2020高中化学第四章电化学基础第三节电解池第2课时电解原理的应用教案新人教版选修4

第2课时 电解原理的应用
[明确学习目标] 1.了解电解在氯碱工业中的应用。

2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。

一、电解饱和食盐水 1．装置、现象及电极反应式
2．解释
放电顺序：□03H ＋>Na ＋ □04Cl －>OH － 3．总反应式
化学方程式：□052NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑； 离子方程式：□062Cl －＋2H 2O=====电解2OH －＋H 2↑＋Cl 2↑。

二、电镀 1．定义
电镀是应用□
01电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他□02金属或□03合金的方法。

2．电镀池的构成(往铁件上镀铜)
(1)阴极材料：□
04Fe ，电极反应式：□05Cu 2＋＋2e －===Cu ； (2)阳极材料：□
06Cu ，电极反应式：□07Cu －2e －===Cu 2＋； (3)电解质溶液：□
08CuSO 4溶液。

3．电镀的目的主要是增强金属□09抗腐蚀能力，增强美观和表面硬度。

三、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□01还原出来。

M n ＋＋n e －===M 。

2．电冶金
电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些□02活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。

3．电解熔融的氯化钠
阳极反应式：□
032Cl －－2e －===Cl 2↑； 阴极反应式：□
042Na ＋＋2e －===2Na ； 总反应：□052NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。

1．用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl 溶液，如何通过实验现象判断阴、阳两极？ 提示：
2．若把铁件上镀铜的阴极材料换为小块精铜，阳极材料换为粗铜，能否通过电解方法由粗铜制精铜？
提示：能。

阴极反应式为Cu 2＋
＋2e －
===Cu ，而粗铜作阳极，比铜活泼的金属成为阳离子进入溶液，但不会在阴极上得电子成为单质(因Cu 2＋
得电子能力比它们要强)，不如Cu 活泼的金属不失电子，会随Cu 的消耗从粗铜上脱落沉入阳极区，成为阳极泥。

这样阴极上就得到纯铜。

3．为什么工业上用电解熔融Al 2O 3，而不是AlCl 3的方法制铝？ 提示：AlCl 3是共价化合物，熔融时不导电。

一、电解饱和食盐水
1．工业电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH －
移向阳极，以使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，而阴离子和气体分子不能通过。

如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示。

2．粗盐中的SO 2－4能影响NaOH 的纯度而Mg 2＋、Ca 2＋
在电解过程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2
会堵塞阳离子交换膜，因此粗盐要进行提纯精制后才用于电解。

除去食盐中Ca 2＋
、Mg 2＋
、SO 2－
4的方法(精制食盐水)：
[即时练]
1．关于电解NaCl 水溶液，下列叙述正确的是( ) A ．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B ．若在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液，溶液呈黄褐色 C ．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D ．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案 B
解析 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，发生的反应是2NaCl ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，故电解一段时间后电解液呈碱性。

电解时，阳极发生氧化反应：2Cl －
－2e －
===Cl 2↑，在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液时，发生反应2I －
－2e －
===I 2，故溶液呈黄褐色；阴极发生还原反应：2H ＋
＋2e －
===H 2↑，因而阴极附近的溶液呈碱性，滴入酚酞试液变红。

2．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是( )
A ．装置出口①处的物质是氯气
B ．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C ．装置中发生反应的离子方程式为2Cl －＋2H ＋=====电解
Cl 2↑＋H 2↑
D ．该装置是将电能转化为化学能 答案 C
解析 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A 项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B 项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl －＋2H 2O=====电解Cl 2↑＋H 2↑＋2OH －
，C 项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D 项正确。

规律方法
用惰性电极电解电解质水溶液的规律
首先要全面分析电解质溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组，然后确定阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式，根据两极的电极反应式写出总反应方程式。

如：电解饱和食盐水，就是由外接直流电源、两个惰性电极(一般用石墨棒)，NaCl 饱和溶液作电解质溶液，线路闭合后形成电解池，溶液中的Cl －
、OH －
移向阳极，Cl －
放电能力强，失去电子产生Cl 2，溶液中H ＋
、Na ＋
移向阴极，H ＋
放电能力强，得到电子产生H 2，由于H ＋
是H 2O 电离出来的，因而导致阴极附近OH －
浓度增大，故电解饱和氯化钠溶液，阴极产物是H 2和NaOH ，阳极区产生的是Cl 2。

