高中化学新人教版选择性必修一422电解原理的应用同步教学课件(35张)

及其变化 不变
等,Cu2+浓度减小
典例精析
【例 1】下面有关电化学的图示,完全正确的是 ( )
A
B
C
D
解析:在 Zn-Cu 原电池中,Zn 为负极,A 项错误;电解精炼 铜时粗铜为阳极,精铜为阴极,B 项错误;在铁上镀锌时,应让镀 层金属锌作阳极,待镀金属铁作阴极,C 项错误;电解饱和食盐 水时阳极上产生 Cl2,可用碘化钾淀粉溶液检验,阴极上产生的 H2 可用向下排空气法收集后点燃验证,生成的 NaOH 用酚酞 溶液检验,D 项正确。
电解质溶液: CuSO4 溶液。
(2)电解精炼铜。
阳极: 待精炼的铜 ,电极反应式: Cu-2e- Cu2+ ;
阴极: 纯铜 ;电极反应式: Cu2++2e- Cu
;
电解质溶液: CuSO4 溶液。
电解精炼铜时会有副产物金、银等金属,在哪个电极上产生?
答案: 在阳极上产生,俗称阳极泥。
3.电冶金 (1)金属冶炼的本质。 使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程,可
解析:电镀时,通常镀层金属作阳极、镀件作阴极,含有镀 层金属离子的电解质溶液作电镀液。
答案:A
3.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、 Pt 等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,则下列叙述中正确的 是(已知氧化性:Fe2+<Ni2+<Cu2+) ( )
A.阳极发生还原反应,其电极反应式为 Ni2++2e- Ni B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2+和 Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt
第四章 化学反应与电能
第二节 电解池 课时 2 电解原理的应用
[学习目标] 1.通过归纳总结电解池的工作原理,认识电解原理在电解 饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等实现物质转化 和储存能量中的具体应用,发展科学态度与社会责任的学科核 心素养。 2. 掌 握 电 解 原 理 的 有 关 计 算 , 培 养 化 学 变 化 中 的 守 恒 思 想。
以表示为 Mn++ne- M 。
(2)电解熔融的氯化钠。
阳极反应: 2Cl--2e- Cl2↑ ; 阴极反应: 2Na++2e- 2Na ;
总反应: 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。
自我检测
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)在镀件上电镀铜时,可用金属铜作阳极。(√ ) (2)电解精炼铜时,在阴极上有金、银等金属生成。 (× ) (3)电解精炼铜时,用纯铜作阳极,粗铜作阴极。 (× ) (4)工业上用电解熔融氧化镁的方法制取 Mg。 (× )
(2)利用“阴极铜”在铁制品上镀铜,“阴极铜”作阳极还是阴极?电 解质溶液是什么?短期内是否需要补充电解质溶液?
答案: “阴极铜”作阳极;电解质溶液是硫酸铜溶液;短期内不需要 补充电解质溶液。
(3)电解精炼铜时,粗铜中含有活泼金属 Zn、Ni 等,阳极上的副反 应可能是什么?电解一段时间,电解质溶液(CuSO4)的浓度如何变化?
(2)计算的方法。 ①根据电子守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、 正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路上转移 的电子数相等。 ②根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应 式,最后根据总反应式列比例式计算。 ③根据关系式计算:根据得失电子守恒的关系建立已知 量与未知量之间的桥梁,列出计算所需的关系式。 电解计算时常用的定量关系为: 4e-~4H+~4OH-~2H2~O2~2Cu~4Ag。
答案:A
【方法技巧】
解答电解计算题的基本步骤: (1)根据题给信息,分析两极发生的反应,正确书写电极反 应式(要特别注意阳极材料)。 (2)当溶液中有多种离子共存时,先根据离子放电顺序确定 离子放电的先后。 (3)根据得失电子守恒进行相关计算。
活学活用
4.把分别盛有熔融的 KCl、MgCl2、Al2O3 的三个电解槽串联,在一定
铺垫知识
1.电解池的阳极发生 氧化反应,阴极发生还原反应,阴离子移向 阳极 ,阳 离子移向 阴极 。
2.阳离子的放电顺序为： Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+ >Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水提供)>Al3+>Mg2+>N;a+ 阴离子的放电顺序为： S2->I->Br->Cl->OH- >含氧酸根>F-。
(5)用 U 形管做电解饱和食盐水的实验,通电前在 U 形管的两端
滴加几滴石蕊溶液,通电后阳极处溶液变蓝。 ( ×)
2.工业上电解饱和食盐水的阴极区产物是 ( ) A.氯气 B.氢气和氯气 C.氯气和氢氧化钠 D.氢气和氢氧化钠
解析:用惰性电极电解饱和食盐水时,阴极反 应:2H2O+2e- H2↑+2OH-,破坏了水的电离平衡,阴极区 域 OH-与 Na+结合成 NaOH。
新知预习
1.电解饱和食盐水
(1)饱和食盐水中含有哪些离子?
