2014-2015学年高中化学同步讲练：1.2.2 电解原理的应用2(鲁科版选修4)

第2课时 电解原理的应用[学习目标定位] 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.掌握电解的有关计算。

1．用惰性电极电解氯化钾溶液，阴极反应式是2H ＋＋2e －===H 2↑，阳极反应式是2Cl －－2e －===Cl 2↑，电解的化学方程式是2KCl ＋2H 2O=====通电2KOH ＋H 2↑＋Cl 2↑。

电解后溶液的pH 变化是增大；欲使电解后的溶液复原，需加入的物质是HCl 气体。

2．在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。

(1)若两极均为Pt 电极，则阳极反应式是4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，阴极反应式是2Cu 2＋＋4e －===2Cu ，电解的化学方程式是2CuSO 4＋2H 2O=====通电2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4。

(2)若两极均为铜片，则阳极反应式是Cu －2e －===Cu 2＋，阴极反应式是Cu 2＋＋2e －===Cu ，电解过程中溶液的浓度变化是不变。

(3)若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是Zn －2e －===Zn 2＋，电解过程中两极的变化是阳极锌片不断溶解，阴极铜片质量不断增加。

探究点一 电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na ＋、Cl －、H ＋、OH －。

通电时Na ＋、H ＋移向阴极，H ＋放电，Cl －、OH －移向阳极，Cl －放电。

电极反应式为阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑(氧化反应)阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)因H ＋放电，导致水的电离平衡H 2OH ＋＋OH －向右移动，致使生成NaOH 。

(2)电解的总反应式化学方程式：2NaCl ＋2H 2O=====通电H 2↑＋Cl 2↑＋2NaOH ；离子方程式：2Cl －＋2H 2O=====通电H 2↑＋Cl 2↑＋2OH －； 工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。

2．电解精炼铜(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。

其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO 4溶液作电解质溶液。

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

(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn 、Fe 等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag 、Au 等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜迁移到纯铜上。

3．电镀(1)根据图，回答下列问题：①电极反应式阳极：Cu －2e －===Cu 2＋；阴极：Cu 2＋＋2e －===Cu 。

②可观察到的现象是铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。

③硫酸铜溶液浓度的变化是不变。

(2)电镀 ①电镀是应用电解原理，在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

②电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；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；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。

[归纳总结](1)氯碱工业：用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取NaOH 、Cl 2、H 2，并以它们为原料生产一系列化工产品。

(2)电镀特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH 等保持不变。

(3)电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如精炼镍时Cu 也会沉积)。

[活学活用]1．关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极)，下列叙述正确的是( )A ．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色B ．若在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液，溶液呈棕黄色C ．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠D ．电解一段时间后，将全部电解质溶液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案 B解析 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=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑对照分析选项，C 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 －，溶液呈棕黄色，B 正确；阴极附近产生大量的OH －，滴加酚酞后附近溶液变红色，A 错误；电解后生成NaOH ，溶液呈碱性，D 错误。

2．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )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 ．铁作阳极，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答案 A解析 本题考查的是电镀的原理。

电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。

探究点二 电解的有关计算1．将两支惰性电极插入CuSO 4溶液中，通电电解。

(1)当有1.0×10－3 mol 的OH －放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是__________。

(2)若溶液的体积为1 L ，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O 2时，溶液的pH 是________。

答案 (1)0.032 g (2)3解析(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。

当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，此时转移电子为1.0×10－3 mol，则在阴极上析出Cu：32×10－3 g。

(2)阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4 mol 1 moln 5.6×10－3 L 22.4 L·mol－1n＝1.0×10－3 mol，消耗1.0×10－3 mol OH－，生成1.0×10－3 mol H＋则[H＋]＝1.0×10－3 mol1 L＝1.0×10－3 mol·L－1pH＝－lg[H＋]＝－lg(1.0×10－3)＝3。

2．用惰性电极电解0.1 L M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L(标准状况)O2，从而可知M的相对原子质量是________，溶液的pH是________(均用含有a、b、x的代数式表示)。

答案5.6axb－lg25b14解析由于阴、阳两极转移电子的数目相同，则有a gM·x＝b L22.4 L·mol－1×4，或由关系式x O2～4M得b22.4∶aM＝x∶4，均可解出M＝5.6axb g·mol－1。

又由O2～4H＋可知：[H＋]＝4×b22.4mol÷0.1 L＝2514b mol·L－1，则pH＝－lg25b14。

[归纳总结]有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。

不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。

(2)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)关系式计算：借得失电子守恒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。

[活学活用]3．把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。

当电解质溶液的pH 从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是()A．27 mg B．54 mg C．108 mg D．216 mg答案 B解析由电子得失守恒知，e－～OH－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。

AgNO3溶液电解后产生酸，产生的H＋的物质的量可由pH差来计算：pH从6.0变为3.0，即[H＋]＝10－3 mol·L－1，所以n(Ag)＝n(H＋)＝10－3 mol·L－1×0.5 L＝5×10－4 mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。

4．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为() A．1 mol·L－1B．2 mol·L－1C．3 mol·L－1D．4 mol·L－1答案 A解析分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH－失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到0.2 mol电子而生成。

由电子得失守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2＋得到的，故Cu2＋的物质的量是0.1 mol，则Cu2＋的物质的量浓度为0.1 mol100×10－3 L＝1mol·L－1。

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 电解池的阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。

电解熔融的Al 2O 3制Al 时，若用Fe 作阳极，会发生反应Fe －2e －===Fe 2＋，Fe 2＋移动到阴极上发生反应Fe 2＋＋2e －===Fe ，使得到的Al 不纯。

2．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。

通电时，为使Cl 2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )A ．a 为正极，b 为负极；NaClO 和NaClB ．a 为负极，b 为正极；NaClO 和NaClC ．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和NaClD ．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和NaCl答案 B解析 有关反应有2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2O ，因阳极生成Cl 2，阴极生成NaOH ，为使二者充分作用，Cl 2应在下端产生，从而推知电源b 为正极，a 为负极，消毒液的主要成分是NaCl 、NaClO 。