二、电镀
1．电镀池的构成
电镀过程中，电镀液的浓度不发生变化。

2．电解精炼铜(粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质)
(1)构造
(2)粗铜中杂质的去向
粗铜中的Zn、Fe比Cu先失电子转变为Zn2＋、Fe2＋进入电解质溶液中；而比Cu不活泼的Ag、Au不失电子，在Cu大量消耗时，Ag、Au从粗铜板上脱落在阳极区形成阳极泥。

因此，电解液CuSO4的浓度变小，ZnSO4、FeSO4在电解液中逐渐增多。

[即时练]
3．若在铜片上镀银，下列叙述正确的是( )
①将铜片接在电源的正极上
②将银片接在电源的正极上
③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag
④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
⑤需用硫酸铜溶液为电镀液
⑥需用硝酸银溶液为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③④⑥
答案 B
解析若在铜片上镀银，铜作阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作阳极与电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。

铜片应接在电源的负极上，①错误；将银片接在电源的正极上，②正确；在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，③正确；铜片上镀银，银为阳极，在银片上发生的反应是：Ag－e－===Ag＋，④错误；用硫酸铜溶液为电镀液，阴极析出铜，⑤错误；需用硝酸银溶液为电镀液，⑥正确。

4．电解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两
块电极板，通过导线与直流电源相连。

请回答以下问题：
(1)若X 、Y 都是惰性电极，a 是饱和NaCl 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X 极上的电极反应式为__________________________________。

②Y 电极上的电极反应式为______________________________________， 检验该电极反应产物的方法是_______________________________________ ____________________________________________________________。

③该反应的总反应方程式是________________________________________。

(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a 选用CuSO 4溶液，则
①X 电极的材料是________，电极反应式是________________________。

②Y 电极的材料是________，主要电极反应式是________________________。

答案 (1)①2H ＋
＋2e －
===H 2↑
②2Cl －
－2e －
===Cl 2↑' 把湿润的KI­淀粉试纸放在Y 电极所在一侧的支管口处，试纸变蓝色
③2NaCl＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑ (2)①精铜 Cu 2＋
＋2e －
===Cu ②粗铜 Cu －2e －
===Cu 2＋
解析 (1)X 为阴极：2H ＋
＋2e －
===H 2↑。

Y 为阳极：2Cl －
－2e －
===Cl 2↑，用湿润的KI­淀粉试纸可检验Cl 2。

(2)精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极。

规律方法
电镀和电解精炼铜的规律
(1)电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。

(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。

(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu 强的金属(如Zn 、Ni 等)会以金属阳离子的形式进入溶液。

(4)电解精炼铜时，Cu 2＋
的浓度会减小。

三、电冶金
1．电解熔融的MgCl 2
阳极反应式：2Cl －
－2e －
===Cl 2↑ 阴极反应式：Mg 2＋
＋2e －
===Mg 总反应：MgCl 2(熔融)=====电解
Mg ＋Cl 2↑ 2．电解熔融的Al 2O 3
阴极反应式：4Al 3＋
＋12e －
===4Al 阳极反应式：6O 2－
－12e －
===3O 2↑ 总反应：2Al 2O 3(熔融)=====电解
冰晶石
4Al ＋3O 2↑
工业上，为降低Al 2O 3的熔点，常加入Na 3AlF 6(冰晶石)，电解熔融Al 2O 3使用的电极材料均为碳棒，阳极产生的O 2会与C 反应，故阳极材料需定期补充。

[即时练]
5．下列有关电解应用的说法中错误的是( ) A ．电解熔融Al 2O 3可得到金属铝
B ．电解熔融NaCl 或饱和NaCl 溶液可制得单质钠
C ．利用电解法可在铁表面镀上一层均匀光滑的银
D ．利用电解原理可除去粗铜中的杂质得到高纯度的铜 答案 B
解析 电解NaCl 溶液时无法制取单质钠，得到的是氢氧化钠。

6．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是( ) A ．都是轻金属 B ．都是活泼金属 C ．成本低廉 D ．化合物熔点较低
答案 B
解析 金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活动性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解方法。

