高中化學第1章第2節(jié)第2課時電解原理的應用學案含解析魯科版選修.docx

第2課時電解原理的應用核心素養(yǎng)發(fā)展目標1.變化觀念與平衡思想：通過對氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析，認識電能與化學能之間的能量轉(zhuǎn)化。2.證據(jù)推理與模型認知：建立電解應用問題的分析思維模型和電解相關(guān)計算的思維模型，加深對電解原理的理解和應用。一、電解原理的應用1電解飽和食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣(1)實驗裝置(2)實驗現(xiàn)象陽極上有黃綠色有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，并能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{色。陰極上有無色氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。(3)原理分析通電前，氯化鈉溶液中含有的離子：Na、Cl、H、OH。通電后，Na、H移向陰極，Cl、OH移向陽極。陽極：離子放電順序為ClOH，電極反應式為2Cl2e=Cl2；陰極：離子放電順序為HNa，電極反應式為2H2e=H2。因H放電，導致水的電離平衡向右移動，故陰極區(qū)生成NaOH。(4)電解的總反應式化學方程式：2NaCl2H2OH2Cl22NaOH；離子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH。2銅的電解精煉(1)裝置粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金和鉑等微量雜質(zhì)，常用電解的方法進行精煉。裝置如下：(2)電極反應式陽極：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2。陰極：Cu22e=Cu。(3)電解精煉的結(jié)果粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe、Ni等失去電子形成的陽離子殘留在溶液中，比銅不活潑的金屬Ag、Au、Pt以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部，形成陽極泥，陰極上得到純銅。3電鍍(1)電鍍銅裝置及分析電極反應式陽極：Cu2e=Cu2；陰極：Cu22e=Cu。可觀察到的現(xiàn)象是鐵件表面鍍上一層紅色的銅，銅片不斷溶解。硫酸銅溶液濃度不變。(2)電鍍的概念及電鍍池的構(gòu)成電鍍是應用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。電鍍池的構(gòu)成：一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液做電鍍液；把鍍層金屬浸入電鍍液中與直流電源的正極相連，作為陽極；待鍍金屬制品與直流電源的負極相連，作為陰極。(1)工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿在氯堿工業(yè)中，采用了陽離子交換膜，陽離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子(Na、H)通過，而阻止陰離子(Cl、OH)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。(2)銅的電解精煉與電鍍銅對比電解精煉銅電鍍銅電極材料陰極精銅鍍件陽極粗銅銅片電極反應式陽極Cu2e= Cu2等Cu22e= Cu陰極Cu2e=Cu2Cu22e= Cu電解質(zhì)溶液濃度的變化c(Cu2)減少，比銅活潑的金屬陽離子進入溶液電解質(zhì)溶液成分及濃度均不變例1在鐵片上鍍鋅時，下列敘述正確的是()將鐵片接在電源的正極上將鋅片接在電源的正極上在鐵片上發(fā)生的反應是Zn22e=Zn在鋅片上發(fā)生的反應是4OH4e=O22H2O可用Zn(NO3)2溶液做電解質(zhì)溶液ABCD答案B解析根據(jù)電鍍原理，鐵片做陰極，接在電源的負極上，電極反應為Zn22e=Zn；鋅片做陽極，接在電源的正極上，電極反應為Zn2e=Zn2；用含Zn2的溶液做電解質(zhì)溶液，故正確。考點電解原理的應用題點電鍍誤區(qū)警示(1)一般電解池，H的放電能力強于Zn2，但在電鍍條件下，由于溶液中c(Zn2)遠大于c(H)，則在陰極上先放電的是Zn2。(2)以水溶液做電解質(zhì)溶液不可能在陰極上鍍上K、Ca、Na、Mg、Al等較活潑金屬，因為在陰極上發(fā)生的反應是2H2e=H2。例2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Fe2Ni2FeCuAgPt，因此Ag、Pt不會放電，以單質(zhì)形式在陽極附近沉積下來，故D正確。考點電解原理的應用題點電解精煉銅2利用如圖所示裝置可以在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說法正確的是()A通電后，Ag向陽極移動B銀片與電源負極相連C該電解池的陰極反應可表示為Age=AgD當電鍍一段時間后，將電源反接，銅牌可恢復如初答案C解析銅牌上鍍銀，銀片為陽極，Ag向陰極移動，陰極反應為Age=Ag。由于實驗中鍍層不可能非常均勻致密，所以將電源反接，Cu比Ag活潑，首先失電子成Cu2進入溶液，銅牌不可能恢復如初。考點電解原理的應用題點電鍍3如圖是工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置示意圖，下列有關(guān)說法中不正確的是()A裝置中出口處的物質(zhì)是氯氣，出口處的物質(zhì)是氫氣B該離子交換膜只能讓陽離子通過，不能讓陰離子通過C裝置中發(fā)生反應的離子方程式為2Cl2HCl2H2D該裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置答案C解析由圖看出處為電解池陽極，產(chǎn)生氯氣，處為電解池陰極，產(chǎn)生氫氣，A對；該離子交換膜只能讓陽離子通過，不能讓陰離子通過，能防止氯氣與堿反應，且在陰極區(qū)得到濃度較高的燒堿溶液，B對；電解飽和食鹽水有燒堿生成且H2O應寫化學式，C錯；電解裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置，D對?？