高二化学人教版选择性必修一课件第四章第二节第2课时电解原理的应用

第2课时　电解原理的应用目录 1.氯碱工业概念习惯上把电解 的工业生产叫做氯碱工业。2.原理(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子是 。通电时，移向阳极的离子是 ，移向阴极的离子是 。饱和食盐水Na+、Cl-、H+、OH-Cl-、OH-Na+、H+(2)阳极反应式为 ；阴极反应式为 ；因H+放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。(3)电解的总反应式化学方程式为 ；离子方程式为 。2Cl--2e-==Cl2↑2H2O+2e-==H2↑+2OH-2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-3.氯碱工业生产流程(1)离子交换膜电解槽(2)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溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量。4.氯碱工业产品及其应用(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、HCl、含氯漂白剂等。(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中应用广泛。[题点多维训练]√1.用惰性电极通过阳离子交换膜电解饱和食盐水时，下列说法错误的是 (　　)A.电解过程中，Na+向阴极方向移动B.电解一段时间后，阴极附近溶液的pH增大C.电解池中的阳极发生反应的电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑D.电解过程中，阴极和阳极产生的氢氧化钠和氯气会反应生成次氯酸钠解析:电解过程中，阳离子移向阴极，A正确；电解时阴极电极反应式为2H2O+2e-==2OH-+H2↑，阴极附近溶液的pH增大，B正确；阳极发生反应的电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑，C正确；阳离子交换膜只允许阳离子通过，可以避免在阴极生成的氢氧化钠和在阳极生成的氯气反应，D错误。√2.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是 (　　)A.装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气B.该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过C.装置中发生反应的离子方程式为2Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑D.该装置是将电能转化为化学能解析:由图知①处为电解池阳极产生氯气，②处为电解池阴极产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；该电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。3.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是 (　　)A.阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 gD.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g√解析:右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl--2e-==Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O==2Fe+6OH-；中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动。由分析可知，A、B正确。由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g，阴极室物质最多增加6×23 g=138 g，C错误，D正确。 1.电镀(1)电镀的概念：利用_____原理在某些金属表面镀上一薄层其他_____或_____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。(2)电镀铜实验装置(电镀池)如图所示①铜片为_____金属，与直流电源的_____相连，作阳极;铁件为_____金属，与直流电源的______相连，作阴极;硫酸铜溶液为________，含有镀层金属离子。电解金属合金镀层正极待镀负极电镀液②阳极反应式为_______________;阴极反应式为__________________。③可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。④硫酸铜溶液浓度______。(3)电镀的特点：阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。Cu-2e-===Cu2+Cu2++2e-===Cu不变2.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。电解池的构成是用粗铜作阳极，用_____作阴极，用___________作电解质溶液。(2)阳极反应式为______________、______________ 、 _______________等;阴极反应式为_______________。(3)电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中);比铜不活泼的金属________等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥);粗铜中的铜在纯铜上析出。纯铜硫酸铜溶液Cu-2e-===Cu2+Cu2++2e-===Cu银、金Zn-2e-===Zn2+Fe-2e-===Fe2+3.电冶金(1)金属冶炼就是使矿石中的__________获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中_____出来。如Mn++ne-===M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钙、钠、镁、铝等)。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式为_______________;阴极反应式为_____________;总反应式为2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。金属离子还原2Cl--2e-===Cl2↑Na++e-===Na应用化学铝虽然储藏量比铁多，但是，人们炼铝比炼铁晚得多。这是因为铝的化学性质比铁活泼，不易还原，因此从矿石中冶炼铝也就比较困难。这样，铝一向被称为“年轻的金属”。Al(OH)3经过一系列反应可获得粗铝，利用熔融状态下物质密度不同，通过三层液电解精炼法可由粗铝获得高纯铝(装置如图所示)。1.该装置工作时，电极A是电解池的阴极还是阳极?提示:粗铝作阳极，失电子发生氧化反应，高纯铝作阴极，铝离子得到电子发生还原反应，A为电解池阴极，B为电解池阳极。2.熔融粗铝时加入铜的作用是什么?提示:利用熔融状态下物质密度不同，通过三层液电解精炼法可由粗铝获得高纯铝，熔融粗铝时加入铜的作用是增大阳极熔融物的密度。[题点多维训练]√1.若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是 (　　)①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是Ag++e-==Ag　④在银片上发生的反应是2H2O-4e-==O2↑+4H+　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液A.