【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第一册--1.2.4 电解原理的应用 讲义

第4课时 电解原理的应用

知识点01  电解饱和食盐水的工作原理

1．电极反应和电解反应

（1）阳极：优先放电的离子：______，电极反应式：__________________，反应类型：______反应。

（2）阴极：优先放电的离子：__________________，电极反应式：__________________ ，反应类型：______反应。

（3）电解方程式：____________________________________。

2．电解饱和食盐水的工作原理

（1）电解过程中，阳极室______离子浓度减小，______离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室______离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。

（2）阳极产物为______，阴极产物为：__________________。

（3）阳离子交换膜的作用

①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为______________________________。

②防止H2与Cl2混合发生______。

【即学即练1】右图中是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。

(1)a电极的名称____________。

(2)电解过程中观察到的现象________________________________________。

(3)确定N出口的气体最简单的方法是________________________________。

(4)电解的总反应离子方程式为______________________________。

(5)若将b电极换成铁作电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象_________________________。

知识点02  铜的电解精炼

1．电解池的构成和电极反应

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。

（1）电解池的构成：用______作阳极，用______作阴极，用________________________作电解质溶液。

（2）电极反应式

阳极反应式：______________________________________________________等。

阴极反应式：__________________。

2．电解精炼铜的工作原理

（1）阳极反应

金属铜和比铜活泼的______等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的______等在阳极沉积下来，形成阳极泥。

（2）阴极反应

溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先______电子，成为金属铜析出。

（3）电解质溶液中Cu2+浓度________________________。

【即学即练2】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＋)(　　)

A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni

B．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

知识点03  电镀

1．电镀

（1）概念：应用______的原理在____________或____________表面镀上一薄层____________或______的过程。

（2）目的：

①提升______和增加____________；②增强材料的___________能力，防止金属______。

（3）镀层金属通常是一些____________的金属或合金。

2．基础实验——铁钉镀锌

（1）实验操作要点

①镀件的处理：铁钉依次用用____________打磨、____________浸泡、____________浸泡、____________浸泡，并洗净。

②电镀操作：______作阳极，______作阴极。

（2）电镀池的构成

通常用____________为阴极，以____________为阳极，用含有____________的溶液作电解质溶液。

（3）电极反应

阳极：________________________  阴极：________________________

3．电镀银的工作原理

（1）电极反应式

阴极：________________________；阳极：________________________。

（2）可观察到的现象是__________________________________________。

（3）含银离子的溶液浓度的变化是______。

【即学即练3】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

考法01  电解原理的应用

1．电解原理的应用

（1）氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2，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)。

2．电解时电极为活性电极时

若阴极为活性电极，电极不参加反应，因为阴极得到电子，金属电极不可能得到电子。

若阳极为活性电极时，电极本身失去电子，溶液中的离子不参加电极反应。

活性电极的金属按照金属活动性顺序表的顺序分别失去电子。

【典例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

考法02  有关电解的计算

1．解题依据：得失电子守恒。

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。

【典例2】将两支惰性电极插入CuSO4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 O2时，溶液中的c(H＋)＝________。

题组A  基础过关练

1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)

A．阴极附近溶液呈红色   B．阴极逸出气体

C．阳极附近溶液呈蓝色   D．溶液的pH变小

2．如图为电解饱和食盐水装置，下列有关说法不正确的是(　　)

A．左侧电极上发生氧化反应

B．右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液

D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

3．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　)

A．装置①中阳极上析出红色固体

B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连

C．装置③中外电路电子由a极流向b极

D．装置④中的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过

4．在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是(　　)

A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋

B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋

C．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3＋

D．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋

5．某校“研究性学习小组”欲完成反应2HCl＋2Cu===2CuCl＋H2↑，你认为可行的是(　　)

6．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解反应方程式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成

7．1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)

A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为：Na＋＋e－===Na↑

B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强

C．若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移电子总数相等

D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠

8．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

9．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等

C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt

10．电解原理在化学工业中有广泛应用。如右图所示表示一个电解池，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。

请回答下列问题：

(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：

①电解池中X极上的电极反应式为_________________________________。

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)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：

①X电极的材料是________，电极反应式是___________________________________。

②Y电极的材料是________，电极反应式是_________________________________。

(说明：杂质发生的电解反应不必写出)

11．下图是一个电化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O

(1)请回答图中甲、乙两池的名称。

甲池是__________装置，乙池是__________装置。

(2)请回答下列电极的名称：

通入CH3OH的电极名称是__________，B(石墨)电极的名称是____________。

(3)写出电极反应式：通入O2的电极的电极反应式是_____________________________，A(Fe)电极的电极反应式为___________________________________。

(4)乙池中反应的化学方程式为____________________________________。

题组B  能力提升练

1．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　)

A．4∶1            B．1∶1            C．4∶3        D．3∶4

2．将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(　　)

A．3.36 L            B．5.6 L           C．6.72 L          D．13.44 L

3．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－1   B．2 mol·L－1  C．3 mol·L－1   D．4 mol·L－1

4．如图Ⅰ所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：

(1)X的电极名称是__________极，发生的电极反应式为______________，Y极的电极材料是____________，检验X极产物的方法是________________________________。

(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是________(填化学式)，其形成原因是_______________________________________，该沉淀在空气中放置，现象是_____________。

 (3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图Ⅱ所示)，其目的是________________，阳极室(A处)加入____________，阴极室(B处)加入__________，离子交换膜只许__________离子通过。

5．按要求书写电极反应式和总反应方程式：

(1)用惰性电极电解MgCl2溶液

阳极反应式：____________________；阴极反应式：___________________________；

总反应离子方程式：_________________________________________。

(2)用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：_____________________；阴极反应式：_____________________；

总反应离子方程式：_______________________________________。

(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式：_____________________；阴极反应式：_________________________；

总反应方程式：____________________________________。

(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为_____________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

题组C  培优拔尖练

1．高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．上述装置中，f极为光伏电池的正极

B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4

D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4

2．按要求书写电极反应式和总反应方程式：

(1)用惰性电极电解MgCl2溶液

阳极反应式：____________________；阴极反应式：___________________________；

总反应离子方程式：_________________________________________。

(2)用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：_____________________；阴极反应式：_____________________；

总反应离子方程式：_______________________________________。

(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式：_____________________；阴极反应式：_________________________；

总反应方程式：____________________________________。

(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为_____________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

3．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到 336 mL (标准状态)气体。回答：

(1)直流电源中，M为__________极。

(2)Pt电极上生成的物质是______，其质量为______g。

(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶___∶___∶____。

(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，硫酸的浓度__________。

(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸________g。

4．高氯酸铵(AP)受高温和猛烈撞击能引起爆炸，可用作火箭推进剂。目前制备高氯酸铵的流程如下：

―→混合物AHClOHClO3HClO4NH4ClO4

(1)写出Cl2和NaOH溶液反应的离子方程式：____________________________________。

(2)将HClO3加入到电解槽中，电解产生H2和O3，产生H2的电极名称为__________，写出产生O3的电极反应式：________________________________________________________。

(3)O3与ClO反应生成ClO，O3与ClO反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。