人教版選修4 電解池 第2課時 電解原理的應用 學案.doc

第2課時電解原理的應用1掌握電解飽和食鹽水的原理。(重點)2了解電鍍、金屬精煉、電冶金等方面的應用。(重點)3掌握電解的有關計算。(難點)電 解 原 理 的 應 用基礎初探教材整理1電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣1裝置及現(xiàn)象現(xiàn)象電極反應式陰極放出無色氣體2h2e=h2陽極放出黃綠色氣體2cl2e=cl22.電解總反應式化學方程式：2nacl2h2o2naohh2cl2，離子方程式：2cl2h2o2ohh2cl2。教材整理2電鍍1定義：應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。2電鍍池的構成3實例(往鐵件上鍍銅)(1)陰極材料：鐵，電極反應式：cu22e=cu；(2)陽極材料：銅，電極反應式：cu2e=cu2；(3)電解質(zhì)溶液：cuso4溶液。教材整理3電解精煉銅1電解精煉銅的原理是粗銅中比銅活潑的金屬zn、fe等失去電子，產(chǎn)生的陽離子殘留在溶液中，不比銅活潑的金屬ag、au等以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部，形成陽極泥，粗銅中的銅在陰極上析出。2裝置教材整理4電冶金 1本質(zhì)：使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。如mnne=m。2電冶金：電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉na、ca、mg、al等活潑金屬。3舉例 探究升華思考探究模擬電解原理在化工生產(chǎn)中的應用，實驗裝置如下圖，裝置閉合電鍵k時，電流計g的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。問題思考：(1)哪個裝置是原電池？哪個裝置是電解池？【提示】甲、乙構成原電池，丙是電解池。(2)a、b、c、d電極名稱分別是什么？【提示】a是負極，b是正極，c是陽極，d是陰極。(3)若模擬氯堿工業(yè)生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣，如何選用電極材料和電解質(zhì)溶液？【提示】c電極用pt或石墨，d電極用鐵絲(導體均可)，x溶液為飽和食鹽水。(4)若模擬電鍍生產(chǎn)，在鐵件上鍍一層金屬銀，如何選用電極材料和電解質(zhì)溶液？電極反應式如何書寫？【提示】c電極用ag，d電極用fe，x溶液為agno3溶液；陽極：age=ag，陰極：age=ag。(5)若模擬電解精煉銅，如何選用電極材料和電解質(zhì)溶液？【提示】c電極用粗銅，d電極用純銅，x溶液為cuso4溶液。認知升華1電鍍銅與精煉銅的比較電鍍銅精煉銅能量轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)化為化學能電能轉(zhuǎn)化為化學能陽極材料純銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))陰極材料鍍件純銅陽極反應cu2e=cu2zn2e=zn2cu2e=cu2等陰極反應cu22e=cucu22e=cu電解質(zhì)溶液及其變化硫酸銅溶液保持不變反應后硫酸銅溶液中混有zn2等，cu2濃度減小2.原電池、電解池、電鍍池的判斷方法(1)若裝置中無外加電源，則該裝置可能為原電池，然后根據(jù)原電池的構成條件進行分析判斷。(2)若有外接直流電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當陰極為金屬，陽極亦為金屬且與電解質(zhì)溶液中的金屬陽離子屬同種元素時，則為電鍍池。(3)若多個單池相互串聯(lián)，又有外接直流電源時，則與直流電源相連接的為電解池或電鍍池。若無外接直流電源時，較活潑的金屬電極為原電池的負極(電子輸出極)，有關裝置為原電池，其余為電鍍池或電解池。題組沖關1如圖所示，能驗證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物的裝置是()【解析】 電解nacl溶液時，陽極反應為2cl2e=cl2，陽極產(chǎn)物為cl2；陰極反應為2h2e=h2，陰極放出h2；cl2可用ki淀粉溶液檢驗。因h2密度小，在陰極生成，結合e轉(zhuǎn)移方向知d正確?！敬鸢浮縟2按下圖裝置實驗，若x軸表示流入陰極的電子的物質(zhì)的量，則y軸可表示() 【導學號：51182041】c(ag)c(agno3)a棒的質(zhì)量b棒的質(zhì)量溶液的phabcd【解析】該電解池中陽極反應式為age=ag，陰極反應式為age=ag，所以隨著電解的進行，c(ag)不變，c(agno3)不變，溶液的ph不變。