①③⑥B.②③⑥C.①④⑤D.②③④⑥解析:根据电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作电解池的阳极和电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；铜片上发生的反应是Ag++e-==Ag，故③正确；银片上发生的反应是Ag-e-==Ag+，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；应用硝酸银溶液作电镀液，故⑥正确。√2.利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛用于工业生产。下列说法中不正确的是(　　)A.氯碱工业中，X、Y均为石墨，Y附近能得到氢氧化钠B.铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4C.电镀工业中，Y是待镀金属， X是镀层金属D.若用惰性电极电解饱和食盐水，两极得到气体在相同状况下体积之比为1∶1解析:图示装置为电解池，X为阳极，发生氧化反应，Y为阴极，发生还原反应，据此分析判断。氯碱工业中，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极附近得到氢氧化钠，即Y附近能得到氢氧化钠，故A正确；铜的精炼中，粗铜作阳极X，纯铜作阴极Y，硫酸铜溶液作电解质溶液，故B错误；电镀工业中，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，因此Y是待镀金属，X是镀层金属，故C正确；若用惰性电极电解饱和食盐水，两极得到气体物质的量之比为1∶1，所以两极得到气体在相同状况下体积之比为1∶1，故D正确。√3.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是 (　　)A.两个电极必须都用惰性电极B.阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极C.电解熔融状态的氯化镁D.电解氯化镁的水溶液解析:电解氯化镁获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能电解熔融状态的氯化镁；在阴极发生的是镁离子得电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活泼性电极，电极材料会优先失电子，所以阳极必须用惰性电极。√4.(2025·深圳高二检测)分别以ZrO2、石墨为电极，以熔融CaCl2为电解质，采用熔盐电脱氧法电解制备金属Zr。下列说法不正确的是 (　　)A.石墨电极接电源正极B.阴极有O2生成C.O2-向石墨电极迁移D.Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原解析:由于制备金属Zr，Zr的化合价降低，ZrO2电极为阴极，石墨电极为阳极，接电源正极，故A正确；阳极有O2生成，故B错误；O2-向石墨电极，即向阳极迁移，故C正确；根据题意可知，Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原，故D正确。123456789101113√12 一、选择题1.工业上电解熔融NaCl与电解食盐水都能直接得到的物质是(　　)A.Na B.NaOHC.H2 D.Cl2解析:电解熔融氯化钠生成氯气和钠，化学方程式为2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑；所以二者都能得到的为Cl2。√124567891011121332.(2025·辽宁大连高二检测)下列说法错误的是 (　　)A.电镀时，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极B.电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C.工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极材料因被氧气氧化需定期更换D.用惰性电极分别电解稀硫酸和Cu(NO3)2溶液，一段时间后溶液的pH均减小解析:电镀时，镀层金属作阳极，镀件(待镀金属)作阴极，故A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，铜以及比铜活泼的多种金属放电，精铜作阴极，铜离子得电子生成铜，故阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，故B错误；工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极产生氧气氧化石墨，阳极材料需定期更换，故C正确；用惰性电极电解稀硫酸，实质是电解水，硫酸浓度增大，溶液pH减小，用惰性电极电解Cu(NO3)2溶液，反应生成硝酸，溶液pH减小，故D正确。√124567891011121333.电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述中正确的是 (　　)A.电解时以精铜作阳极B.电解时，相同电量条件下，阳极减轻Cu的质量等于阴极增重铜的质量C.粗铜连接电源的负极，其电极反应为Cu-2e-==Cu2+D.电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析:粗铜作阳极，精铜作阴极，故A错误；阳极减轻Cu的质量不等于阴极增重铜的质量，故B错误；粗铜连接电源正极，作阳极，阳极上主要电极反应为Cu-2e-==Cu2+，故C错误；阳极发生反应有Cu-2e-==Cu2+、Fe-2e-==Fe2+、Zn-2e-==Zn2+，活泼性比Cu弱的金属Ag、Pt等在电解槽底部会形成阳极泥，故D正确。√124567891011121334.以熔融盐为电解液，以含Cu和Mg等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。下列叙述正确的是 (　　)A.阴极上Al被氧化B.阳极和阴极的质量变化相等C.阳极发生反应之一:Al-3e-==Al3+D.在电解槽底部产生含Mg的阳极泥解析:电解实现Al的再生，则阴极Al3+得到电子被还原，故A错误；阳极镁、铝失电子生成离子，阴极铝离子得电子生成铝，两极质量变化不相等，故B错误；阳极上比铝活泼的金属失电子生成离子，阳极电极反应式为Mg-2e-==Mg2+，Al-3e-==Al3+，故C正确；电解过程中没有铝活泼的金属形成阳极泥，则在电解槽底部产生含Cu的阳极泥，故D错误。√124567891011121335.(2025·厦门高二检测)电解熔融氯化钠和氯化钙混合盐制备金属钠的装置(剖面侧视图)如图所示。阳极为石墨，阴极为铁环，两极用隔膜隔开。氯气从阳极上方的抽气泵抽出，液态金属钠经铁管流入收集器。下列叙述正确的是 (　　)A.为增强导电性，可将石墨更换为铜棒作阳极B.金属钠的密度小于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在上层C.隔膜为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠D.电解时阴极的电极反应为Na++e-==Na，发生氧化反应，阴极上可能生成少量钙单质12456789101112133解析:铜作阳极自身失电子生成铜离子，故A错误；由图可知，Na在上部收集，故钠的密度小于熔融混合盐的密度，故B正确；由图可知，氯离子透过交换膜向阳极迁移，故隔膜为阴离子交换膜，故C错误；铁环阴极发生电极反应为Na++e-==Na，发生还原反应，故D错误。√124567891011121336.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是 (　　)A.通电后，Ag+向阳极移动B.银片与电源负极相连C.