電解原理的應(yīng)用

第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解電解在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用2了解電解在電鍍、電解精煉及電冶金方面的應(yīng)用一、電解飽和食鹽水2Cl--2e-====Cl2↑2H2e-====H2↑2NaCl2H2O====H2↑Cl2↑2NaOH電解2Cl-2H2O====H2↑Cl2↑2OH-電解2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【聯(lián)想】1陽(yáng)極必須是惰性電極，陰極與電極材料無(wú)關(guān)，可以是惰性電極，也可以是鐵、銅等活性電極。2電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。二、電鍍1定義：應(yīng)用_____原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他_____或合金的方法。2目的：使金屬增強(qiáng)_______能力，增加美觀度和表面硬度。電解金屬抗腐蝕2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)3實(shí)例在鐵件上鍍銅：待鍍的金屬制品鍍層金屬離子1陰極：①材料：___，②電極反應(yīng)式：______________；2陽(yáng)極：①材料：___，②電極反應(yīng)式：______________；3電解質(zhì)溶液：_____溶液。FeCu22e-====CuCuCu-2e-====Cu2CuSO42020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【注意】1陽(yáng)極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量相等。2電鍍時(shí)，電解質(zhì)溶液的濃度不變。三、電解精煉銅純銅Cu22e-====Cu粗銅Cu-2e-====Cu2CuSO4溶液2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【注意】1粗銅中含有的比銅活潑性強(qiáng)的金屬雜質(zhì)Fe、Ni、n等在陽(yáng)極失去電子，變成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液。2粗銅中含有的比銅活潑性弱的金屬雜質(zhì)Ag、Au等在陽(yáng)極以單質(zhì)狀態(tài)沉入電解池底部，形成陽(yáng)極泥。四、電冶金1金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的_________獲得電子，從它們的化合物中_____出來，如Mnne-====M。2電冶金：電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。金屬離子還原2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)3電解熔融的氯化鈉：陽(yáng)極反應(yīng)：_________________；陰極反應(yīng)：__________________；總反應(yīng)：_________________________。2Cl--2e-====Cl2↑2Na2e-====2Na2NaCl熔融2NaCl2↑

電解====【注意】1電冶金過程中需要消耗大量的電能，因此只有金屬性非常強(qiáng)的金屬適用電解法。2冶煉金屬鎂時(shí)，電解的是熔融氯化鎂；冶煉金屬鋁時(shí)，電解的是熔融氧化鋁。1工業(yè)上電解食鹽水的陰極區(qū)產(chǎn)物是A氯氣 B氫氣和氯氣C氫氣和氫氧化鈉 D氯氣和氫氧化鈉2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)水溶液，下列敘述正確的是A電解時(shí)在陽(yáng)極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉溶液，溶液呈棕色C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無(wú)色D電解一段時(shí)間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?欲在金屬表面鍍銀，應(yīng)把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中，選用的陽(yáng)極金屬和電鍍液均正確的是溶液 3溶液3溶液 4溶液2【解析】選B。電解食鹽水時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：陽(yáng)極：2Cl--2e-====Cl2↑陰極：2H2O2e-====H2↑2OH-總反應(yīng)：2NaCl2H2O2NaOHH2↑Cl2↑對(duì)照分析選項(xiàng)，A錯(cuò)誤；陽(yáng)極附近的溶液中會(huì)溶有少量的Cl2，滴加I溶液后發(fā)生反應(yīng)：Cl22I-====I22Cl-，溶液呈棕色，B正確；陰極附近產(chǎn)生大量的OH-，滴加酚酞后變紅色，C錯(cuò)誤；電解一段時(shí)間后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯(cuò)誤。

