《第25讲 电解原理的应用 （解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第25讲 电解原理的应用 （解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第25讲 电解原理的应用 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、电解饱和食盐水烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。1电解饱和食盐水的原理通电前：溶液中的离子是Na、Cl、H、OH。通电后：移向阳极的离子是Cl、OH，Cl比OH容易失去电子，被氧化成氯气。阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)。移向阴极的离子是Na、H，H比Na容易得到电子，被还原成氢气。其中H是由水电离产生
2、的。阴极：2H2O2e=H22OH(还原反应)。总反应：化学方程式为2NaCl2H2OH2Cl22NaOH；离子方程式为2Cl2H2OH2Cl22OH。2氯碱工业生产流程工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。(1)阳离子交换膜电解槽(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。3氯碱工业产品及其应用(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、
3、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。二、电镀电冶金1电镀与电解精炼电镀是一种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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。电镀电解精炼装置阳极材料镀层金属Cu粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件金属Fe纯铜阳极反应Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2、Cu2e=Cu2等阴极反应Cu22e=CuCu22e=Cu溶液变化Cu2浓度保持不变Cu2浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥2.电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mnne=M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如
4、钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na；总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2。【归纳总结】(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。(2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。三、电解原理在物质制备中的应用1.多室电解池制备物质原理电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理
5、能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。2.多室电解池的分析思路四、电化学原理在污染治理中的应用利用电化学原理把空气、水中的污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。考点01 电解原理的应用【例1】如图是电解饱和食盐水的装置，a、b为石墨电极。下列判断正确的是Aa为正极，b为负极Ba极上有氯气放出Cb极上发生氧化反应Db极附近溶液显酸性【答案】B【分析
6、】电解装置中与电源正极所连电极为阳极，与电源负极所连电极为阴极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。【解析】Aa与电源正极相连为阳极，b与电源负极相连为阴极，故A错误；Ba极为阳极，电极上发生反应：，故B正确；Cb极为阴极发生还原反应，故C错误；Db极生发生反应：，b极附近溶液显碱性，故D错误；故选：B。【变式1-1】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】电镀时，通常将镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有
7、镀层金属阳离子的溶液作电镀液。故选A。【变式1-2】以粗铜和碳棒作电极，硫酸铜溶液为电解质溶液电解精炼铜。下列叙述错误的是A与电源正极相连的是粗铜B阴极发生反应：C通电过程中，溶液中向发生氧化反应的电极移动D通电一段时间，电解质溶液中不变【答案】D【解析】A电解精炼铜时，粗铜与与电源正极相连，做电解池的阳极，故A正确；B电解精炼铜时，精铜做电解池的阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为，故B正确；C电解精炼铜时，溶液中硫酸根离子向阳极移动，阳极上锌、铁、铜等失去电子发生氧化反应生成二价金属阳离子，故C正确；D电解精炼铜时，阳极上锌、铁、铜等失去电子发生氧化反应生成二价金属阳
