高中化学 专题1 第二单元 第4课时 电解原理的应用学案 苏教版选修4

第4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.学会电解的有关计算。

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 2O H ＋＋OH －

向右移动，致使生成NaOH 。

(2)电解的反应方程式

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．电镀

(1)根据图，回答下列问题： ①电极反应式 阴极：Ag ＋

＋e －

===Ag ； 阳极：Ag －e －

===Ag ＋

。

②可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极上的银不断溶解。 ③含银离子的溶液浓度的变化是不变。

(2)电镀的概念是应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

(3)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。 3．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，不如铜活泼的金属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，粗铜中的铜在纯铜上析出。 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)电解法用于冶炼较活泼的金属，如：K 、Na 、Mg 等；但不能电解其盐溶液，而是电解其熔融态。

如电解熔融的氯化钠可制取金属钠： 阳极反应式：2Cl －

－2e －

===Cl 2↑； 阴极反应式：2Na ＋

＋2e －

===2Na ；

电解反应式：2NaCl(熔融)=====通电

2Na ＋Cl 2↑。 [归纳总结]

(1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取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，而不如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↑

电解反应：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电极作阳极，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，溶液中的

c (H ＋)＝________。

答案 (1)0.032 g (2)1.0×10－3

mol ·L －1

解析 (1)用惰性电极电解CuSO 4溶液时，电极反应为阴极：2Cu 2＋

＋4e －

===2Cu ，阳极：4OH

－

－4e －===O 2↑＋2H 2O 。当有1.0×10－3 mol 的OH －

放电时，生成标准状况下的O 2为5.6 mL ，