人教版高中化学选修四 432 电解原理的应用 学案.docx

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人教版高中化学选修四432电解原理的应用学案

第三节电解池

第2课时　电解原理的应用

学习目标

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）

一．电解原理的应用

基础知识梳理

（一）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

2H＋＋2e－===H2↑

阳极

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↑。

（二）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　　　　的方法。

2．电镀池的构成

3．实例（往铁件上镀铜）

（1）阴极材料：

　　，电极反应式：

Cu2＋＋2e－===Cu；

（2）阳极材料：

　　，电极反应式：

Cu－2e－===Cu2＋；

（3）电解质溶液：

　　　　溶液。

（三）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　　　上析出。

2．装置

（四）电冶金

1．本质：

使矿石中的　　　　　获得电子，从它们的化合物中　　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

　　　　　　　等活泼金属。

3．举例

互动探究

[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A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？

（2）a、b、c、d电极名称分别是什么？

（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？

（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？

（5）若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？

归纳总结

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。

即时训练

1．如图所示，能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（　　）

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（　　）

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

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

4．下图为相互串联的甲、乙两电解池，试回答：

　　　　　　　　　　　　　　　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。

二．电解的有关计算

基础知识梳理

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。

互动探究

[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？

（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？

（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）

归纳总结

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

即时训练

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

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

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

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

参考答案

一．

基础知识梳理

（一）

1．放出无色气体　　放出黄绿色气体

（二）

1．合金

3．

（1）铁　

（2）铜　（3）CuSO4

（三）

1．阴极上

2．

（四）

1．离子　还原

2．Na、Ca、Mg、Al

3．举例

互动探究

（1）甲、乙构成原电池，丙是电解池。

（2）a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。

（3）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）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）c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。

即时训练

1．

【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．

【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．

【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．

【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

二．

互动探究

（1）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）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）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。

即时训练

1．

【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．

【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．

【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．

【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