鲁科版高中化学选择性必修1化学反应原理 第1章 化学反应与能量转化 第3节 第2课时 电解原理的应用

探究二
有关电解计算的三种常用方法
问题探究
在粗铜的精炼中,阴极和阳极通过的电子数相等吗?阴极和阳极两个电极
上的质量变化一样吗?
提示 两个电极上通过的电子数一样;两个电极的质量变化不相等。
归纳拓展
提示否。因为氯化铝是共价化合物,熔融时不导电,不能电离产生Al3+和Cl-。
自我检测
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)氯碱工业是非常重要的化工生产工业,在电解饱和食盐水时,在阴极上
得到的产物为H2和NaOH。( √ )
(2)电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作为阳极。( × )
C.标准状况下每生成22.4 L Cl2,便产生2 mol NaOH
D.若B口不加入物质,则电解一段时间后加适量盐酸可以使电解质溶液恢
复到电解前的浓度
解析 由钠离子的移动方向可以确定左边电极为阳极,右边电极为阴极。
阴极发生还原反应,氢气从E口逸出,B口应补充水并加入少量NaOH增强溶
液的导电性,D口得到氢氧化钠浓溶液,A、B项正确。电解饱和食盐水的化
质量增加是不是119 g?
提示 Sn2+浓度减小。每转移2 mol电子,c电极质量增加119 g。
视角3 电冶金考查
3.铝的冶炼在工业上通常采用电解Al2O3的方法,装置示意图如图。研究表
明,电解AlCl3 NaCl熔融盐也可得到Al,熔融盐中铝元素主要存在形式为
AlCl4 和
Al2Cl7
。下列说法不正确的是( D )
等特点,因此塑料电镀被广泛用于汽车、摩托车、家用电器的零部件和水
暖器材的生产。已粗化(塑料表面有许多微孔)的塑料勺电镀银的装置如
图所示,下列说法正确的是( B )
A.a为电源的负极
B.保持其他条件不变,若将电极X的材料换成Cu,
塑料勺首先镀上的金属仍为银
C.电镀一段时间后,溶液的pH变小
D.电极Y上发生还原反应,失去电子
首先镀上的金属仍为银,B正确;电镀过程中,溶液中AgNO3的浓度保持不变,
故溶液的pH不变,C错误;电极Y为阴极,发生还原反应,得到电子,D错误。
5.(2023广西桂林高二期末统考)利用如图所示装置模拟电解在工业生产的
应用,下列说法正确的是( B )
A.若要在铁片上镀铜,Z为FeSO4溶液
B.若要在铁片上镀铜,X、Y分别为纯铜和铁片
(注:Fe作为阳极时失电子生成Fe2+而不是生成Fe3+)。
(2)二看离子导体是否参与电极反应。
(3)三看离子导体状态,若是熔融状态,则为金属的电冶炼。
视角2 金属的电解精炼
2.锡(Sn)是生活中常用的金属,电解精炼锡精矿(单质Sn:70%,单质Cu、Pb、
Fe、Zn:28%)可获得Sn,装置如下:(已知:H2SiF6为强酸)
去电子发生氧化反应生成 O2,O2 在高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧
化物,有气体生成;B 电极为电解池的阴极,Al3+在阴极得到电子发生还原反应
生成铝,故 A 正确。由于生产中碳素电极会有损耗,需定期更换,故 B 正确。
-
由化合价变化可知,电解 AlCl3
NaCl 熔融盐制备金属铝时,Al2Cl7 在阴极得到
电解时主要的电极反应为:
阴极:4Al3++12e4Al+3O2↑。
4Al,阳极:6O2--12e-
3O2↑,电解总反应:2Al2O3
在阳极生成的O2全部与碳素电极(石墨电极)反应生成CO和CO2气体,因此
在电解过程中需要不断补充碳素电极(石墨电极)。
视角4 电镀原理的考查
4.塑料电镀制品既有塑料的质量轻、易成型的特点,又有金属镀层的美观
①阳极:有刺激性气味的黄绿色气体产生。②阴极:有无色无味的气体产生,
阴极附近溶液变红。
(3)原理分析及电极反应:
电解时,OH-、Cl-移向阳极,H+、Na+移向阴极。
①阳极电极反应:2Cl--2e-==Cl2↑,氧化反应。
②阴极电极反应:2H++2e-==H2↑,还原反应。
(4)电解总反应:2NaCl+2H2O
(3)电解法精炼粗铜,用纯铜作为阳极。( × )
(4)在镀件上电镀锌,用锌作为阳极。( √ )
(5)电解法精炼粗铜时,电解质溶液中各离子浓度一定不变。( × )
(6)在镀件上电镀铜,电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。
( √ )
(7)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。( √ )
重难探究•能力素养全提升
下列说法正确的是( D )
A.a为外加电源的正极
B.A是阳极泥,其成分为Cu、Fe、Pb
C.电路中每转移2 mol电子,d电极质量减轻119 g
D.H2SiF6的作用是为了抑制Sn2+的水解
解析 电解过程中若要从锡精矿中获得Sn,则需要将比Sn活泼的金属单质转
化为金属阳离子,因此锡精矿作阳极,阳极与电源正极相连,因此b为电源正
探究一
直线的倾斜角
问题探究
1.氯碱工业的原理是什么?
