新教材2023版高中化學(xué)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量變化第3節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用課件魯科版選擇性必修1

第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用學(xué)業(yè)基礎(chǔ)核心素養(yǎng)當(dāng)堂評(píng)價(jià)核心微網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)新目標(biāo)1.認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。2．了解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理。3．能根據(jù)電解池的工作原理設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電解池。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)一、電解飽和食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣1．裝置

2．現(xiàn)象(1)陽(yáng)極上：______________。(2)陰極上：___________________________。有氣體產(chǎn)生有氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅3．原理分析及電極反應(yīng)電解時(shí)U形管中，__________移向陽(yáng)極，__________移向陰極。(1)陽(yáng)極離子放電順序：________，電解反應(yīng)：_________________(_____反應(yīng))。(2)陰極離子放電順序：________，電極反應(yīng)：_________________(______反應(yīng))。4．總反應(yīng)化學(xué)方程式：____________________________________________，離子方程式：_____________________________________________。Cl－、OH－H＋、Na＋Cl－>OH－2Cl－－2e－===Cl2↑氧化H＋>Na＋2H＋＋2e－===H2↑還原2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－5．產(chǎn)物及驗(yàn)證方法(1)用________________檢驗(yàn)陽(yáng)極放出的氯氣。(2)用___________檢驗(yàn)產(chǎn)物NaOH。濕潤(rùn)的淀粉KI試紙酚酞試液

二、銅的電解精煉1．裝置粗銅精銅2．電極反應(yīng)陽(yáng)極：_________________(________反應(yīng))(主要)陰極：_________________(________反應(yīng))3．陽(yáng)極泥銅的電解精煉過(guò)程中，粗銅中不如銅活潑的金屬(Ag、Au、Pt等)與其他不溶性雜質(zhì)混在一起沉積在電解池底部形成的物質(zhì)。Cu－2e－===Cu2＋氧化Cu2＋＋2e－===Cu還原狀元隨筆(1)銅的電解精煉過(guò)程中，Zn、Ni、Fe等比銅活潑的金屬以及銅在陽(yáng)極放電變成金屬陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，不如銅活潑的銀、金、鉑等金屬不放電，與其他不溶性雜質(zhì)混在一起沉積在電解池的底部形成陽(yáng)極泥。(2)精煉銅時(shí)，由于陽(yáng)極上溶解的金屬為Fe、Zn、Ni、Cu等，而在陰極上只有Cu析出，根據(jù)電子守恒，陽(yáng)極溶解的Cu的質(zhì)量小于陰極析出Cu的質(zhì)量。(3)電解精煉后溶液中陰離子濃度不變，陽(yáng)離子濃度有的(如Cu2＋)變小，有的(如Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等)變大。三、電鍍1．定義：應(yīng)用_____原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。2．目的：提高金屬的______能力、耐磨性能或改善金屬制品的外觀。3．電鍍池構(gòu)成鍍層金屬(或惰性電極)用作_____材料，鍍件用作_____材料，含有___________的鹽溶液作電鍍液。電解抗腐蝕陽(yáng)極陰極鍍層金屬離子狀元隨筆理解電鍍時(shí)需注意“一多、一少、一不變”：一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解，一不變指電鍍液濃度不變。【即學(xué)即練】1．判斷下列說(shuō)法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)向電解NaCl溶液的電解池中加入酚酞，陽(yáng)極區(qū)變紅。(

)(2)氯堿工業(yè)可以得到金屬鈉、Cl2和H2。(

)(3)電解飽和食鹽水陰極產(chǎn)生的氣體可使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。(

)(4)粗金屬精煉時(shí)，粗金屬作陽(yáng)極，陽(yáng)極泥是比被精煉金屬不活潑的金屬。(

)(5)電解法精煉粗銅時(shí)，電解質(zhì)溶液中各離子濃度一定不變。(

)(6)精煉銅后，電解質(zhì)溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等陽(yáng)離子。(

)(7)精煉銅裝置中，陰極得到32g銅，陽(yáng)極電子轉(zhuǎn)移1mol。(

)×××××√√2．用惰性電極電解未精制的飽和食鹽水，食鹽水裝在U形管內(nèi)，結(jié)果很快在某一電極附近出現(xiàn)食鹽水變渾濁現(xiàn)象。造成渾濁的難溶物主要是(

)A．碳酸鎂

B．硫酸鋇C．氫氧化鎂D．碳酸鋇答案：C解析：未精制的食鹽，含有Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì)，通電后溶液中c(OH－)增大、Mg2＋極易與OH－作用產(chǎn)生Mg(OH)2沉淀。3．(雙選)采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過(guò)電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極室的pH未變C．電解過(guò)程中，H＋由b極區(qū)向a極區(qū)遷移D．電解一段時(shí)間后，a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量答案：CD解析：據(jù)圖可知，b極由O2反應(yīng)生成了H2O2，在這個(gè)過(guò)程中，氧元素化合價(jià)降低，發(fā)生了得電子的還原反應(yīng)，因此b極是電解池的陰極，可推出陰極的電極反應(yīng)式為O2＋2e－＋2H＋===H2O2；a極為電解池的陽(yáng)極，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。依據(jù)分析a極是陽(yáng)極，屬于放氧生酸型的電解池，所以陽(yáng)極的反應(yīng)式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A項(xiàng)正確；電解時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生氫離子，氫離子是陽(yáng)離子，通過(guò)質(zhì)子交換膜移向陰極，所以電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極室的pH不變，B項(xiàng)正確；由B的分析可知，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜移向陰極(b極)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)分析，陽(yáng)極的反應(yīng)為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極的反應(yīng)為O2＋2e－＋2H＋===H2O2，總反應(yīng)為O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧氣，即a極生成的氧氣小于b極消耗的氧氣，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．電鍍?cè)诠I(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌，即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)