键c電解原理的應用題點氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水制備燒堿、氯氣和氫氣4某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨做電極電解飽和氯化鈉溶液。通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖所示的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是()Aa為正極，b為負極；NaClO和NaClBa為負極，b為正極；NaClO和NaClCa為陽極，b為陰極；HClO和NaClDa為陰極，b為陽極；HClO和NaCl答案B解析有關(guān)反應有2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，因陽極生成Cl2，陰極生成NaOH，為使二者充分反應，Cl2應在下端產(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NaClO和NaCl。考點電解原理的應用題點電解飽和食鹽水制備燒堿、氯氣和氫氣5電解法處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O)時，以鐵板做陰、陽極，處理過程中存在反應Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去。下列說法不正確的是()A陽極反應為Fe2e=Fe2B電解過程中溶液pH不會變化C過程中有Fe(OH)3沉淀生成D電路中每轉(zhuǎn)移12mol電子，最多有1molCr2O被還原答案B解析電解時用鐵做陽極，失去電子生成Fe2，F(xiàn)e2將廢水中的Cr2O還原為Cr3，A項正確；陰極反應式為2H2e=H2，溶液的pH變大，B項錯誤；電解過程中H在陰極放電，F(xiàn)e2還原Cr2O時也消耗H，使溶液的pH變大，F(xiàn)e3轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，C項正確；根據(jù)電極反應式：Fe2e=Fe2，可知每轉(zhuǎn)移12 mol e生成6 mol Fe2，6 mol Fe2可還原1molCr2O，D項正確?？键c電解原理的應用題點電解法在處理廢水中的應用6利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應用。下列說法正確的是()A氯堿工業(yè)中，X電極的電極反應式是4OH4e=2H2OO2B電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2濃度不變C在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂答案D解析Y為電解池的陰極，X為電解池的陽極。氯堿工業(yè)中陽極上Cl放電生成Cl2，A項錯誤；電解精煉銅時，陽極上比銅活潑的金屬也會溶解，而陰極上只有Cu2放電，故溶液中Cu2濃度變小，B項錯誤；鐵片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極應該是純銅，C項錯誤；采用電解法制取金屬鎂時，是電解熔融的氯化鎂，D項正確?？键c電解原理的應用題點電解原理應用的綜合7如圖A為直流電源，B為浸透飽和NaCl溶液和酚酞溶液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色，為實現(xiàn)鐵上鍍銅，接通K后，使c、d兩點短路，下列敘述正確的是()Aa為直流電源的負極Bc極上發(fā)生的反應為2H2e=H2Cf電極為銅板De極發(fā)生還原反應答案B解析K斷開時，接通電路后，B上的c點顯紅色則證明c極為電解池的陰極，電極反應式為2H2e=H2；a為直流電源的正極，C為電鍍槽，e為陽極，f為陰極，f電極為鐵，e電極為銅，且發(fā)生氧化反應?？键c電解原理的應用題點電解原理應用的綜合8氯堿工業(yè)的一種節(jié)能新工藝是將電解池與燃料電池相結(jié)合，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示(電極未標出)。下列說法正確的是()A電解池的陰極反應式為2H2O2e=H22OHB通入空氣的電極為負極C電解池中產(chǎn)生2molCl2時，理論上燃料電池中消耗0.5molO2Da、b、c的大小關(guān)系為abc答案A解析題給電解池的陰極反應式為2H2O2e=H22OH，陽極反應式為2Cl2e=Cl2，A項正確；題給燃料電池為氫氧燃料電池，通入空氣的電極為正極，B項錯誤；由整個電路中得失電子守恒可知，電解池中產(chǎn)生2molCl2，理論上轉(zhuǎn)移4mole，則燃料電池中消耗1molO2，C項錯誤；題給燃料電池的負極反應式為2H24e4OH=4H2O，正極反應式為O24e2H2O=4OH，所以a、b、c的大小關(guān)系為cab，D項錯誤?？键c電解原理的應用題點電解原理應用的綜合題組二電解的有關(guān)計算9在標準狀況下，用鉑電極電解硫酸銅溶液，當陰極產(chǎn)生12.8 g銅時，陽極放出的氣體是()A1.12LH2B1.12LO2C2.24LH2D2.24LO2答案D解析溶液中有Cu2、H及SO、OH四種離子，得電子能力：Cu2H，失電子能力：OHSO，陰極反應為2Cu24e=2Cu，陽極反應為4OH4e=2H2OO2，總反應為2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2。n(Cu)0.2mol，n(O2)0.1mol，在標準狀況下體積為2.24L，D正確?？