提示 2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2.实际生产过程中为什么要用阳离子交换膜?
提示 常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而
阴离子不能通过,避免生成的氯气和氢氧化钠发生反应。
归纳拓展
1.电解饱和食盐水制取烧碱
素养目 标
理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理,能利用
电解知识解决生活和生产中的实际问题,体验科学态度与社会责任的学科
核心素养。
目录索引
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
基础落实•必备知识全过关
必备知识
1.电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
(1)装置:
(2)现象:
解析 电镀时,待镀镀件与电源的负极相连作阴极,故电源b电极为负极,Y电
极反应为Ag++e-═Ag,镀层金属与电源的正极相连作阳极,故电源a电极为
正极,X电极反应为Ag-e-═Ag+,A错误;保持其他条件不变,若将电极X的材
料换成Cu,X电极反应为Cu-2e-═Cu2+,由于Ag+的氧化性强于Cu2+,故塑料勺
电镀铜
镀件
纯铜
Cu-2e-==Cu2+
Cu2++2e-==Cu
电解质溶液成分及浓度均
不变
【微点拨2】①电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,
电解质溶液的浓度减小;②粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜
之后的银、金等),在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子
之后,这些不活泼的杂质以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极
电子发生还原反应生成 Al 和 AlCl4 ,电极反应为 4Al2Cl7 +3e故 C 正确。电解时阴离子 AlCl4 从阴极流向阳极,故 D 错误。
Al+7AlCl4 ,
归纳总结
电解熔融Al2O3制取金属铝时,为降低Al2O3的熔点,需加入助熔
剂冰晶石(Na3AlF6)使Al2O3在1 000 ℃左右就可与冰晶石形成熔融体。
4Al+3O2↑ 6O2--12e-==3O2↑、4Al3++12e-==4Al
冶炼钠 2NaCl(熔融)
应用体验
视角1 氯碱工业原理和产物的检验
1.如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰
性电极)。下列说法不正确的是( D )
A.从E口逸出的气体是H2
B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
(1)电极反应:
阳极:2Cl--2e-==Cl2↑(氧化反应),
阴极:2H++2e-==H2↑(还原反应)。
(2)电解总反应:
总反应化学方程式:2NaCl+2H2O
总反应离子方程式:2Cl-+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2OH-+H2↑+Cl2↑。
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气:
【微点拨1】工业上电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH-移向阳极,以
阴极Y为铁片,B正确;若Z是饱和NaCl溶液,由于离子的放电能力:H+>Na+,所
以电解时阴极Y上会产生H2,故电解一段时间后,Y电极不会析出金属Na,C
错误;若Z是饱和NaCl溶液,由于离子放电顺序:Cl->OH-,阳极X电极首先是
Cl-放电产生Cl2,故阳极X发生的电极反应是2Cl--2e-═Cl2↑,D错误。
A.电解Al2O3装置中B电极为阴极,发生还原反应
B.电解Al2O3过程中碳素电极虽为惰性电极,但生产中会有损耗,需定期更
换
C.电解 AlCl3
NaCl 时阴极反应可表示为
D.电解 AlCl3
NaCl 时
4Al2Cl7 +3e-
AlCl4 从阳极流向阴极
Al+7AlCl4
解析 由题图可知,电解氧化铝的装置中电极 A 为电解池的阳极,O2-在阳极失
观。
4.电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中
还原出来。如Mn++ne-==M。
(2)电解熔融的氯化镁可制取金属镁。阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑;
阴极反应:Mg2++2e-==Mg;
总反应:MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
【微思考】能否电解无水氯化铝制备金属铝?
