高中化学 第四章 第三节 电解原理的应用(第2课时)学案 新人教版选修4

电解原理的应用1.熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式。

2．学会电解的相关计算。

知识点一 电解原理的应用阅读教材P 80～P 82，思考并填空。

1．电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 (1)装置及现象现象 电极反应式 阴极 放出无色气体 2H ＋＋2e －===H 2↑ 阳极放出黄绿色气体2Cl －－2e －===Cl 2↑(2)电解总反应式化学方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑， 离子方程式：2Cl －＋2H 2O=====电解2OH －＋Cl 2↑＋H 2↑。

2．电镀(1)定义：应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方法。

电镀的目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。

(2)电镀池的构成(3)实例(往铁件上镀铜)①阴极材料：Fe，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；②阳极材料：Cu，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋；③电解质溶液：CuSO4溶液。

3．电解精炼铜(1)装置：如图所示。

(2)电极反应式：阳极为Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋等；阴极为Cu2＋＋2e－===Cu。

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，电极反应通式为M n＋＋n e－===M。

(2)电解熔融的NaCl制Na对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。

例如：电解熔融的NaCl制Na：NaCl在高温熔融条件发生电离：NaCl===Na＋＋Cl－，通直流电后，阴极：2Na＋＋2e－===2Na ，阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑，总化学方程式为2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。

(1)电解法制取钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液。

(2)工业上用电解熔融MgCl 2而不是MgO 的方法制Mg ；用电解熔融Al 2O 3而不是AlCl 3的方法制Al 。

1．判断正误(1)在镀件上电镀铜时，可用金属铜作阳极。

( ) (2)电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变。

( ) (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 。

( )(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试液，通电后阳极处溶液变蓝。

( )答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× 2．工业上电解食盐水的阴极区产物是( ) A ．氯气 B ．氢气和氯气 C ．氢气和氢氧化钠 D ．氯气和氢氧化钠解析：选C 。

用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式：2H ＋＋2e －===H 2↑，破坏了水的电离平衡，阴极区域OH －与Na ＋结合成NaOH 。

1．原电池、电解池、电镀池的判断方法(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。

(2)若装置中有外加电源，且两电极插入电解质溶液中并构成闭合回路，则该装置为电解池或电镀池，电解质溶液中含有阳极金属离子的即为电镀池，否则为一般电解池。

2．电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液浓度保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小电解精炼铜时，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。

某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：(1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。

(2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。

(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

精铜电极上的电极反应式为____________________________。

[解析] (1)通入氢气的电极为负极，由于电解质溶液是碱性的，所以该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。

(2)由于石墨电极与电源的正极连接，所以石墨电极为阳极，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁极的溶液先变红。

(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，因为粗铜中有活动性比Cu强的金属失去电子，而得到电子的只有Cu2＋，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度会减小；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

[答案] (1)负极H2－2e－＋2OH－===2H2O(2)阳极铁极(3)减小Cu2＋＋2e－===Cu(1)写出例1中乙池电解的总反应方程式。

(2)若例1甲池中消耗标准状况下的氢气11.2 L，则丙池中理论上应析出铜的质量为多少？答案：(1)2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑ (2)32 g氯碱工业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，溶液呈棕色 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 解析：选B 。

电解食盐水时发生的反应： 阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑ 阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑总反应：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，对照分析选项，A 错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl 2，滴加KI 溶液后发生反应：Cl 2＋2I －===I 2＋2Cl －，溶液呈棕色，B 正确；阴极附近产生大量的OH －，滴加酚酞试液后变红色，C 错误；电解后生成NaOH ，溶液呈碱性，D 错误。

2．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是( )A ．电解一段时间后，往蛋壳中的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色B ．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触解析：选D。

由题图可知，蛋壳表面的铁丝为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，石墨棒为阳极，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，故往蛋壳中滴加酚酞，溶液不会变红。

铁丝为阴极，受到保护，附近H＋发生还原反应，故选D。

电镀、电解精炼3．下图是常见的电化学装置图，①、③、④中均为惰性电极，下列说法正确的是( )A．装置①中阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===CuB．装置②中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2 mol 电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为64 gC．装置③中b极为负极，该极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．装置④中阳离子交换膜上每通过1 mol Na＋时，阴极上产生11.2 L H2解析：选A。

装置①为用惰性电极电解CuCl2溶液，A项正确；装置②为电镀铜装置，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B项错误；装置③为氢氧燃料电池，b极通入O2，发生还原反应，作电池的正极，C项错误；D项中没有明确说明生成H2所处的温度和压强，错误。

4．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( ) A．电解时以纯铜作阳极B．电解时阴极发生氧化反应C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析：选D。

电解精炼粗铜时应以粗铜作阳极，连接电源的正极，发生氧化反应；比Cu活泼的金属也会失去电子参与反应，活泼性不如Cu的金属不参与反应，形成阳极泥沉积于电解槽底部。

知识点二电解的有关计算思考并填空。

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。

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，建立计算所需的关系式。

如电解计算时常用的定量关系为4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H ＋～4OH－。

3．计算步骤首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)；其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。

将含有0.4 mol CuSO4和0.2 mol NaCl的水溶液1 L，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 LC．6.72 L D．13.44 L[解析] 阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，因为反应的n(Cu2＋)＝0.3 mol，总n(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OH－失去，阳极反应还有：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，则阳极共放出气体体积(0.1 mol＋0.1 mol)×22.4 L/mol＝4.48 L，故应选A。

[答案] A对于例1中的反应：(1)若不考虑电解质溶液体积的变化，此时溶液中c(H＋)为多少？(2)若电极上得到0.1 mol Cu时不再电解，加入何物质能使电解质溶液复原？其物质的量是多少？答案：(1)0.4 mol·L－1(2)CuCl20.1 mol电解的有关计算1．把两个惰性电极插入500 mL 的AgNO 3溶液中，通直流电电解。