《高中化学电解原理的应用（提高）知识讲解学案新人教版选修4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学电解原理的应用（提高）知识讲解学案新人教版选修4（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1电解原理的应用电解原理的应用【学习目标学习目标】 1、了解电解在电镀、氯碱工业、电冶金方面的应用； 2、通过探究活动，加强观察、分析、推理及归纳总结的能力。【要点梳理要点梳理】 【高清课堂：高清课堂：电解原理的应用#电解原理的应用】 要点一、电解原理的应用概念电解饱和食盐水的方法制取 NaOH、Cl2和 H2，以它们为原料生产系列化 工产品阳极：2Cl2eCl2 阴极：2H+2eH2电极反应 总反应：2NaCl+2H2O 电解 2NaOH+H2+Cl2方法离子交换式氯碱 工业食盐水的精制粗盐水2 2 4BaCl SO 过量 除23 22Na CO Ba,Ca 过量 除23NaOH Mg,Fe
2、 过量 除HCl pH 调 精制食盐水概念利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过程电极材料阳极：镀层金属 阴极：镀件电镀电镀液含镀层金属离子的电解质溶液电极材料阳极：粗铜 阴极：纯铜电解质溶液CuSO4溶液阳极：Cu2eCu2+电解 精炼铜电极反应阴极：Cu2+2eCu概念使用电解的方法使金属离子从其化合物中还原出来 Mn+neM阳极：2Cl2eCl2电冶钠电解 反应阴极：2Na+2e2Na阳极：6O212e3O2电冶 金属电冶铝电解 反应阴极：4Al3+12e4Al要点诠释：要点诠释：（1）电解精炼铜，粗铜中含有的 Zn、Fe、Ni 等失去电子，变成金属阳离子进入溶液， Zn
3、2eZn2+、Fe2eFe2+、Ni2eNi2+，其他的杂质以阳极泥的形式沉积。（2）电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的 浓度保持不变。（3）电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极（阳极） ，电极质量增加的电极必为阴极且溶液中 的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。（4）由于 Al2O3熔点很高，电冶时加入冰晶石（Na3AlF6）以降低其熔点。（5）离子交换膜法制烧碱离子交换膜电解槽的组成由阳极（金属钛网） 、阴极（碳钢网） 、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单 元槽串联或并联组成。下图表示一个单元槽的示意图
4、。2阳离子交换膜的作用将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和气体通过。 这样既能防止阴极产生的 H2和阳极产生的 Cl2相混合而引起爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 而 影响烧碱的质量。要点二、原电池和电解池的区别和联系 【高清课堂：高清课堂：电解原理的应用#原电池和电解池的区别和联系】电子、溶液中离子流向： 【典型例题典型例题】 类型一、电解原理的应用例 1 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列 叙述正确的是（已知氧化性 Fe2+Ni2+Cu2+） （ ）
5、 。A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2eNiB电解过程中阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2+和 Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt【思路点拨】本题考查电解精练，注意电解时装置的电极与外接电源相连接情况。电化学必然涉及到氧化 还原，所以对氧化还原反应中的基本概念要熟练掌握。【答案】D【解析】阳极应发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为 Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳 离子的氧化性顺序知，阳极反应为：Zn2eZn2+，Fe2eFe2+，Ni2eNi2+，Cu、Pt 在该条件下不失 电子，形成阳极泥。阴极反应
6、为：Ni2+2eNi，Zn2+、Fe2+在该条件下不得电子。比较两电极反应，因 Zn、Fe、Ni 相对原子质量不等，当两电极通过电量相等时，阳极减少质量与阴极增加质量不等。 【总结升华】单质的还原性（或氧化性）与对应阳离子（或阴离子）的氧化性（或还原性）相反，如本题 氧化性 Fe2+Ni2+Cu2+，则还原性 FeNiCu。3举一反三：举一反三： 【变式 1】下列关于铜电极的叙述正确的是（ ） 。A铜锌原电池中铜是正极B用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制 H2和 O2时铜作阳极 【答案】A、C类型二、电化学内容的综合应用例 2 铝和氢氧化钾都是重要