答案選d?！敬鸢浮縟3在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層，以下方案設計正確的是()a鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子b鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子c鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子d鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有亞鐵離子【解析】本題考查的是電鍍的原理。電鍍原理是鍍層金屬作陽極、鍍件作陰極，含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。【答案】a4下圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩電解池，試回答： 【導學號：29910057】甲乙(1)若甲池利用電解原理在鐵上鍍銀，則a是_(填電極材料)，電極反應式是_；b是_(填電極材料)，電極反應式是 _，應選用的電解質(zhì)溶液是 _。(2)乙池滴入少量酚酞試液，電解一段時間后，_(填“c”或“fe”)極附近呈紅色。(3)若甲池陰極增重43.2 g，則乙池中陽極上放出的氣體在標況下的體積是_l?！窘馕觥?1)電鍍池中，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，含鍍層金屬陽離子的鹽溶液作電解質(zhì)溶液。(2)使酚酞呈紅色說明顯堿性，即2h2o2e=2ohh2，故陰極(fe)呈堿性。(3)由電子守恒得：2agcl2，n(ag)0.4 mol，則n(cl2)n(ag)0.2 mol，v(cl2)nvm4.48 l?！敬鸢浮?1)feage=agagage=agagno3溶液(2)fe(3)4.48電 解 的 有 關 計 算基礎初探教材整理1計算的原則(1)陽極失去的電子數(shù)陰極得到的電子數(shù)。(2)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù)相等。(3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。2計算步驟首先要正確書寫電極反應式(要特別注意陽極材料)；其次注意溶液中有多種離子共存時，要根據(jù)離子放電順序確定離子放電的先后；最后根據(jù)得失電子守恒進行相關計算。3電解計算的常考題型(1)電子守恒在電解計算中的應用。(2)計算電解后溶液中的離子濃度。(3)計算電解質(zhì)溶液的ph。(4)計算電解后析出的固體質(zhì)量。(5)串聯(lián)電路中的物質(zhì)關系。探究升華思考探究在如下圖中，甲燒杯中盛有100 ml 0.50 moll1 agno3溶液，乙燒杯中盛有100 ml 0.25 moll1 cucl2溶液，a、b、c、d均為質(zhì)量相同的石墨電極，如果電解一段時間后，發(fā)現(xiàn)a極比c極重1.9 g。問題思考：(1)發(fā)現(xiàn)a極比c極重，說明a極和c極上分別析出什么物質(zhì)？說明電源e為正極還是負極？【提示】a極比c極重，說明a極上有ag析出，說明電源e是負極，則c極為陰極，c極上有銅析出。(2)a極比c極重1.9 g，則a極上析出單質(zhì)的物質(zhì)的量為多少？c極上析出單質(zhì)的物質(zhì)的量為多少？【提示】設a極析出的ag為x mol，則對應析出的銅為 mol(電子守恒)，即得108x641.9，x0.025 mol則析出的ag為2.7 g，析出的銅為0.8 g。(3)寫出b極的電極反應式。計算b極析出氣體的體積是多少？(標準狀況)【提示】b極的電極反應式：4oh4e=o22h2o根據(jù)題意可知，該過程轉(zhuǎn)移0.025 mol電子，則b極生成o2的體積v22.4 l/mol mol0.14 l。認知升華電解池中有關量的計算或判斷1題型特點主要包括以下幾方面：根據(jù)直流電源提供的電量求產(chǎn)物的量(析出固體的質(zhì)量、產(chǎn)生氣體的體積等)、溶液的ph、相對原子質(zhì)量或某元素的化合價、化學式等。2解題方法題組沖關1在水中加入等物質(zhì)的量的ag、na、ba2、no、cl、so，用惰性電極進行電解，一段時間后，在兩極上得到的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為()a81b227c35.5108d10835.5【解析】ag與cl、ba2與so均生成沉淀，相當于電解nano3溶液，實質(zhì)是電解h2o，兩極得到的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別為o2和h2?！