答案:Na+、H+、Cl-、OH-。
(2)离子的放电顺序及电极反应。
阳极:Cl- 优先放电,电极反应为 2Cl--2e- Cl2↑
。
阴极:H+ 优先放电,电极反应为 2H2O+2e- H2↑+2OH- 。
(3)电解总反应。
化学方程式: 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ ;
典例精析
【例 2】将 1 L 含有 0.4 mol CuSO4 和 0.2 mol NaCl 的水 溶液,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到 0.3 mol
Cu,另一个电极上析出气体在标准状况下的体积为 ( )
A.4.48 L
B.5.6 L
C.6.72 L
D.13.44 L
解析:阴极反应:Cu2++2e- Cu,因为反应的 n(Cu2+)=0.3 mol,n 总(Cu2+)=0.4 mol,说明 Cu2+过量,阴极共得到 0.6 mol 电 子。由电子守恒可知,阳极应失去 0.6 mol 电子。阳极首先发生 的反应为 2Cl--2e- Cl2↑,因为 0.2 mol Cl-只能失去 0.2 mol 电 子,另外 0.4 mol 电子只能由水电离出的 OH-失去,阳极反应还 有 :2H2O-4e- 4H++O2↑, 则 阳 极 共 放 出 气 体 (0.1 mol+0.1 mol)×22.4 L/mol=4.48 L(标准状况),故应选 A 项。
答案:A
探究点一 电镀铜与电解精炼铜的比较
问题情境
某地区有一个大型电解铜冶炼厂,可年生产 40 万吨阴极 铜。同时还带动了以铜冶炼废气、废渣、阳极泥为主要原料 的三条循环经济链,努力实现经济效益和生态效益的双赢。
(1)电解精炼铜应用的原理是什么?为什么称为阴极铜? 阳极泥主要含有什么?
答案: 电解精炼铜应用的原理是电解原理;在阴极生成纯 铜,所以称为阴极铜;阳极泥主要含有金、银等金属。
2.电镀
(1)电镀。
①定义:电镀是利用电解 原理在某些金属表面镀上一薄
层其他 金属或合金 的加工工艺。
②电镀工艺的基本组成:
阴极: 待镀的金属制品 ;
阳极:镀层金属;
电镀液:含有 镀层金属离子
的溶液。
③实例:往铁件上镀铜。
阴极材料: Fe ,电极反应式:Cu2++2e- Cu;
阳极材料: Cu ,电极反应式:Cu-2e- Cu2+;
答案: 阳极上因为金属 Zn、Ni 比 Cu 活泼,Zn、Ni 优先放电,所 以 发 生 副 反 应 :Zn-2e- Zn2+ 、 Ni-2e- Ni2+; 阴 极 上 反 应 为 Cu2++2e- Cu,所以 CuSO4 溶液的浓度减小。
过程建构
电镀铜与电解精炼铜的比较
项目
电镀铜
电解精炼铜
能量 电能转化为化学能 电能转化为化学能
离子方程式: 2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑
。
(4)离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图如图所示。
①溶液 A 为 精制饱和食盐水 ,溶液 B 为 NaOH 溶 液。
②离子交换膜起到什么作用? 答案:Na+通过离子交换膜,在阴极生成 NaOH,便于产物的 分离,同时避免了氯气与氢气、NaOH 溶液的反应。
答案:D
【拓展延伸】
若把例 1 D 项中的电源正极、负极颠倒,则在 U 形管中可 能观察到什么现象?