電解====2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)1【解析】選C。電解食鹽水生成3種產(chǎn)物，H2和NaOH在陰極生成，Cl2在陽(yáng)極生成。3【解析】選B。電鍍槽中，鍍件作陰極，可用鍍層金屬作陽(yáng)極，利用其陽(yáng)極金屬溶解提供鍍層金屬陽(yáng)離子，電鍍液通常采用含有鍍層金屬離子的鹽溶液，由此A、D中AgCl和Ag2SO4均為沉淀，C中Fe做陽(yáng)極，只有B符合要求。一、電解原理的應(yīng)用1電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理：在飽和食鹽水中存在著Na、Cl-、H、OH-四種離子，其中放電能力H>Na，Cl->OH-，通電時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：陽(yáng)極：2Cl--2e-====Cl2↑陽(yáng)極上生成Cl2陰極：2H2e-====H2↑陰極上生成H22020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)在電解池的陰極區(qū)，H放電，濃度減小，水的電離平衡向右移動(dòng)，OH-濃度增大，同時(shí)Na受陰離子負(fù)電性的吸引而移向陰極區(qū)，Na與OH-組成了NaOH。電解飽和食鹽水的總反應(yīng)為2NaCl2H2O2NaOHCl2↑H2↑2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑

電解====

電解====2電鍍銅與電解精煉銅的比較：電鍍銅精煉銅能量轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陽(yáng)極材料純銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))陰極材料鍍件純銅2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)陽(yáng)極反應(yīng)Cu-2e-====Cu2+Zn-2e-====Zn2+Cu-2e-====Cu2+等陰極反應(yīng)Cu2++2e-====CuCu2++2e-====Cu電解質(zhì)溶液及其變化硫酸銅溶液保持不變反應(yīng)后硫酸銅溶液中混有Zn2+等，Cu2+濃度減小【易錯(cuò)提醒】1電鍍銅中電解質(zhì)溶液的濃度保持不變，而電解精煉銅中Cu2的濃度逐漸減小，n2、Fe2、Ni2等的濃度逐漸增大，因此電解精煉銅時(shí)需要定期更換電解質(zhì)溶液。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)2電鍍中陽(yáng)極減小的質(zhì)量等于陰極增加的質(zhì)量。而電解精煉中，陽(yáng)極減小的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等。3不論電鍍還是電解精煉，陽(yáng)極失去電子的物質(zhì)的量與陰極得到電子的物質(zhì)的量必然相等。【拓展深化】離子交換膜電解槽2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)1離子交換膜電解槽主要由陽(yáng)極、陰極、陽(yáng)離子交換膜、電解槽和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。2電解槽的陽(yáng)極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長(zhǎng)電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽(yáng)極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；陽(yáng)離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室。3陽(yáng)離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽(yáng)離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。1下列對(duì)于電解精煉銅與電鍍的說法正確的是A電解精煉銅時(shí)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電路中每通過2mole-時(shí)，陽(yáng)極就會(huì)溶解64g銅B電解精煉銅時(shí)陽(yáng)極為精銅，陰極為粗銅，電解過程中電解質(zhì)不需要更換2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)C在鐵質(zhì)器皿上鍍鋁，電解質(zhì)為熔融氧化鋁，鐵制器皿作陰極，陽(yáng)極為鋁棒D電鍍過程中電鍍液需要不斷更換1【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：1電鍍銅和電解精煉銅的工作原理和裝置特點(diǎn)。2電鍍銅和電解精煉銅的區(qū)別。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【解析】選C。銅的精煉：陽(yáng)極n-2e-====n2，Ni-2e-====Ni2，Cu-2e-====Cu2，陰極Cu22e-====Cu；陽(yáng)極為粗銅，陰極為精銅，電路中每通過2mole-時(shí)，陽(yáng)極溶解的Cu少于64g。電鍍銅時(shí)，鍍層金屬銅片作陽(yáng)極，待鍍件鐵片作陰極，用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)CuSO4作電鍍液。陽(yáng)極Cu-2e-====Cu2，陰極Cu22e-====Cu，電鍍液濃度幾乎保持不變，電鍍過程中電鍍液不需要更換。2如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中為陽(yáng)離子交換膜。請(qǐng)按要求回答相關(guān)問題：2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)1甲烷燃料電池負(fù)極反應(yīng)式是___________。2石墨C極的電極反應(yīng)式為____________。3若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有224L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為________L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為________g。4某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計(jì)電解法制取漂白液或FeOH2的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)若用于制漂白液，a為電池的________極，電解質(zhì)溶液最好用________；若用于制FeOH2，使用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，陽(yáng)極選用________作電極。2【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1原電池和電解池的判斷；原電池的正負(fù)極、電解池的陰陽(yáng)極的判斷。2原電池和電解池原理及物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【解析】1甲烷在負(fù)極上被氧化。在OH溶液中甲烷被氧化的產(chǎn)物為碳酸鉀，負(fù)極反應(yīng)式為CH4-8e-10OH-====CO32-7H2O。2鐵極為陰極，則C極為陽(yáng)極，在C極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Cl--2e-==Cl2↑。3nO2==01mol，甲池正極反應(yīng)式為O24e-2H2O====4OH-，由電子守恒知，經(jīng)過甲、乙、丙裝置的電子的物質(zhì)的量為04mol。乙池中的鐵極與甲池的負(fù)極相連，鐵極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O2e-====2OH-H2↑，nH2==02mol，VH2=02mol×224L·mol-1=448L。丙池中精銅為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu22e-====Cu，nCu==02mol，mCu=02mol×64g·mol-1=128g。4漂白液的有效成分是次氯酸鹽，制備原理是2Cl-2H2O2OH-Cl2↑H2↑，Cl22OH-====Cl-ClO-H2O，氣體與液體反應(yīng)，最好采用逆向接觸，即氣體在下端產(chǎn)生，堿溶液在上端生成，使其充分反應(yīng)，所以該裝置的下端為陽(yáng)極，上端為陰極，陰極與電源負(fù)極相連，故a極為負(fù)極。生活中常見且廉價(jià)的氯化物是氯化鈉，故電解質(zhì)溶液最好用飽和氯化鈉溶液，若制備氫氧化亞鐵，用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，選用鐵作陽(yáng)極。