A．通電后，Ag＋向陽(yáng)極移動(dòng)B．銀片與電源負(fù)極相連C．該電解池的陰極反應(yīng)可表示為Ag＋＋e－===AgD．當(dāng)電鍍一段時(shí)間后，將電源反接，銅牌可恢復(fù)如初答案：C解析：銅牌上鍍銀，銀為陽(yáng)極，Ag＋向陰極移動(dòng)，陰極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag。由于實(shí)驗(yàn)中鍍層不可能非常均勻致密，所以將電源反接，陽(yáng)極上Cu、Ag均能溶解，銅牌不可能恢復(fù)如初。5．某溶液中含有兩種溶質(zhì)NaCl和H2SO4，它們的物質(zhì)的量之比為3∶1。用石墨作電極電解該混合溶液時(shí)，根據(jù)電極產(chǎn)物，可明顯分為三個(gè)階段。下列敘述不正確的是(

)A．陰極自始至終只析出H2B．陽(yáng)極先析出Cl2，后析出O2C．電解最后階段為電解水D．溶液pH不斷增大，最后為7答案：D

6．環(huán)氧乙烷(C2H4O)常用于醫(yī)用消毒，一種制備方法為：使用惰性電極電解KCl溶液，用Cl－交換膜將電解液分為陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，其中一區(qū)持續(xù)通入乙烯；電解結(jié)束，移出交換膜，兩區(qū)混合反應(yīng)：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．乙烯應(yīng)通入陰極區(qū)B．移出交換膜前存在反應(yīng)Cl2＋H2O?HCl＋HClOC．使用Cl－交換膜阻止OH－通過(guò)，可使Cl2生成區(qū)的pH逐漸減小D．制備過(guò)程的總反應(yīng)為：H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O答案：A解析：根據(jù)題意，電解時(shí)兩區(qū)分別生成HOCH2CH2Cl、OH－，可推知，陰極區(qū)反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C2H4則在陽(yáng)極區(qū)反應(yīng)，生成HOCH2CH2Cl，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng)極區(qū)涉及反應(yīng)包括：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2O?HCl＋HClO，HClO＋C2H4―→HOCH2CH2Cl，B項(xiàng)正確；由于Cl－交換膜的存在，Cl2與OH－不相互接觸，陽(yáng)極區(qū)總反應(yīng)為2Cl－－2e－＋H2O＋C2H4===HOCH2CH2Cl＋HCl，因此pH下降，C項(xiàng)正確；由陽(yáng)極區(qū)總反應(yīng)、陰極反應(yīng)以及兩極混合反應(yīng)，三個(gè)反應(yīng)相加，可得總反應(yīng)為C2H4＋H2O===H2↑＋C2H4O，D項(xiàng)正確。核心素養(yǎng)目標(biāo)一電解原理的應(yīng)用例1利用膜技術(shù)原理和電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5，裝置如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(

)A．電極b反應(yīng)式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－B．電解后乙裝置d電極附近溶液的pH不變C．c電極上的電極反應(yīng)式為N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋D．甲中每消耗1molSO2，乙裝置中有1molH＋通過(guò)隔膜答案：B

狀元隨筆(1)通過(guò)分析甲裝置圖：SO2→H2SO4，O2→H2O，判斷出甲為原電池，乙為電解池。(2)工業(yè)電解食鹽水制備燒堿的裝置示意圖

陽(yáng)離子交換膜：①只允許陽(yáng)離子通過(guò)，能阻止陰離子和氣體通過(guò)；②將電解槽隔成陽(yáng)極室和陰極室。[提升1]

(雙選)金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量鐵、鋅、銅、鉑等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述不正確的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(

