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文檔簡介
第25講電解原理的應(yīng)用
I顏羽目標(biāo)
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(rèn)識電能與化學(xué)能之
間的能量轉(zhuǎn)化。
2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:建立電解應(yīng)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(yīng)用。
笈翅識再毓
電解飽和食鹽水的原理
--氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程
氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用
電極材料
電鍍與電解精煉電極反應(yīng)
溶液變化
電解原理金屬冶族的本質(zhì)
電冶金
的應(yīng)用電極反應(yīng)式
電解原理在物質(zhì)多室電解池制備物質(zhì)原理
制備中的應(yīng)用多室電解池的分析思路
電化學(xué)原理在污染治理中的應(yīng)用
一、電解飽和食鹽水
燒堿、氯氣都是重要的化工原料,習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做
1.電解飽和食鹽水的原理
通電前:溶液中的離子是O
通電后:①移向陽極的離子是,比容易失去電子,被氧化成O
陽極:2c「一2屋=ChT(反應(yīng))。
②移向陰極的離子是,比容易得到電子,被還原成o其中H+是由水電離產(chǎn)生的。
陰極:2H2。+2屋=1127+20H-(反應(yīng))。
③總反應(yīng):
化學(xué)方程式為;
離子方程式為O
2.氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程
工業(yè)生產(chǎn)中,電解飽和食鹽水的反應(yīng)在離子交換膜電解槽中進行。
(1)陽離子交換膜電解槽
ci2H2
精制嬴'I理£]僦(含少量NaOH)
NaCl溶液交換膜
(2)陽離子交換膜的作用:只允許Na+等陽離子通過,不允許C「、01T等陰離子及氣體分子通過,可以防止
陰極產(chǎn)生的與陽極產(chǎn)生______混合發(fā)生爆炸,也能避免與陰極產(chǎn)生的反應(yīng)而影響
氫氧化鈉的產(chǎn)量。
3.氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用
(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有等。
(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農(nóng)藥、金屬冶煉
等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
二、電鍍電冶金
1.電鍍與電解精煉
電鍍是一種利用原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他或的加工工藝。電鍍的主要目
的是使金屬增強抗腐蝕能力,增加表面硬度和美觀。
電鍍電解精煉
—0
1-?|~~1
純銅7粗銅
的片-(陰極)(陽極)
裝置n
-二
售-鐵件豐
_Cuso潞,液
CuSO,溶訊1
陽極材料鍍層金屬________—
陰極材料鍍件金屬________—
陽極反應(yīng)——
陰極反應(yīng)——
溶液變化Cl?+濃度________Cu2+濃度_______,金、銀等金屬沉積形成陽極泥
2.電冶金
(1)金屬冶煉的本質(zhì):使礦石中的獲得電子變成的過程。如M"++〃e-=M。
(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等),但不能電解其鹽溶液,應(yīng)電解其熔融態(tài)。
如:電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的電極反應(yīng)式:
陽極:
陰極:
【歸納總結(jié)】
(1)電解精煉過程中的“兩不等”:電解質(zhì)溶液濃度在電解前后不相等;陰極增加的質(zhì)量和陽極減少的質(zhì)量不
相等。
(2)電鍍過程中的“一多,一少,一不變”:“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積;“一少”指陽極上有鍍層金屬溶解;
“一不變”指電鍍液(電解質(zhì)溶液)的濃度不變。
三、電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用
1.多室電解池制備物質(zhì)原理
電解原理常用于物質(zhì)的制備,具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,電解原理能使許多
不能自發(fā)的反應(yīng)得以實現(xiàn)。工業(yè)上常用多室電解池制備物質(zhì),多室電解池是利用離子交換膜的,
即允許帶某種電荷的通過而限制帶相反電荷的離子通過,將電解池分為兩室、三室、多室等,以達到
濃縮、凈化、提純及電化學(xué)合成的目的。
2.多室電解池的分析思路
四'電化學(xué)原理在污染治理中的應(yīng)用
利用電化學(xué)原理把空氣、水中的污染物去除或把有毒物質(zhì)變?yōu)闊o毒或低毒物質(zhì),具有易于控制、無污染或
少污染、高度靈活性和經(jīng)濟性等優(yōu)點。
考點01電解原理的應(yīng)用
【例1】如圖是電解飽和食鹽水的裝置,a、b為石墨電極。下列判斷正確的是
A.a為正極,b為負(fù)極B.a極上有氯氣放出
C.b極上發(fā)生氧化反應(yīng)D.b極附近溶液顯酸性