敬鸢浮縜2用惰性電極電解飽和食鹽水，當電源提供0.2 mol電子時停止通電。若此溶液體積為2 l，則所得電解液的ph是()a1b8c13d14【解析】電解飽和食鹽水時供給0.2 mol電子，則消耗的h為0.2 mol，同時產(chǎn)生oh為0.2 mol，溶液體積為2 l，ph13?！敬鸢浮縞3將1 l含有0.4 mol cu(no3)2和0.4 mol kcl的水溶液，用惰性電極電解一段時間后，在一電極上析出19.2 g cu；此時，在另一電極上放出氣體的體積在標準狀況下為(不考慮產(chǎn)生的氣體在水中的溶解)()a3.36 lb5.6 lc6.72 ld13.44 l【解析】陰極析出銅0.3 mol，由cu22e=cu知cu2得到0.6 mol電子，根據(jù)2cl2e=cl2，求出當溶液中cl全部參與電極反應時，放出cl2 0.2 mol，失去電子0.4 mol。因此在陽極還有oh放電，根據(jù)4oh4e=2h2oo2和電子守恒，在陽極有0.05 mol o2放出，即陽極共放出0.25 mol，標準狀況下為5.6 l的氣體?！敬鸢浮縝4把兩個惰性電極插入500 ml的agno3溶液中，通電電解。當電解液的ph從6.0變?yōu)?.0時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是()a27 mgb54 mgc108 mgd216 mg【解析】本題考查的是有關電解反應的計算。首先應弄清楚兩極的反應。陽極：4oh4e=o22h2o；陰極沒有氫氣析出，則陰極反應為：age=ag。oh的消耗導致了h的增加，增加量為1103 mol/l0.5 l5104 mol，即轉(zhuǎn)移電子數(shù)5104 mol，析出銀的質(zhì)量為5104 mol108 g/mol0.054 g54 mg?！敬鸢浮縝學業(yè)分層測評(二十三)(建議用時：45分鐘)學業(yè)達標1下列描述中，不符合生產(chǎn)實際的是()a電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極b電解法精煉粗銅，用純銅作陰極c電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極d在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極【解析】電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極是則陽極放電的是金屬鐵，電極被損耗，不符合生產(chǎn)實際，故a錯誤；電解法精煉粗銅，用純銅作陰極，在該電極上會析出大量的銅，故b正確；電解飽和食鹽水制燒堿，陰極上是氫離子放電，在該極附近生成大量的氫氧化鈉，符合生產(chǎn)實際，故c正確；電鍍原理中，鍍層金屬做陽極，鍍件金屬做陰極，故d正確?！敬鸢浮縜2下列金屬只能用電解法冶煉獲得的是()anabcucfedau【解析】cu、fe用熱還原法獲取，au用富集獲??；2nacl(熔融)2nacl2?！敬鸢浮縜3某同學組裝了如圖所示的電化學裝置，電極為zn，其他電極均為cu，則下列說法正確的是()a電子移動：電極電極電極電極b電極發(fā)生還原反應c電極逐漸溶解d電極的電極反應：cu2e=cu2【解析】左池為原電池，右池為電解池。a項，電子不能通過電解質(zhì)溶液，即不能實現(xiàn)電極電極；b項，電極 發(fā)生氧化反應：zn2e=zn2；c項，電極：cu22e=cu。【答案】d4金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有少量的fe、zn、cu、pt等雜質(zhì)，用電解法制備高純度的鎳，下列敘述中正確的是()a陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式為：ni22e=nib電解過程中，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量相等c電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有fe2和zn2d電解后，電解槽底部的陽極泥中只有cu和pt【解析】本題為“電解精煉銅”的遷移應用，a項，陽極應發(fā)生氧化反應。c項，溶液中的陽離子主要為ni2，根據(jù)金屬原子的還原性和金屬陽離子的氧化順序，陽極反應為zn2e=zn2，fe2e=fe2，ni2e=ni2，cu、pt在該條件下不失電子，陰極反應為ni22e=ni，fe2、zn2在該條件下不得電子。