電解====答案：1CH4-8e-10OH-====7H2O22Cl--2e-====Cl2↑34481284負(fù)飽和氯化鈉溶液鐵2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)3雙選如圖所示，A池用石墨電極電解氫氧化鈉溶液，B池精煉粗銅，一段時(shí)間后停止通電，A池D極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為224L。下列說法正確的是2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)AA池為電解池，B池為原電池電極都發(fā)生氧化反應(yīng)CF極是以粗銅板為材料作陽(yáng)極極質(zhì)量增加256g3【解析】選B、C。A、B池都有外加電源，都為電解池，故A錯(cuò)誤；D極和E極分別為電解池的陽(yáng)極和陰極，電極方程式分別為4OH--4e-====O2↑2H2O、Cu-2e-====Cu2，都發(fā)生氧化反應(yīng)，故B正確；F為電解池的陽(yáng)極，應(yīng)為粗銅，故C正確；D為陽(yáng)極，電極反應(yīng)為4OH--4e-====O2↑2H2O，A池D極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為224L，nO2==01mol，轉(zhuǎn)移電子04mol，E為電解池的陰極，為純銅，電極反應(yīng)為Cu22e-====Cu，則應(yīng)生成02molCu，質(zhì)量為02mol×64g·mol-1=128g，故D錯(cuò)誤。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。LiOH可由電解法制備，鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得。利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為L(zhǎng)iOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為________溶液填化學(xué)式，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為______________________，電解過程中Li向________電極遷移填“A”或“B”。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)4【解析】B極區(qū)產(chǎn)生H2，同時(shí)生成LiOH，則B極區(qū)電解液為L(zhǎng)iOH溶液；電極A為陽(yáng)極，陽(yáng)極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液，根據(jù)放電順序，陽(yáng)極上Cl-失去電子，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Cl--2e-====Cl2↑；根據(jù)電流方向，電解過程中Li向B電極遷移。答案：LiOH2Cl--2e-====Cl2↑B2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)5粗銅的電解精煉如圖所示：2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)1在粗銅的電解過程中，圖中c電極的材料是________填“粗銅板”或“純銅板”；在d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________。2若粗銅中還含有Au、Ag、Fe等雜質(zhì)，則沉積在電解槽底部陽(yáng)極泥的雜質(zhì)是________，電解一段時(shí)間后，電解液中的金屬離子有________。5【解析】用電解法進(jìn)行粗銅提純時(shí)，粗銅應(yīng)作陽(yáng)極，精銅作陰極。1該裝置中a為電池的正極，b為電池的負(fù)極，所以c為電解池的陽(yáng)極，d為電解池的陰極，電解時(shí)，以硫酸銅溶液為電解液，溶液中的Cu2得到電子沉積在陰極上，發(fā)生還原反應(yīng)，即Cu22e-====Cu。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)2作陽(yáng)極的粗銅中的銅以及比銅活潑的金屬失去電子進(jìn)入溶液，所以Fe發(fā)生反應(yīng)：Fe-2e-====Fe2，以Fe2的形式進(jìn)入溶液中；比銅不活潑的金屬Au、Ag不會(huì)失去電子，以單質(zhì)的形成沉入電解槽形成“陽(yáng)極泥”，則沉積在電解槽底部陽(yáng)極泥的雜質(zhì)是Au、Ag，電解一段時(shí)間后，電解液中的金屬離子有Cu2、Fe2。