由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。

本章归纳总结
1．下列描述中，不符合生产实际的是( ) A ．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B ．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C ．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D ．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 答案 A
解析 电解熔融的氧化铝制取金属铝，应该用石墨作阳极，如果用铁作阳极，因铁的失电子能力比O 2－
强，就变成铁放电而不是O 2－
放电。

2．下列叙述中正确的是( )
A ．用铂电极电解稀的NaOH 溶液，一段时间后，溶液中溶质的质量分数不变
B ．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极
C ．用惰性电极电解100 mL 饱和食盐水，生成112 mL 氢气(标准状况)时，氢氧根离子浓度约为0.05 mol/L(假定溶液体积仍为100 mL)
D ．铜锌原电池工作时，正极从外电路得到电子 答案 D
解析 电解NaOH 溶液实际是电解H 2O ，一段时间后，溶液中溶质的质量分数增大，A 错误。

用电解法精练粗铜时，用粗铜作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用CuSO 4溶液作电解液，B 错误。

2NaCl ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑ 2 1 x 0.005 mol 得：x ＝0.01 mol
因此OH －
浓度为0.01 mol 100×10－3
L
＝0.1 mol/L ，C 错误。

3．下列关于用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水的叙述错误的是( ) A ．精制饱和食盐水进入阳极室 B ．纯水(加少量NaOH)进入阴极室 C ．阴极产物为氢氧化钠和氢气 D ．电解槽的阳极用金属铁网制成 答案 D
解析 用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水时，Cl －
在阳极放电，H 2O 电离出的H ＋
在阴极放电，因此食盐水和纯水(含少量NaOH)分别进入阳极室和阴极室，A 、B 正确；在阴极H ＋
放电，生成H 2的同时，产生大量OH －
，故H 2和NaOH 为阴极产物，C 正确；电解槽的阳极材料用惰性材料，不能用非惰性材料铁网，D 错误。

4．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。

下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A ．Ag 和AgCl 溶液
B ．Ag 和AgNO 3溶液
C ．Pt 和Ag 2CO 3溶液
D ．Pt 和Ag 2SO 4溶液
答案 B
解析 在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极，镀层金属银作阳极，电镀液是含有银离子的可溶性的盐溶液硝酸银即可。

5．下列叙述正确的是( )
A ．在原电池的负极和电解池的阴极上发生的都是氧化反应
B ．实验室用惰性电极电解Na 2SO 4溶液，阴、阳两极收集到的气体体积之比为1∶2
C ．电解稀硫酸溶液，可能发生反应：Cu ＋H 2SO 4=====电解
CuSO 4＋H 2↑ D ．在铜的电解精炼过程中，电解质CuSO 4溶液中Cu 2＋
浓度始终保持不变 答案 C
解析 选项A ，电解池的阴极发生的是还原反应。

选项B ，用惰性电极电解Na 2SO 4溶液，其实质是电解水，阴极产生H 2，阳极产生O 2，其体积之比为2∶1。

选项C ，用Cu 作电极电解稀硫酸可发生反应：Cu ＋H 2SO 4=====电解
CuSO 4＋H 2↑。

选项D ，因粗铜中的杂质也可能失去电子，所以粗铜减少的铜的质量与阴极析出铜的质量不等，溶液中的Cu 2＋
浓度会减小。

6．如图所示，当线路接通时，发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a 端显蓝色，b 端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两电极不发生变化。

填写下列空白：
(1)甲、乙分别是什么装置________、________。

(2)写出A 、B 、C 、D 的电极名称以及电极材料和电极反应式：____________
_________________________________________________________________。

答案(1)原电池电解池
(2)A极(负极Zn)：Zn－2e－===Zn2＋；B极(正极Ag)：Cu2＋＋2e－===Cu；C极(阳极Pt)：4OH
－－4e－===2H
2O＋O2↑；D极(阴极Cu)：2H ＋＋2e－===H
2↑
解析由于a端显蓝色，可推知a端附近呈碱性，显然滤纸上水电离的H＋在a端获得电子发生反应，使该端OH－浓度较大。

由于锌活动性强于银，甲池为原电池，Zn作负极Ag作正极。

乙池中Cu、Pt不参与反应，则Cu作阴极，Pt作阳极。

由甲池可知乙池中C极为阳极，D 极为阴极，故C极为Pt，D极为Cu，显然乙池为电解池。

滤纸上水电离的OH－在b端反应，b 端H＋浓度增大，使b端出现红色。