8、离子，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，由得失电子数目守恒可知，通电一段时间，电解质溶液中的铜离子浓度减小，故D错误；故选D。考点02 电解的有关计算【例2】以铬酸钾(K2CrO4)为原料，电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的实验装置示意图如图。下列说法正确的是 A在阳极放电，发生氧化反应B装置中的离子交换膜为阴离子交换膜C在阴极发生的电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2D当电路中有0.4mol电子转移时，标况下产生气体的总体积为4.48L【答案】C【分析】根据装置图，惰性电极为阳极，阳极上发生氧化反应，2H2O-4e-=O2+4H+，根据2+2H+H2O，促进了水的电离；不
9、锈钢为阴极，在阴极发生的电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2， 电解池中阳离子移向阴极，而图中为阳离子交换膜，所以电解过程中，H+、K+均从阳极室通过阳离子膜移向阴极室，但主要是K+，由此分析。【解析】A水在阳极放电，发生氧化反应，转变为时没有化合价的变化，故没有发生氧化反应，故A不符合题意；B根据分析，装置中的离子交换膜为阳离子交换膜，故B不符合题意；C在阴极发生的电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2，故C符合题意；D根据电极反应可知，该反应原理为电解水，实质为2H2O2H2+O2，氢的化合价从+1价降低为0价，当电路中有4mol电子转移时，产生气体的物质的量为3mol，当电
10、路中有0.4mol电子转移时，产生气体的物质的量为0.3mol，标况下气体的总体积为0.3mol 22.4L/mol=6.72L，故D不符合题意；答案选C。【变式2-1】二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一、在稀H2SO4溶液中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是A左侧电极上的电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+B离子交换膜为阳离子交换膜C一段时间后，阴极区溶液质量会减少D若阴极只生成0.15molCO和0.25molC2H4，则电路中转移电子的物质的量为3.3mol【答案】C【分析】根据装置图可知，左侧为电解池阳极，发生氧化反应，电解质为
11、稀硫酸，电极反应式：2H2O-4e-=O2+4H+，右端为电解池阴极，发生还原反应。【解析】A根据分析可知，左侧为电解池阳极，发生氧化反应，电极反应式：2H2O-4e-=O2+4H+，A正确；B由电荷守恒可知，氢离子由左侧向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；C氢离子迁移进入阴极区，发生的电极反应式为：2H+CO2+2e-=CO+H2O、2H+CO2+2e-=HCOOH、12 H+2CO2+12e-=C2H4+4H2O、8H+CO2+8e-=CH4+2H2O，根据电极反应式，二氧化碳和氢离子的质量大于生成的气体CO、CH4、C2H4的总质量，一段时间后，阴极区溶液质量会增加，C错误；
12、D二氧化碳生成CO时，碳元素化合价从+4价降低至+2价，二氧化碳生成C2H4时，碳元素化合价从+4价降低至-2价，若阴极只生成0.15molCO和0.25molC2H4，则电路中转移电子的物质的量：，D正确；答案选C。【变式2-2】用电解法制备高纯金属铬和硫酸的原理如图所示。下列说法正确的是Ab为直流电源的负极BA膜是阳离子交换膜，B膜是阴离子交换膜C阴极电极反应式为2H2e-=H2D若有1mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.5mol气体【答案】D【解析】A该装置制备高纯金属Cr和硫酸，左边池中Cr电极上Cr3得到电子变为单质Cr，电极反应式为：Cr33e-=Cr，则Cr棒为阴极，a为电源的
13、负极，b为电源的正极，A错误；B阴极附近溶液中SO浓度增大，为维持溶液电中性，SO要通过A膜进入中间区域；石墨电极上OH-不断失去电子生成O2逸出，电极反应式为2H2O-4e-=O24H，使附近H浓度增大，为维持溶液电中性，H不断通过B膜，所以A膜是阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜，B错误；C石墨电极为阳极，溶液中OH-不断失去电子生成O2逸出，电极反应式为2H2O-4e-=O24H，C错误；D若有1 mol SO离子通过A膜，则电路中会转移2 mol电子，则根据电子守恒可知理论上阳极会产生0.5 mol O2，D正确。答案选D。考点03 电解原理在物质制备中的应用【例3】环氧乙烷()可用于生
14、产乙二醇。电化学合成环氧乙烷()的装置如图所示：已知：下列说法错误的是APt电极接电源正极B制备1mol环氧乙烷，Ni电极区产生2molH2CPt电极区的反应方程式为：CH2=CH2+Br2+H2OHOCH2CH2BrD电解完成后，将阳极区和阴极区溶液混合才可得到环氧乙烷【答案】B【分析】由题给信息：“ ”可知，在Pt电极，Br-失电子生成Br2，然后与水反应的产物再与CH2=CH2发生反应，所以Pt电极为阳极，Ni电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，电解完成后，将阳极区和阴极区溶液混合，HOCH2CH2Br在碱性条件下发生取代反应生成环氧乙烷。【解析】A由分析可知，与直流电源正极相连的铂电极为电解池的阳极，故A正确；B由题意可知，生成1mol环氧乙烷需要消耗1mol溴，则由得失电子数目守恒可知，阴极上生成氢气的物质的量为1mol，故B错误；C由题给转化关系可知，与直流电源正极相连的铂电极为电解池的阳极，溴离子在阳极失去电子发生氧化反应生成溴，通入的乙烯与溴、水反应生成HOCH2CH2Br，Pt电极区的反应方程式为：CH2=CH2+Br2+H2OHOCH2CH2Br，故C正确；D由分析可知，电解完成后，将阳极区和阴极区溶液混合，HOCH2CH2Br在碱性条件下发生取代反应生成环氧乙烷，故D正确；故选B。【变式3-1】