比較兩電極反應，因zn、fe、ni的相對原子質(zhì)量不等，當兩極通過相同的電量時，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不等?！敬鸢浮縟5關于電解氯化鈉水溶液(鐵做陰極、石墨做陽極)，下列敘述正確的是 ()a若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色b若在陽極附近的溶液中滴入ki溶液，溶液呈棕黃色c電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉d電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性【解析】電解食鹽水時發(fā)生的反應：陽極：2cl2e=cl2陰極：2h2e=h2總反應：2nacl2h2o2naohh2cl2對照分析選項，c錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的cl2，滴加ki溶液后發(fā)生反應：cl22i=i22cl，溶液呈棕黃色，b正確；陰極附近產(chǎn)生大量的oh，滴加酚酞后變紅色，a錯誤；電解后生成naoh，溶液呈堿性，d錯誤?！敬鸢浮縝6某學生按右圖裝置進行實驗，下列說法不正確的是()aa池為原電池，b池為電解池b石墨棒c2為陰極，電極反應式為2h2e=h2c石墨棒c1附近可觀察到溶液呈紅色d當c2極析出224 ml氣體(標準狀況)時，鋅電極的質(zhì)量減少0.65 g【解析】c2極附近溶液呈堿性，使酚酞顯紅色。【答案】c7某興趣小組設計如下圖微型實驗裝置。實驗時，先斷開k2，閉合k1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時間后，斷開k1，閉合k2，發(fā)現(xiàn)電流表a指針偏轉(zhuǎn)。下列有關描述正確的是()a斷開k2，閉合k1時，總反應的離子方程式為：2h2clcl2h2b斷開k2，閉合k1時，石墨電極附近溶液變紅c斷開k1，閉合k2時，銅電極上的電極反應式為：cl22e=2cld斷開k1，閉合k2時，石墨電極做正極【解析】解答本題時應特別注意，金屬cu在電解池和原電池中作何種電極。當斷開k2，閉合k1時為電解池，由于兩極都有氣泡冒出，故相當于惰性電極電解飽和食鹽水，故銅作陰極而石墨作陽極，陽極反應為2cl2e=cl2，電池總反應的離子方程式為2cl2h2oh2cl22oh，a、b都錯；當斷開k1，閉合k2時組成原電池，銅作負極而石墨做正極，故c錯而d正確?！敬鸢浮縟8用惰性電極電解硫酸銅溶液，整個過程轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量與產(chǎn)生氣體總體積的關系如圖所示(氣體體積均在相同狀況下測定)。欲使溶液恢復到起始狀態(tài)，可向溶液中加入()a0.1 mol cuo b0.1 mol cuco3c0.1 mol cu(oh)2d0.05 mol cu2(oh)2co3【解析】根據(jù)圖像和電解原理，op段電解反應的化學方程式為：2cuso42h2o2cuo22h2so4，pq段電解反應的化學方程式為：2h2o2h2o2，所以溶液中應加入cuo：0.1 mol，h2o：0.05 mol，分析四個選項，加入0.05 mol cu2(oh)2co3合適?！敬鸢浮縟9將0.2 mol agno3、0.4 mol cu(no3)2、0.6 mol kcl溶于水，配成100 ml的溶液，用石墨做電極電解一段時間后，在一極析出0.3 mol cu，此時在另一極收集到氣體體積為(標況)() 【導學號：51182043】a. 4.48 lb. 5.6 lc. 6.72 ld7.84 l【解析】陰極反應的先后順序為age=ag、cu22e=cu，根據(jù)題意陽極生成0.2 mol銀、0.3 mol cu，轉(zhuǎn)移電子0.8 mol；陽極反應的先后順序為2cl2e=cl2、4oh4e=2h2oo2，生成氯氣0.3 mol，轉(zhuǎn)移電子0.6 mol，所以4oh4e=2h2oo2反應轉(zhuǎn)移電子0.2 mol，生成氧氣0.05 mol；陽極生成氣體的總量為0.35 mol，體積為(標況)7.84 l。 【答案】d10右圖中的a為直流電源，b為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，c為電鍍槽，接通電路后，發(fā)現(xiàn)b上的c點顯紅色。請?zhí)羁眨?1)電源a中a為_極。(2)濾紙b上發(fā)生的總反應方程式為：_。