺序为Ag＋＋e－===Ag、Cu2＋＋2e－===Cu，根据题意阳极生成0.2mol银、0.3molCu，转移电子0.8mol；阳极反应的先后顺序为2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成氯气0.3mol，转移电子0.6mol，所以4OH－－4e－===2H2O＋O2↑反应转移电子0.2mol，生成氧气0.05mol；阳极生成气体的总量为0.35mol，体积为（标况）7.84L。

【答案】　D

10．右图中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色。

请填空：

（1）电源A中a为________极。

（2）滤纸B上发生的总反应方程式为：

______________。

（3）欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为：

______________，电极f上发生的反应为：

______________________，槽中盛放的电镀液可以是________或________（只要求填两种电解质溶液）。

【解析】　

（1）根据c点酚酞变红，则该极的反应为：

2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是正极。

（2）滤纸B上发生的总反应方程式为：

2NaCl＋2H2O电解,H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。

（3）c、d两点短路后，e为阳极，反应为：

Zn－2e－===Zn2＋，阴极上镀锌，则阴极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液用含镀层离子的电解质溶液，所以可用ZnSO4溶液或Zn（NO3）2溶液等。

【答案】　

（1）正

（2）2NaCl＋2H2O电解,H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

（3）Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn　ZnSO4溶液　Zn（NO3）2溶液

11．如图所示，U形管内盛有100mL的溶液，按要求回答下列问题：

（1）打开K2，闭合K1，若所盛溶液为CuSO4溶液：

则A为________极，A极的电极反应式为______________________。

若所盛溶液为KCl溶液：

则B极的电极反应式为________________。

（2）打开K1，闭合K2，若所盛溶液为滴有酚酞的NaCl溶液，则A电极附近可观察到的现象是________________________，Na＋移向________极（填A、B）；总反应化学方程式是____________________。

（3）如果要用电解的方法精炼粗铜，打开K1，闭合K2，电解液选用CuSO4溶液，则A电极的材料应换成是________（填“粗铜”或“纯铜”），反应一段时间后电解质溶液中Cu2＋的浓度将会________（填“增大”、“减小”、“不变”）。

【答案】　

（1）负　Zn－2e－===Zn2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－

（2）A极上有气泡，电极附近溶液变红　A

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（3）纯铜　减小

[能力提升]

12.用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是（　　）

A．用石墨做阳极，铁做阴极

B．阳极的电极反应式：

Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

【解析】　A．若铁做阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；B.阳极Cl－放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子（H＋），C项正确；D.由于溶液呈碱性，故除去CN－，发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。

【答案】　D

13．用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况下），原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为

（　　）

A．1mol·L－1B．2mol·L－1

C．3mol·L－1D．4mol·L－1

【解析】　根据题设条件，两极上电极反应式为阴极：

首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

既然阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于OH－失电子总数。

析出0.1molH2获得0.2mol电子，析出0.1molO2失去0.4mol电子，所以有0.1molCu2＋放电，获得0.2mol电子，c（Cu2＋）＝0.1mol/0.1L＝1mol·L－1。

【答案】　A

14．体积为1L，物质的量浓度均为0.1mol·L－1的CuSO4和NaCl混合溶液中，用石墨电极进行电解。

电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图。

则下列说法正确的是（　　）【导学号：

51182044】

A．AB段pH增大是因为电解NaCl溶液生成NaOH的缘故

B．BC段在阳极共析出3.2g铜

C．整个过程中阳极先产生Cl2，后产生O2

D．至C点阴极上共逸出气体1.68L（标准状况）

【解析】　CuSO4和NaCl的物质的量均是0.1mol，电解分3个阶段：

AB段：

阳极：

0.1mol氯离子失0.1mol电子，阴极：

0.05mol铜离子得0.1mol电子，由于铜离子水解使溶液酸性减弱，铜离子浓度逐渐减小，溶液pH值逐渐增大；

BC段：

阳极：

0.1mol氢氧根离子失0.1mol电子（来源于水的电离），阴极：

0.05mol铜离子再得0.1mol电子，由于氢氧根离子消耗，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH值迅速减小；

CD段：

阳极：

氢氧根离子失去电子，阴极：

氢离子得到电子，开始电解水，溶液中氢离子浓度逐渐增大，pH值减小。

根据以上分析可知AB段pH增大是因