讲义13 电解的应用-2022年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】

讲义13  电解的应用1、氯碱工业：电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气(1)电极反应  阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)  阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ (还原反应)(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑          离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气2、电镀：(1)含义：应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方法，叫做电镀，是一种特殊的电解(2)原理：电镀时，通常把待镀金属(镀件)作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，  阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。(3)电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等(4)实例：在铁上镀铜(如下图)， 电解液为可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液  阳极(纯铜)：Cu－2e—Cu2+  阴极(镀件)：Cu2+＋2e—Cu               3、铜的电解精炼(1)原理：电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通  以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜(2)电极反应：阳极(粗铜)：Zn－2e—Zn2+，Fe－2e—Fe2+，Ni－2e—Ni2+，Cu－2e—Cu2+            阴极(精铜)：Cu2+＋2e—Cu(3)如何实现除杂？在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由  于失去电子能力较弱，难以在阳极溶解，所以它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到  Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+   小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小，  且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质(4)铜的电解精炼时，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电  子总数相等4、电冶金：利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等(1)冶炼钠：2NaCl2Na＋Cl2↑     (2)冶炼镁：MgCl2Mg＋Cl2↑     (3)冶炼铝：2Al2O34Al＋3O2↑    阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑             阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑             阳极：6O2－－12e－===3O2↑    阴极：2Na＋＋2e－===2Na             阴极：Mg2＋＋2e－===Mg             阴极：4Al3＋＋12e－===4Al注：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电【课后作业】1、氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。(1)A为________极，X、Y分别是________、________(2)离子交换膜的作用：_____________________________(3)a、b、c、d加入或取出的物质分别是________、________、________、________2、(1)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为______________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为____________________(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________a．电能全部转化为化学能              b．粗铜接电源正极，发生氧化反应c．溶液中Cu2＋向阳极移动             d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属3、使用氯化钠作原料可以得到多种产品。(1)实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是   ______________(忽略反应前后溶液体积的变化)(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀  菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________ A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl        B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl   C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl         D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取  较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示)，总的反应式是___________。4、利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　)                                     A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑       B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变   C．在铁片上镀铜时，X是纯铜                                  D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁5、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，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和PtD．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋6、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H2SO4­H2C2O4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．SO在电解过程中向阳极移动                                                          【电解的应用】答案1、(1)阳　Cl2　H2(2)阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸(3)饱和食盐水　稀的NaOH溶液　稀的食盐水　浓NaOH溶液2、(1)c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　(2)bd[解析]　(1)粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。(2)粗铜的电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收，d正确。3、(1)0.1mol·L－1　(2)B   (3)Fe　Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑解析　(1)n(H2)＝n(Cl2)＝0.005 mol，参加反应的n(NaCl)＝0.01 mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n(NaOH)＝n(NaCl)＝0.01 mol，c(NaOH)＝0.1 mol·L－1。(2)电解饱和氯化钠溶液的总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。4、CD  解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中Cu2＋浓度变小。(3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源水的电离，反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑。5、C　电解法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，金属按还原性顺序Zn>Fe>Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，Cu、Pt沉积到电解槽底部，阴极只析出Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等，B项错误；Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，D项错误。6、C　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，则铝制品为阳极，即待加工铝质工件为阳极，A正确；选用不锈钢网作为阴极不会影响电极反应及总反应，故可选用不锈钢网作为阴极，B正确；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C不正确；电解过程中，阴离子向阳极移动，故SO在电解过程中向阳极移动，D正确。