键c電解的有關(guān)計算題點電解產(chǎn)物的相關(guān)計算10用含少量銀和鋅的粗銅做陽極，純銅片做陰極，CuSO4溶液做電解液，電解一段時間后，陽極質(zhì)量減少了xg，則()A電解液質(zhì)量增加xgB陰極質(zhì)量增加xgC陰極質(zhì)量增加bg，bxD陰極質(zhì)量增加bg，bM(Cu)，且還有一部分Ag要落入陽極泥，所以陽極溶解的金屬的質(zhì)量大于陰極析出銅的質(zhì)量，即bx，所以B、C項錯誤，D項正確；若陰極析出銅的質(zhì)量為bg，陽極落入陽極泥的Ag的質(zhì)量為mg，則電解質(zhì)溶液增加的質(zhì)量為(xmb) g，A項錯誤?？键c電解的有關(guān)計算題點電解產(chǎn)物的相關(guān)計算11用石墨電極電解CuSO4溶液一段時間后，向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后，恰好使溶液恢復到電解前的濃度。則電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為()A0.4molB0.5molC0.6molD0.8mol答案D解析將Cu(OH)2改寫為CuOH2O，根據(jù)CuOH2O知，陽極上OH放電生成O2，陰極上Cu2和H放電生成Cu和H2，根據(jù)氧原子守恒得n(O2)nCu(OH)20.2mol，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol40.8mol，故D正確?？键c電解的有關(guān)計算題點電解質(zhì)溶液復原的相關(guān)計算12將0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2和0.6molKCl溶于水配制成100mL溶液，用惰性電極電解一段時間后，在一極上析出0.3molCu，此時在另一極上生成的氣體體積(標準狀況)為()A4.48LB5.6LC6.7LD7.8L答案B解析由于AgCl=AgCl，故溶液中溶質(zhì)為0.4molCu(NO3)2、0.2molKNO3和0.4molKCl，當一極上析出0.3molCu時，電路中轉(zhuǎn)移0.6mol電子，根據(jù)得失電子守恒可知，此時溶液中0.4molCl全部轉(zhuǎn)化為0.2molCl2，并有0.2molOH失去電子生成0.05mol氧氣，則共生成氣體0.25mol，在標準狀況下的體積為5.6L?？键c電解的有關(guān)計算題點電解質(zhì)混合溶液的相關(guān)計算13如圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩個電解池，請回答：(1)甲池為用電解原理精煉銅的裝置，A極材料是_，電極反應為_，B極材料是_，電解質(zhì)溶液為_。(2)乙池中滴入少量酚酞溶液，開始一段時間后，F(xiàn)e極附近呈_色，電極反應為_。(3)反應中甲池陰極增重12.8g，則乙池陽極放出的氣體在標準狀況下的體積為_。此時乙池剩余液體為400mL，則電解后得到的溶液中c(OH)為_。(4)若將乙中的石墨電極改為銀電極，NaCl溶液改為AgNO3溶液，則乙池為_裝置，電解一段時間后，溶液的濃度_，現(xiàn)象是_。答案(1)純銅Cu22e=Cu粗銅硫酸銅溶液(2)紅2H2e=H2(3)4.48L1molL1(4)電鍍不變鐵表面附著一層光亮的金屬解析(1)電解精煉銅時陰極是純銅，發(fā)生反應Cu22e=Cu；陽極是粗銅，發(fā)生反應Cu2e=Cu2等，電解質(zhì)溶液是含Cu2的鹽溶液。(2)乙池中Fe做陰極，發(fā)生反應2H2e=H2。(3)甲池陰極發(fā)生反應Cu22e=Cu，當陰極增重12.8g時電路中通過了0.4mol電子，乙池陽極發(fā)生反應2Cl2e=Cl2，產(chǎn)生0.2molCl2。乙池中發(fā)生的總反應為2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，產(chǎn)生的n(OH)0.4mol，則c(OH)1molL1。(4)考查電鍍池，陽極為鍍層金屬，陰極為鍍件，電鍍液含鍍層金屬離子?？键c電解原理的應用題點電解原理應用的綜合14電解的應用比較廣泛。根據(jù)下列電解的應用，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式為_。(2)利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為_(填化學式)溶液，陽極電極反應式為_，電解過程中Li向_(填“A”或“B”)電極遷移。(3)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體做電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的_極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極電極反應式為_。若改用氯化鋁水溶液做電解液，則陰極產(chǎn)物為_。答案(1)aNO2He=NO2H2O(或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2)(2)LiOH2Cl2e=Cl2B(3)負4Al2Cl3e=Al7AlClH2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)的粗銀做陽極，電解池的陽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NO被還原為NO2，電極反應式為NO2He=NO2H2O，或NO4H3e=NO2H2O、2NOO2=2NO2。(2)根據(jù)電解裝置圖，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液，B區(qū)產(chǎn)生H2，電極反應式為2H2e=H2，剩余OH與Li結(jié)合生成LiOH，所以B極區(qū)電解液為LiOH溶液，B電極為陰極，則A電極為陽極，陽極區(qū)電解液為LiCl溶液，電極反應式為2Cl2e=Cl2，電解過程中Li向B電極遷移。(3)在鋼制品上電鍍鋁，故鋼制品做陰極，與電源負極相連。由于電鍍過程中“