)A．陰極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：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)極泥中有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳答案：BC解析：電解精煉鎳時(shí)，粗鎳作陽(yáng)極，純鎳作陰極，電解質(zhì)溶液中含有Ni2＋，則陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，陰極電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－===Ni，因此，電解過(guò)程中陽(yáng)極減少的質(zhì)量不等于陰極增加的質(zhì)量，電解后，溶液中存在的金屬陽(yáng)離子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳。狀元隨筆電解法冶煉活潑金屬Na、Mg、Al的電極反應(yīng)提醒：電解熔融MgCl2冶煉鎂，而不能電解MgO冶煉鎂，是因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)很高；電解熔融Al2O3冶煉鋁，而不能電解AlCl3冶煉鋁，是因?yàn)锳lCl3是共價(jià)化合物，其熔融態(tài)不導(dǎo)電。關(guān)鍵能力項(xiàng)目電解池電鍍池電解精煉池定義將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍一層其他金屬的裝置利用電解原理提純金屬的裝置裝置舉例形成條件①兩電極接直流電源；②兩電極插入電解質(zhì)溶液；③形成閉合回路①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極；②電鍍液必須含有鍍層金屬的離子①不純金屬作陽(yáng)極，純金屬作陰極；②含該金屬離子的可溶性鹽作電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子或金屬電極失電子；陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得電子陽(yáng)極：金屬電極失電子；陰極：電鍍液中陽(yáng)離子得電子以精煉銅為例陽(yáng)極：Cu－2e－===Cu2＋陰極：Cu2＋＋2e－===Cu聯(lián)系電鍍池和電解精煉池是特定條件下的電解池目標(biāo)二有關(guān)電解的計(jì)算

例2如圖所示，若電解5min時(shí)，測(cè)得銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答：(1)電源中X極是____(填“正”或“負(fù)”)極。(2)通電5min時(shí)，B中共收集到224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，溶液體積為200mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì))，則通電前c(CuSO4)＝___________。(3)若A中KCl溶液的體積也是200mL，則電解后溶液的c(OH－)＝___________。負(fù)0.025mol·L－10.1mol·L－1

[提升2]堿性硼化釩(VB2)—空氣電池工作時(shí)發(fā)生反應(yīng)4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。用該電池為電源，選用惰性電極電解硫酸銅溶液，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。當(dāng)外電路中通過(guò)0.04mol電子時(shí)，B裝置內(nèi)共收集到0.448L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則下列說(shuō)法正確的是(

)

A．VB2電極發(fā)生的電極反應(yīng)為2VB2＋11H2O－22e－===V2O5＋2B2O3＋22H＋B．外電路中電子由c電極流向VB2電極C．電解過(guò)程中，c電極表面先有紅色物質(zhì)析出，b電極有氣泡產(chǎn)生D．若B裝置內(nèi)的液體體積為200mL，則CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為0.1mol·L－1答案：C

關(guān)鍵能力(1)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(guò)電解池的電子總數(shù)相等。③直流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。(2)方法(3)常見的計(jì)算類型①兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算。②溶液pH的計(jì)算。③求元素化合價(jià)或確定物質(zhì)的化學(xué)式。④根據(jù)電量求產(chǎn)物的量或根據(jù)產(chǎn)物的量求電量。當(dāng)堂評(píng)價(jià)1．許多金屬都可以通過(guò)電解的方法達(dá)到精煉的目的。下列有關(guān)該方法的敘述中，正確的是(

)A．含雜質(zhì)的粗金屬作陽(yáng)極，與直流電源的正極相連B．陰極只要是一種導(dǎo)體即可，與精煉過(guò)程無(wú)關(guān)C．電解質(zhì)溶液中除了含有精煉的金屬的陽(yáng)離子之外，絕對(duì)不能含有其他金屬陽(yáng)離子D．在精煉過(guò)程中，電解質(zhì)溶液的成分不發(fā)生任何變化答案：A2.

如圖為電解飽和食鹽水的簡(jiǎn)單裝置，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A．電解一段時(shí)間后，向蛋殼內(nèi)的溶液中滴加幾滴酚酞，呈紅色B．蛋殼表面纏繞的鐵絲發(fā)生氧化反應(yīng)C.鐵絲表面生成的氣體能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)D．蛋殼可阻止生成的氯氣與氫氣、氫氧化鈉溶液接觸答案：D3．串聯(lián)電路中連接分別裝有0.5mol·L－1下列溶液的四個(gè)電解池，用惰性電極進(jìn)行電解，連接直流電源一段時(shí)間后，溶液pH最小的是(電解產(chǎn)生的氣體全部逸出)(

)A．KNO3溶液B．NaCl溶液C．AgNO3溶液D．CuCl2溶液答案：C4．(雙選)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖所示：

下列說(shuō)法正確的是(

)A．X為電源的負(fù)極B．固體電解質(zhì)中轉(zhuǎn)移1molO2－時(shí)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子C．電極A生成C2H4的反應(yīng)式是2CH4－4e－＋2O2－===C2H4＋2H2OD．相同條件下，若生成乙烯和乙烷體積比為1∶1，則消耗CH4和CO2體積比為4∶3答案：CD5.(雙選)納米級(jí)Cu2O因具有優(yōu)良的催化性能而受到廣泛關(guān)注。采用離子交換膜控制電解液中OH－的濃度制備納米級(jí)Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應(yīng)為2Cu＋H2O通電Cu2O＋H2↑。下列說(shuō)法正確的是(

)A．鈦電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．陽(yáng)極附近溶液的pH逐漸減小C．離子交換膜應(yīng)采用陽(yáng)離子交換膜D．陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O答案：BD解析：鈦電極與電源負(fù)極相連作陰極，發(fā)生氫離子得電子的還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)總反應(yīng)可得陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H