该电解池的阴极反应可表示为Ag++e-==AgD.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初解析:铜牌上镀银，银片为阳极，Ag+向阴极移动，阴极反应为Ag++e-==Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。√124567891012111337.(2025·亳州高二期中)工业上以含SnSiF6、H2SiF6、H2SO4的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是 (　　)A.阴极发生的反应为Sn2++2e-==SnB.电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变C.在电解槽底部产生含Pb的阳极泥D.当阴极质量增加11.9 g，电路中通过电子为0.2 mol12456789101211133 √124567891011121338.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时，控制溶液pH为9~10，CN-与阳极产生的ClO-反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是 (　　)A.用石墨作阳极，铁作阴极B.除去CN-的反应为2CN-+5ClO-+2H+==N2↑+2CO2↑+ 5Cl-+ H2OC.阳极的电极反应为Cl-+2OH--2e-==ClO-+H2OD.阴极的电极反应式为2H2O +2e-==H2↑+2OH-12456789101112133解析:根据已知信息可知，阳极上Cl-失电子生成ClO-，铁不能作阳极，否则阳极反应为铁失电子发生氧化反应，得不到ClO-，故用石墨作阳极，铁作阴极，A正确；阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O==N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-，B错误；阳极上Cl-失电子生成ClO-，电极反应为Cl-+2OH--2e-==ClO-+H2O，C正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O+2e-==H2↑+2OH-，D正确。√124567891011121339.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是 (　　)A.由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子B.阳极的电极反应式为2O2--4e-==O2↑C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少D.装置中石墨电极材料需要定期更换12456789101112133解析:钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由TiO2制得1 mol金属Ti，消耗2 mol Ca，电解池中阴极反应式为Ca2++2e-==Ca，则生成2 mol Ca外电路中转移4 mol电子，故A正确；阳极上电极反应式为C+2O2--4e-==CO2↑，故B错误；电解池总反应为2CaO+C 2Ca+CO2↑，制备金属钛的反应为2Ca+TiO2 Ti+2CaO，所以在制备金属Ti前后，CaO的总量不会减少，故C正确；阳极上电极反应式为C+2O2--4e-==CO2↑，石墨不断被消耗，装置中石墨电极材料需要定期更换，故D正确。12456789101112133√ 12456789101112133 1245678910111213311.水产养殖户常用电解法净化鱼池中的水，其工作原理如图所示。下列说法中正确的是 (　　)A.X极是电源的负极，发生氧化反应B.工作过程中阴极区溶液的pH逐渐减小C.当电路中转移10 mol e-时，Ⅱ极上产生22.4 L N2D.Ⅰ极上的电极反应式:C6H12O6-24e-+6H2O==6CO2↑+24H+ √12√124567891011133 12124567891011133 12456789101112133二、非选择题13.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示电解池装置，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题:(1)X的电极名称是　　　(填“阳极”或“阴极”)。 解析:电解池中与电源负极相连的为阴极，与电源正极相连的为阳极，X与电源负极连接作电解池的阴极；阴极1245678910111213313.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示电解池装置，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题:(2)若X、Y都是惰性电极。a是饱和食盐水。实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，一段时间后，Y极上的电极反应式为 　 。解析:若X、Y都是惰性电极，a是饱和食盐水，阳极上是氯离子失电子生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑，阴极上是溶液中氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大，溶液显碱性遇到酚酞变红；2Cl--2e-==Cl2↑1245678910111213313.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示电解池装置，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题:(3)若X、Y都是惰性电极，a是CuSO4溶液，电解一段时间后，阴极无气体放出，阳极上产生气体的体积为0.224 L(标准状况下)，则阴极上析出金属的质量为　　　 g。 解析:若X、Y都是惰性电极，a是CuSO4溶液，阳极是氢氧根离子失电子生成氧气，阳极电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+，阴极铜离子得到电子生成铜，阴极电极反应为Cu2++2e-==Cu，依据电子守恒得到2Cu~O2~4e-，因阳极上产生气体氧气在标准状况的体积为0.224 L，则其物质的量为0.01 mol，则依据关系式可知，阴极上析出金属铜的物质的量为0.02 mol，其质量=0.02 mol×64 g·mol-1=1.28 g；1.281245678910111213313.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示电解池装置，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题:(4)若要用该装置电解精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则Y电极的材料是 　 。解析:电解精炼粗铜时粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液a选用CuSO4溶液，X为阴极材料是纯铜(或精铜)，Y电极是阳极，材料是粗铜；粗铜1245678910111213313.(10分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示电解池装置，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。回答以下问题:(5)若要用电镀的方法在铁表面镀一层金属银，应该选择的方案是______(填字母)。 解析:电镀原理是镀层金属作阳极，即银作阳极，待镀金属作阴极，即铁作阴极，电解质溶液中含镀层离子，即电解质溶液为硝酸银溶液，D正确。D