7、的工业产品。请回答：（1）工业冶炼铝的化学方程式是_。（2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_（3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子 交换膜（只允许阳离子通过） ，其工作原理如图所示。该电解槽的阳极反应式是_。通电开始后，阴极附近溶液 pH 会增大，请简述原因_。除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口_（填“A”或“B” ）导出。【思路点拨】因为铝单质的性质活泼，所以只能通过电解氧化铝的方法冶炼铝。电解氢氧化钾溶液时，放 电的是溶液中水电离出的氢离子和氢氧根离子。解答本题时，同样注意离子交换膜的作用。【答案】 （1）2Al2O3 熔融 通电
8、 4Al+3O2（2）2Al+2OH+2H2O2AlO2+3H2（3）4OH4e2H2O+O2 H+放电，促进水的电离，OH浓度增大 B【解析】离子交换膜法电解提纯 KOH 时，阳极反应为：4OH4e2H2O+O2，阴极反应为： 4H2O+4e4OH+2H2。电解过程中阳极附近的 K+通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子 交换膜。一段时间后，阴极附近 K+、OH浓度变大，从 B 处（阴极区）得到溶液蒸发结晶后可得较纯净的 KOH。 【总结升华】离子交换膜电解槽的导电原理是：（1）在外电路导线内通过自由电子的定向移动导电； （2）在两极上分别发生氧化（失 e） 、还原（得 e）反
9、应导电；（3）在电解质溶液中通过阳离子（阳离子交 换膜）定向移动导电。 例 3 如图所示，若电解 5 min 时铜电极质量增加 2.16 g，试回答：4（1）电源电极 Y 名称为_。（2）pH 变化：A_，B_，C_。（3）通过 5 min 时，B 中共收集 224 mL 气体（标况） ，溶液体积为 200 mL，则通电前硫酸铜溶液的物质的 量浓度为_。（4）若 A 中 KCl 溶液的体积也是 200 mL，电解后溶液的 pH = _。【思路点拨】本题中各装置串联，即电解时会通过相同的电量，转移的电子数相同。分析各装置，再结合 题意，银电极所连接的 Y 极应该是电源的正极，相同银电极上发生氧化
10、反应。所以 Y 电极应该是电源的正极。 【答案】 （1）正极（2）pH 变大； pH 变小； pH 不变（3）0.025mol/L（4）pH=13.【解析】 （1）电源正负极的判断根据电解过程中 Cu 电极上增重，判断出是 Ag+放电：Ag+e=Ag，Cu 电极为阴极，Ag 电极为阳极，与 Ag 电 极相连的应是电源的正极（2）三个电解池中的 pH 变化A 中：阴极：2H+2e=H2 阳极：2Cl2e=Cl2 pH 变大B 中：阴极；Cu2+2e=Cu 阳极：4OH4e=O2+2H2O pH 变小2H+2e=H2C 中：阴极：Ag+e=Ag 阳极: Ag e= Ag+(注意 Ag 比 OH先放
11、电) pH 不变（3）n(Ag)=n(e)=2.16g/(108gmol1)=0.02molB 中阳极 4OH 4e O2 0.02mol 0.02mol 0.005mol n(H2)=0.01mol0.005mol=0.005mol2H+ 2e H20.01mol 0.01mol 0.005mol又Cu2+放电在先，则有 H2产生时 Cu2+已经完全放电 Cu2+ 2e0.005mol 0.02mol0.01mol（根据电子守恒,阴极共转移电子 0.02mol）c(CuSO4)=n/V=0.005mol/0.2L=0.025mol/L（4）根据 A 中电极反应，当转移 0.02mol 电子时
12、，消耗 H+0.02mol，促进了水的电离平衡正向移动， n(OH)=0.02mol，c(OH)=0.1mol/L，pH=13.【总结升华】解答原电池与电解池时，注意电极名称的区分：正极、负极、阴极、阳极。分析题目时使用 准确的化学用语。此外，对电解池中离子（电极）放电顺序有清晰认识。5举一反三：举一反三： 【变式 1】电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，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：电解池中 X 极上的电极反应式是_。在
13、 X 极附近观察到的现象是 _。Y 电极上的电极反应式是_，检验该电极反应产物的方法是_。（2）如用电解方法精炼粗铜，电解液 a 选用 CuSO4溶液，则：X 电极的材料是_，电极反应式是_。Y 电极的材料是_，电极反应式是_。【答案】 （1）2H+2eH2 放出气体，溶液变红 2Cl2eCl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在 Y 电极附近，试纸变蓝色 （2）纯铜 Cu2+2eCu 粗铜 Cu2eCu2+ 【变式 2】根据以下电化学方程式，写出充、放电过程中的电极反应式：放电： 负极： 正极： 充电： 阳极： 阴极： 【答案】 负极：Pb2e+SO42=PbSO4 正极：PbO2+2e+4H+SO42=PbSO4+2H2O 阳极：PbSO4+2e=Pb+SO42 阴极：PbSO42e+2H2O=PbO2+SO42+4H+