水解,而溶液中H2SiF6电离出的H+能抑制Sn2+水解,故D项正确。
【变式设问】
(1)写出c、d电极上可能发生的电极反应。
提示 c电极:Sn2++2e-═Sn;d电极:Zn-2e-═Zn2+,Fe-2e-═Fe2+,Sn-2e-═Sn2+。
(2)电解过程中溶液中的Sn2+浓度如何变化?电路中每转移2 mol电子,c电极
提示 精制饱和食盐水、NaOH的水溶液、淡盐水、NaOH的浓溶液、H2、
Cl2。
(2)阳离子交换膜的作用是什么?
提示 既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸,又能避免
Cl2和NaOH反应而影响烧碱的质量和产量。
规律方法 做到“三看”,正确书写电极反应
(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt等除外)作为阳极,则阳极金属失电子
学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,当有1 mol氯气生成时,有
2 mol氢氧化钠生成,C项正确。电解过程中减少的是氢气和氯气且二者物
质的量之比为1∶1,若B口不加入物质,则电解一段时间后补充适量的氯化
氢气体可以使电解质溶液恢复到电解前的浓度,D项错误。
【变式设问】
(1)如图所示,A、B、C、D、E、F表示的物质分别是什么?
(2)电镀池的设计:一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作为电镀液;
把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;镀件与直流电
源的负极相连,作为阴极。如铁钉镀铜。
阳极:Cu-2e-==Cu2+。
阴极:Cu2++2e-==Cu。
电镀铜实验装置
(3)电镀的主要目的:提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品外
极,a为电源负极,故A项错误;金属活泼性:Zn>Fe>Sn>Pb>Cu,因此阳极泥固
体A为Pb、Cu等混合物,故B项错误;电解过程中d电极上Zn、Fe、Sn均可
溶解,而且Pb、Cu还可形成阳极泥,因此电路中每转移2 mol 电子,d电极质
量减轻不可能是119 g,故C项错误;Sn(OH)2为弱碱,因此Sn2+在水中会发生
C.若Z是饱和NaCl溶液,电解一段时间后,Y电极析出少量的Na
D.若Z是饱和NaCl溶液,X电极首先发生的电极反应是
4OH--4e-═2H2O+O2↑
解析 若要在铁片上镀铜,应该使Fe片与电源负极连接作阴极,铜片与电源
正极连接作阳极,Z为CuSO4溶液,A错误;若要在铁片上镀铜,则阳极X为Cu,
使NaOH在阴极溶液中富集,常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能
透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过。
2.铜的电解精炼与电镀铜的对比
项目
电解精炼铜
阴极 Cu-2e-==Cu2+等
电极反应
阴极 Cu2++2e-==Cu
电解质溶液浓 Cu2+减少,有比铜活泼的金
度的变化
属的阳离子进入溶液
离子方程式:2Cl-+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑。
2OH-+Cl2↑+H2↑。
2.铜的电解精炼
(1)装置:
(2)精炼铜时的电极反应:
阳极:Cu-2e-==Cu2+,Zn-2e-==Zn2+,Fe-2e-==Fe2+,Ni-2e-==Ni2+。
阴极:Cu2++2e-==Cu。
3.电镀
(1)定义:应用电解原理在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
泥。
3.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
项目
电解总反应
阳极、阴极反应
2Na+Cl2↑
2Cl--2e-==Cl2↑、2Na++2e-==2Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
2Cl--2e-==Cl2↑、Mg2++2e-==Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)