答案:铁棒逐渐溶解,变细;石墨棒附近有气泡产生,附近溶 液变红色;电解一段时间后,在 U 形管底部首先出现白色沉淀。
【特别提醒】 (1)金属阳离子的放电顺序除了与阳离子的氧化性有关,还与其 离子浓度有关。电镀条件下,镀层金属离子浓度远高于其他阳离子 浓度,因此一定是电镀液中的镀层金属离子得到电子变为金属单质 在阴极析出,而不是其他阳离子。 例如在铁片上镀锌时,阴极反应式为 Zn2++2e- Zn,而不是 2H++2e- H2↑。 (2) 阳 离 子 放 电 顺 序 :Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+( 浓 度 大 时)>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(浓度小时)>Al3+>Mg2+>Na+。
转化
装置
项目
电镀铜
电解精炼铜
阳极材料
纯铜(活泼金属作阳 极,优先失电子)
粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料
待镀金属
纯铜
阳极反应
Cu-2e- Cu2+
Zn-2e- Zn2+; Cu-2e- Cu2+等
阴极反应
Cu2++2e- Cu
Cu2++2e- Cu
电解质溶液 硫酸铜溶液浓度保持 反应后硫酸铜溶液中混有 Zn2+
答案:D
3.下列关于铜电极的叙述中,正确的是 ( ) A.锌铜原电池中铜是正极 B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极 C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阴极 D.电解稀硫酸制 H2、O2 时铜作阳极
解析:原电池中,铜不如锌活泼,铜应为正极;电解池的阳极 发生失去电子的氧化反应,阴极发生得到电子的还原反应,所 以精炼粗铜时,粗铜应作为阳极,镀铜时铜也应作为阳极以提 供 Cu2+,而电解稀硫酸时,如把铜作为阳极,铜就会首先放电,阳 极就不能产生氧气。
沉积到池底。精铜增重 2.56 g 时,得到电子:
×2=0.08 mol,
即电路中通过 0.08 mol 电子。 答案:B
2.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,下列方案中设计正 确的是 ( )
A.锌作阳极,镀件作阴极,溶液中含有锌离子 B.铂作阴极,镀件作阳极,溶液中含有锌离子 C.锌作阳极,镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子 D.锌作阴极,镀件作阳极,溶液中含有亚铁离子
解析:电解时阴极发生还原反应,A 项错误。电解过程中, 阳极中 Zn、Fe、Ni 依次失去电子生成阳离子进入溶液;Cu、 Pt 不如 Ni 活泼,不被氧化,沉入电解槽底部成为阳极泥,阴极只 析出 Ni,故 B 项错误,D 项正确。电解后溶液中仍有少量的 Ni2+,C 项错误。
答案:D
探究点二 电解的有关计算
问题情境
某化学兴趣小组根据如图装置做了以下实验,请回答下 列问题。
(1)A 装置为 原电 池,B 装置为 电解 池。两个石墨电极上的
实验现象:左侧 有气泡产生 ,右侧 附着一层黑色物质
。
(2)实验时若 Zn 电极质量减少 6.5 g,理论上 Pt 电极质量增加 6.4 g,
实际上 Pt 电极增加的质量比理论上少,试解释原因。
答案:Zn 与 Cu2+直接反应,附着在 Zn 电极上一部分,另外化学能也 不能完全转化为电能。
(3)Zn 电极质量减少 6.5 g 时,理论上左侧石墨电极放出气体的体
积为 1.12 L(标准状况),右侧石墨电极质量增加 21.6 g。
过程建构
电解的有关计算 (1)计算的原则。 ①阳极失去的电子数=阴极得到的电子数。 ②串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 ③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
条件下通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为 ( )
A.1∶2∶3
B.3∶2∶1
C.6∶3∶1
Hale Waihona Puke D.6∶3∶2解析:在氯化钾、氯化镁、氧化铝中 K、Mg、Al 的化合价分别为+1 价、+2 价、+3 价,在串联电路中,相同时间通过的电量相同,假设通过 6 mol 电子时,则析出 K、Mg、Al 的物质的量分别为 6 mol、3 mol、2 mol,则 n(K)∶n(Mg)∶n(Al)=6∶3∶2。
活学活用
1.火法炼铜得到的粗铜中含有多种杂质(如锌、金和银等), 其性能远不能达到电气工业的要求,工业上常用电解精炼法将 粗铜提纯。在电解精炼时 ( )
A.粗铜接电源负极 B.精铜作阴极 C.杂质都将以单质形式沉积到池底 D.精铜片增重 2.56 g,电路中通过 0.04 mol 电子
解析:由金属活动性顺序:Zn>Cu>Ag>Au 可知,首先杂质锌 失去电子进入溶液,而后是铜,而不活泼杂质 Au、Ag 以单质形式