答案：1粗銅板Cu22e-====Cu2Au、AgCu2、Fe2二、電解的有關(guān)計(jì)算1電解計(jì)算的原則：1陽(yáng)極失去的電子數(shù)=陰極得到的電子數(shù)。2串聯(lián)電路中通過電解池的電子總數(shù)相等。3電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)2電解計(jì)算的常用方法：3電化學(xué)計(jì)算中注意的幾個(gè)等量關(guān)系式：1當(dāng)電流通過一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電解池時(shí)，它們皆處于同一閉合電路中，所以同一時(shí)間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。2常見電化學(xué)計(jì)算的對(duì)應(yīng)關(guān)系：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H～2OH-2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)如電解中析出氣體時(shí)，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為nH2∶nCl2∶nO2=1∶1∶05。3電解混合溶液時(shí)要注意電解的階段性，電極反應(yīng)式和總電池反應(yīng)式，電解產(chǎn)物與轉(zhuǎn)移電子數(shù)之間的關(guān)系式是電化學(xué)計(jì)算的主要依據(jù)?！就卣股罨侩娊夥ㄌ幚砗t酸性廢水工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-的酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理方法：往工業(yè)廢水中加入適量NaCl，以Fe為電極進(jìn)行電解，Cr2O72-先變?yōu)镃r3，再轉(zhuǎn)化成CrOH3沉淀而被除去。其電解原理是2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)陽(yáng)極：Fe―2e-====Fe2；陰極：2H2e-====H2↑。陰極生成的Fe2與Cr2O72-反應(yīng)生成Cr3：Cr2O72-6Fe214H====2Cr36Fe37H2O，同時(shí)H不斷在陰極上得電子生成H2而析出，且Cr2O72-與Fe2的反應(yīng)也在消耗H，使得溶液酸性減弱，pH升高，Cr3、Fe3轉(zhuǎn)化成CrOH3、FeOH3。1500mLNaNO3和CuNO32的混合溶液中cNO3-=03mol·L-1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到112L氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)Na=02mol·L-1H=02mol·L-1C上述電解過程中共轉(zhuǎn)移04mol電子的物質(zhì)的量為01mol1【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：1陰、陽(yáng)極離子的放電順序與陽(yáng)離子的氧化性、陰離子的還原性的關(guān)系。2當(dāng)電解質(zhì)有多種時(shí)，注意電解質(zhì)電解的先后順序。3陰、陽(yáng)極轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等2020年下學(xué)期長(zhǎng)沙市第十一中學(xué)高一化學(xué)【解析】選B。陽(yáng)極是陰離子放電放電能力：OH->NO3-，根據(jù)題給信息，陽(yáng)極一定是OH-放電，生成005mol氧氣，轉(zhuǎn)移02mol電子；陰極離子放電能力：Cu2>H>Na，所以Cu2先放電，然后是H放電，陰極生成005mol氫氣時(shí)，轉(zhuǎn)移01mol電子，根據(jù)得失電子守恒知，Cu2轉(zhuǎn)移01mol電子，nCu2=005mol。所以原溶液中n=005mol，nNO3-=03mol·L-1×05L=015mol，nNaNO3=005mol。原混合溶液中cNa=01mol·L-1，A項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合以上分析及電解總方程式Cu22H2OCuH2↑O2↑2H可知，生成005molCu、005molO2、005molH2和01molH，電解后溶液中cH==02mol·L-1，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；上述電解過程中共轉(zhuǎn)移02mol電子，C項(xiàng)錯(cuò)誤。

電解====2如圖所示，若電解5min時(shí)，測(cè)得銅電極的質(zhì)量增加216