【變式1-11在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層,以下方案設(shè)計正確的是
A.鋅作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有鋅離子
B.粕作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有鋅離子
C.鐵作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有亞鐵離子
D.鋅作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有亞鐵離子
【變式1-2]以粗銅和碳棒作電極,硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液電解精煉銅。下列敘述錯誤的是
A.與電源正極相連的是粗銅
B.陰極發(fā)生反應(yīng):Cu2++2e-=Cu
C.通電過程中,溶液中SO:向發(fā)生氧化反應(yīng)的電極移動
D.通電一段時間,電解質(zhì)溶液中c(Cu")不變
考點02電解的有關(guān)計算
【例2】以銘酸鉀(KzCrCU)為原料,電化學(xué)法制備重銘酸鉀(KzCnCh)的實驗裝置示意圖如圖。下列說法正確
A.CrOf在陽極放電,發(fā)生氧化反應(yīng)
B.裝置中的離子交換膜為陰離子交換膜
C.在陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為:2H2O+2e-=2OH-+H2T
D.當(dāng)電路中有0.4mol電子轉(zhuǎn)移時,標(biāo)況下產(chǎn)生氣體的總體積為4.48L
【變式2-1】二氧化碳的再利用是實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一、在稀H2s04溶液中利用電催化可將
C02同時轉(zhuǎn)化為多種燃料,其原理如圖所示,下列說法錯誤的是
+
A.左側(cè)電極上的電極反應(yīng)式為2H2O-4e=O2T+4H
B.離子交換膜為陽離子交換膜
C.一段時間后,陰極區(qū)溶液質(zhì)量會減少
D.若陰極只生成0.15molCO和0.25molC2H4,則電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3.3mol
【變式2-2]用電解法制備高純金屬鋁和硫酸的原理如圖所示。下列說法正確的是
A.b為直流電源的負(fù)極
B.A膜是陽離子交換膜,B膜是陰離子交換膜
C.陰極電極反應(yīng)式為2H++2e=H2T
D.若有Imol離子通過A膜,理論上陽極生成0.5mol氣體
考點03電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用
【例3】環(huán)氧乙烷(/°\)可用于生產(chǎn)乙二醇。電化學(xué)合成環(huán)氧乙烷(/°\)的裝置如圖所示:
CH2=CH2^
陽離子交換膜
pinBr;!H:OOH-O
口知:CH2=CH2-------?HOCH2CH2Br—>
下列說法錯誤的是
A.Pt電極接電源正極
B.制備Imol環(huán)氧乙烷,Ni電極區(qū)產(chǎn)生2molH2
C.Pt電極區(qū)的反應(yīng)方程式為:CH2=CH2+Br2+H2O^HOCH2CH2Br
D.電解完成后,將陽極區(qū)和陰極區(qū)溶液混合才可得到環(huán)氧乙烷
【變式3-1】利用電沉積法制備納米級金屬銀,具有制備晶體性能獨特操作方法簡便等優(yōu)點,電解裝置如圖
所示,下列說法錯誤的是
*卜
碳棒I陽離子陰離子I鍍銀
I交換膜交換膜■鐵棒
AIB■C
l%NaCl含Ni?+、Cl
NaOH溶液溶液的濃縮液
A.電解時,A室發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH--4-=。2個+2H2。
B.電解一段時間后,B室中氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小
C.為了提高電沉積效率,一段時間后,可向C室中補充NiC"溶液
D.電解時,C室中的C「經(jīng)過陰離子交換膜進入B室
【變式3-2]工業(yè)上處理含Cr?。:的酸性工業(yè)廢水用Fe為電極進行電解;經(jīng)過一段時間有Cr(OH)3和
Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生;過濾回收沉淀,廢水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。下列說法錯誤的是
A.電解時陰極的電極反應(yīng)式為2H++2e-=凡1
3+2++3+
B.Cr2O;轉(zhuǎn)變成Cr的離子反應(yīng)方程式為6Fe+Cr2O;-+14H=6Fe"+2Cr+7H2O
C.兩極都能用Cu電極來代替Fe電極
D.實驗時若加入適量的Na2so4電解效果更好
考點04電化學(xué)綜合考查
【例4】工業(yè)上利用雙極膜電滲析法制取鹽酸和氫氧化鈉的裝置如下圖所示。圖中的雙極膜中間層中的H?0
電離為H+和OH-,并在直流電場作用下分別向兩極遷移。
a%NaCl溶液
l;l
石
石
墨
墨H2OH20
電
電
極
極II11
NaCl溶液
H+H+
o'甲室
丙室°H
乙室
H2O雙極膜~?;?~M111N~?(?雙極膜HiO
(少量H+)b0/oNaCl溶液(少量OH)
下列有關(guān)說法錯誤的是
A.N表示陰離子交換膜
B.甲室流出的為氫氧化鈉溶液
C.電解總反應(yīng):NaCl+H2ONaOH+HCl
D.相比現(xiàn)有氯堿工業(yè)制取氫氧化鈉,該方法更環(huán)保
【變式4-1】利用甲醇(CH3OH)燃料電池電解CuSC)4溶液、MgCu溶液,裝置如圖所示:
5"功也2右』
七I墨AgPtPt
電極二電極
