高2022届高2019级高二化学选修4学案第四章第三节第2课时电解原理的应用

第2课时 电解原理的应用[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。

2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。

一、电解原理的应用1.氯碱工业 (1)原理阳极反应式：2Cl －－2e －＝Cl 2↑。

阴极反应式：2H 2O ＋2e －＝2OH －＋H 2↑。

总反应电极反应式：2Cl －＋2H 2O=====电解H 2↑＋Cl 2↑＋2OH －。

(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na ＋等阳离子通过，不允许Cl －、OH －等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。

2.电镀(1)概念：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。

电镀可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。

(2)原理(以电镀铜为例)构成 对应物质 发生的变化 阳极 镀层金属(Cu) Cu －2e －＝Cu 2＋阴极 镀件金属(Fe)Cu 2＋＋2e －＝Cu 电镀液含镀层金属离子(Cu 2＋)的电解质溶液浓度不变3.电解精炼(以电解精炼铜为例) (1)目的①降低铜中的杂质含量，从而提高铜的性能。

②回收粗铜中的金、银等贵重金属。

(2)原理阳极：Cu －2e －＝Cu 2＋(主要)； 阴极：Cu 2＋＋2e －＝Cu 。

电解质溶液：浓度减小。

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M n ＋＋n e －＝M 。

(2)电解法制取常见活泼金属 ①电解熔融NaCl 制取金属NaNaCl 在高温下熔融，并发生电离：NaCl ＝Na ＋＋Cl －，通直流电后， 阴极：2Na ＋＋2e －＝2Na ； 阳极：2Cl －－2e －＝Cl 2↑。

总反应：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑，其装置如图所示。

②电解熔融MgCl 2制取金属Mg 阴极：Mg 2＋＋2e －＝Mg ； 阳极：2Cl －－2e －＝Cl 2↑；总反应：MgCl 2(熔融)=====电解Mg ＋Cl 2↑。

③电解熔融Al 2O 3制取金属Al 阴极：4Al 3＋＋12e －＝4Al ；阳极：6O 2－－12e －＝3O 2↑；总反应：2Al 2O 3(熔融)=====电解冰晶石4Al ＋3O 2↑。

(1)氯碱工业中用的是阳离子交换膜将两电解室隔开( √ ) (2)电解NaCl 溶液可制取金属钠( × )(3)在Fe 上电镀Zn ，应用Zn 作阳极，用ZnSO 4溶液作电镀液( √ )(4)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu 弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区( √ )1.工业上用电解法制备Mg 用熔融的MgCl 2而不用MgO ，制备Al 用熔融的Al 2O 3而不用AlCl 3的原因是什么？【参考答案】:MgCl 2、MgO 均为离子化合物，熔融状态下均导电，可用于电解冶炼Mg ，但MgO 熔点高耗能高。

AlCl 3为共价化合物，熔融状态下不导电，不可用于电解冶炼Al 。

2.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溶液，则：①电解池中X 极上的电极反应式是________，在X 极附近观察到的现象是__________。

②Y 电极上的电极反应式是__________，检验该电极反应产物的方法是_____________。

(2)若X 电极为Fe 、Y 电极为Zn ，a 是ZnCl 2溶液，则可以实现铁制品上镀锌。

X 极上的电极反应式是_______________，Y 电极上的电极反应式是___________________，ZnCl 2溶液浓度__________(填“增大”“减小”或“不变”)。

【参考答案】:(1)①2H ＋＋2e －＝H 2↑ 放出气体，溶液变红②2Cl －－2e －＝Cl 2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y 电极附近，试纸变蓝 (2)Zn 2＋＋2e －＝Zn Zn －2e －＝Zn 2＋不变3.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍。

已知氧化性：Fe 2＋＜Ni 2＋＜Cu 2＋，则阳极的电极反应式为__________________________，电解后溶液中存在的金属阳离子有______________，阳极泥的成分有________。