(3)欲在電鍍槽中實現(xiàn)鐵上鍍鋅，接通k點，使c、d兩點短路，則電極e上發(fā)生的反應為：_，電極f上發(fā)生的反應為：_，槽中盛放的電鍍液可以是_或_(只要求填兩種電解質(zhì)溶液)。【解析】(1)根據(jù)c點酚酞變紅，則該極的反應為：2h2e=h2，即該極為陰極，與電源的負極相連，所以a是正極。(2)濾紙b上發(fā)生的總反應方程式為：2nacl2h2o電解,h2cl22naoh。(3)c、d兩點短路后，e為陽極，反應為：zn2e=zn2，陰極上鍍鋅，則陰極反應為zn22e=zn，電解液用含鍍層離子的電解質(zhì)溶液，所以可用znso4溶液或zn(no3)2溶液等?！敬鸢浮?1)正(2)2nacl2h2o電解,h2cl22naoh(3)zn2e=zn2zn22e=znznso4溶液zn(no3)2溶液11如圖所示，u形管內(nèi)盛有100 ml 的溶液，按要求回答下列問題：(1)打開k2，閉合k1，若所盛溶液為cuso4溶液：則a為_極，a極的電極反應式為_。若所盛溶液為kcl溶液：則b極的電極反應式為_。(2)打開k1，閉合k2，若所盛溶液為滴有酚酞的nacl溶液，則a電極附近可觀察到的現(xiàn)象是_，na移向_極(填a、b)；總反應化學方程式是_。(3)如果要用電解的方法精煉粗銅，打開k1，閉合k2，電解液選用cuso4溶液，則a電極的材料應換成是_(填“粗銅”或“純銅”)，反應一段時間后電解質(zhì)溶液中cu2的濃度將會_(填“增大”、“減小”、“不變”)。【答案】(1)負zn2e=zn22h2oo24e=4oh(2)a極上有氣泡，電極附近溶液變紅a2nacl2h2o2naohh2cl2(3)純銅減小能力提升12.用右圖所示裝置除去含cn、cl廢水中的cn時，控制溶液ph為910，陽極產(chǎn)生的clo將cn氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是()a用石墨做陽極，鐵做陰極b陽極的電極反應式：cl2oh2e=cloh2oc陰極的電極反應式：2h2o2e=h22ohd除去cn的反應：2cn5clo2h=n22co25clh2o【解析】a若鐵做陽極，則鐵失電子生成fe2，則cn無法除去，故鐵只能作陰極，a項正確；b.陽極cl放電生成clo，cl的化合價升高，故在陽極發(fā)生氧化反應，又已知該溶液呈堿性，b項正確；c.陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應，在堿性條件下，h2o提供陽離子(h)，c項正確；d.由于溶液呈堿性，故除去cn，發(fā)生的反應為2cn5cloh2o=n22co25cl2oh，d項錯誤?！敬鸢浮縟13用石墨電極電解100 ml h2so4和cuso4的混合溶液，通電一段時間后，兩極均收集到2.24 l氣體(標準狀況下)，原混合溶液中cu2的物質(zhì)的量濃度為()a1 moll1b2 moll1c3 moll1d4 moll1【解析】根據(jù)題設條件，兩極上電極反應式為陰極：首先cu22e=cu，然后2h2e=h2；陽極：4oh4e=2h2oo2。既然陰極上收集到h2，說明cu2已完全放電，根據(jù)電子守恒，陰極上cu2、h得電子總數(shù)應等于oh失電子總數(shù)。析出0.1 mol h2獲得0.2 mol電子，析出0.1 mol o2失去0.4 mol電子，所以有0.1 mol cu2放電，獲得0.2 mol電子，c(cu2)0.1 mol/0.1 l1 moll1。【答案】a14體積為1 l，物質(zhì)的量濃度均為0.1 moll1的cuso4和nacl混合溶液中，用石墨電極進行電解。電解過程中，溶液ph隨時間t變化的曲線如圖。則下列說法正確的是() 【導學號：51182044】aab段ph增大是因為電解nacl溶液生成naoh的緣故bbc段在陽極共析出3.2 g 銅c整個過程中陽極先產(chǎn)生cl2，后產(chǎn)生o2d至c點陰極上共逸出氣體1.68 l(標準狀況)【解析】cuso4和nacl的物質(zhì)的量均是0.1 mol，電解分3個階段：ab段：陽極：0.1 mol氯離子失0.1 mol電子，陰極：0.05 mol銅離子得0.1 mol電子，由于銅離子水解使溶液酸性減弱，銅離子濃度逐漸減小，溶液ph值逐漸增大；bc段：陽極：0.1 mol氫氧根離子失0.1 mol電子(來源于水的電離)，陰極：0.05 mol銅離子再得0.1 mol電子，由于氫氧根離子消耗，溶液中氫離子濃度增大，溶液的ph值迅速減??；cd段：陽極：氫氧根離子失去電子，陰極：氫離子得到電子，開始電解水，溶液中氫離子濃度逐漸增大，ph值減小。根據(jù)以上分析可知ab段ph增大是因為電解氯化銅，銅離子水解使溶液酸性減弱，銅離子濃度逐漸減小，溶液ph值逐漸增大，a錯誤；bc段在陰極上析出銅的質(zhì)量是0.05