KOH溶賴過量CuSC>4溶液MgCU溶液
甲池乙池丙池
已知甲醇電池總反應(yīng)式為2cH30H+3O2+4KOH=2K2cO3+6H2Oo下列說法正確的是
A.甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,乙、丙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
B.反應(yīng)一段時間后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2能使CuSC\溶液恢復(fù)到原濃度
C.甲池通入CHQH的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO;-+6H。
D.甲池中消耗280mL。②,此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45g固體
【變式4-2]電解精煉銅的廢液中含有大量的&?+和SO;,下圖為用雙膜三室電沉積法采用惰性電極回收
廢液中銅的裝置示意圖。下列說法錯誤的是
A.電極b為陰極
B.a極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2Cl-2e-=C12T
C.交換膜n為陰離子交換膜
D.若濃縮室得到lL0.5mol/L的Na2sCU溶液,則陰極可回收12.8g銅(不考慮副反應(yīng))
lit關(guān)檢測
1.下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是
2.電解與日常生活密切相關(guān),下列符合生產(chǎn)實際的是
A.電解熔融的氯化鋁制取金屬鋁B.在鍍件上鍍鋅時,用鋅作陰極
C.電解法精煉粗銅時,用純銅作陽極D.電解飽和食鹽水制燒堿時,用涂饃碳鋼網(wǎng)作陰極
3.下列描述中,不符合生產(chǎn)實際的是
A.電解熔融的氯化鎂制取金屬鎂,用鐵作陽極
B.電解法精煉粗銅,用純銅作陰極
C.工業(yè)上電解飽和食鹽水制燒堿,用陽離子交換膜阻止0H一移向陽極
D.在鍍件上電鍍銅,用銅作陽極
4.粗銅中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等,采用電解法提純,下列說法錯誤的是
A.可用硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液
B.粗銅與電源的正極相連
C.在精煉過程中,Ag、Au沉積于陽極底部
D.在精煉過程中,陽極、陰極的質(zhì)量變化量相等
5.用惰性電極進行電解,下列說法正確的是
A.電解稀硫酸,實質(zhì)上是電解水,故溶液pH不變
B.電解稀NaOH溶液,要消耗OH1故溶液pH減小
C.電解NaNOs溶液,在陰極上和陽極上生成氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:2
D.電解CuCl?溶液,在陰極上和陽極上生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:1
6.利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純。下列敘述中正確的是
A.電解時以精銅作陽極
B.電解時陰極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu-2e-=0?+
C.粗銅連接電源的負(fù)極,其電極反應(yīng)為Ci?++2e-=Cu
D.電解后,電解槽底部會形成含有少量Ag、Pt等金屬的陽極泥
7.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,選用的陽極金屬和電鍍液均正確的是
A.Ag和AgCl溶液B.Ag和AgNCh溶液
C.Fe和AgNCh溶液D.Pt和Ag2so4溶液
8.某化學(xué)興趣小組利用如圖裝置在鐵棒表面鍍上一層銅,下列有關(guān)的判斷正確的是
b
電a-
流直流電源
方Y(jié)
向
d
i
--
r-E-z--
t.—-
r-三-
--
一-
.-
紇.
..
之..
―-
.--
-.-
~-.-
—-
.-
.r(..-
-.
.
.
A.a為陽極、b為陰極B.c為鐵棒、d為銅棒
C.電子流向從bid—'CiaD.溶液中Cu?+向d極移動
9.以純堿溶液為原料,通過電解的方法可制備小蘇打,原理裝置圖如下:裝置工作時,下列有關(guān)說法正確
的是
電池
A.乙池電極接電池正極,氣體X為Hz
B.Na+由乙池穿過交換膜進入甲池
C.NaOH溶液Z比NaOH溶液Y濃度大
D.甲池電極反應(yīng):4CO^-4e'+2H2O=4HCO;+O2?
10.如圖是某課題組設(shè)計的一種利用電解原理制取H2O2并用來處理工業(yè)廢氨水的裝置。為了不影響H2O2
的產(chǎn)量,需向廢氨水中加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5。下列說法正確的是()
A.陰極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H++O2T
+
B.陽極的電極反應(yīng)式為O2+2H+2e=H2O2
C.處理廢氨水的過程中所發(fā)生的反應(yīng)為3H2O2+2NH3?H2O=8H2O+N2T
D.工作過程中陽極附近溶液的pH逐漸增大
11.用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗,則下表中各項所列對應(yīng)關(guān)系均正確
的一項是
直流電源
選項X極實驗前U形管中液體通電后現(xiàn)象及結(jié)論
A負(fù)極CuCb溶液b管中有氣體逸出
B負(fù)極NaOH溶液溶液pH降低
C正極NazSCU溶液U形管兩端滴入酚麟后,a
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