【参考答案】:Zn －2e －＝Zn 2＋、Fe －2e －＝Fe 2＋、Ni －2e －＝Ni 2＋ Zn 2＋、Fe 2＋、Ni 2＋Cu 、Pt电解精炼时，比精炼金属活泼的金属杂质将失电子变成离子留在电解质溶液中，而活泼性在精炼金属后面的金属杂质无法在阳极失电子，随着精炼金属的溶解而沉在阳极区。

二、电解的有关计算1.计算的原则(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。

(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.解题方法(1)根据守恒法计算：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，其依据是电路中转移的电子数相等。

(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。

(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。

1.用惰性电极电解硫酸铜溶液。

若阳极上产生气体的物质的量为0.01 mol ，阴极无气体逸出，请计算阴极上析出铜的质量？ 【参考答案】:1.28 g【试题解析】: 方法一 根据得失电子守恒，由电极反应式计算用惰性电极电解硫酸铜溶液，在阳极产生的气体为氧气，由4OH －－4e －＝2H 2O ＋O 2↑知，产生0.01 mol 的氧气转移0.04 mol 电子，则根据Cu 2＋＋2e －＝Cu 可推出应析出0.02 mol 的铜，其质量为1.28 g 。

方法二 根据电解化学方程式计算 2CuSO 4＋2H 2O=====电解2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4 128 g 1 mol m 0.01 mol m ＝128 g ×0.01 mol 1 mol＝1.28 g 。

2.如图所示，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L －1AgNO 3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L －1 CuCl 2溶液，A 、B 、C 、D 均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A 极比C 极重1.9 g 。

(1)电源E 为________极。

(2)A 极的电极反应式为________________________________，析出物质________mol 。

(3)B 极的电极反应式为_______________________，析出气体________mL(标准状况)。

(4)D 极的电极反应式为__________________________________________________________，析出气体________mL(标准状况)。

(5)甲烧杯中滴入石蕊溶液，________(填“A ”或“B ”)极附近变红。

【参考答案】:(1)负 (2)Ag ＋＋e －＝Ag 0.025 (3)2H 2O －4e －＝4H ＋＋O 2↑ 140 (4)2Cl －－2e －＝Cl 2↑ 280 (5)B【试题解析】: (1)电解一段时间后，发现A 极比C 极重1.9 g ，则A 极是阴极，和电源的负极相连，即E 是负极，F 是正极，B 是阳极，C 是阴极，D 是阳极。

(2)A 极是阴极，电极反应式为Ag ＋＋e －＝Ag ，析出金属银，C 是阴极，电极反应式为Cu 2＋＋2e －＝Cu ，析出金属铜，A 极比C 极重1.9 g ，设电路中转移电子的物质的量为x ，则108 g·mol －1·x －642g·mol －1·x ＝1.9 g ，x ＝0.025 mol ，析出金属银的物质的量是0.025 mol 。

(3)B 是阳极，该极上是H 2O 失电子，电极反应为2H 2O －4e －＝4H ＋＋O 2↑，电路中转移电子0.025 mol ，生成氧气是0.0254mol ＝0.006 25 mol ，体积是0.006 25 mol ×22.4 L·mol －1＝0.14 L ＝140 mL 。

(4)D 是阳极，该极上的电极反应是2Cl －－2e －＝Cl 2↑，电路中转移电子0.025 mol ，生成氯气是12×0.025 mol ＝0.012 5 mol ，体积是280 mL 。

(5)电解硝酸银溶液，在阴极上析出Ag ，阳极上放出O 2，产生硝酸，滴入石蕊溶液，B 极附近显红色。

(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。

如电路中通过4 mol e －可构建如下关系式：4e －～22222Cl (Br I )O 4H ＋阳极产物、～～～24OH 2H 2Cu 4Ag －阴极产物～～～1.关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( ) A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B.电解液的成分都保持不变 C.阳极反应都只有Cu －2e －＝Cu 2＋D.阴极反应都只有Cu 2＋＋2e －＝Cu 【参考答案】:D【试题解析】: A 项，电镀时镀件作阴极；B 项，电解精炼铜时电解液成分改变；C 项，电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn －2e －＝Zn 2＋的反应。

2.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 【参考答案】:A【试题解析】: 电解池的阳极发生失电子的氧化反应、阴极发生得电子的还原反应。

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。