2019年高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)歸納及例題演練 新人教版選修41電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl2H2O2NaClH2Cl2。2電鍍時(shí)把待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽極，用含鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。3電解精煉銅時(shí)，用純銅作陰極，粗銅作陽極，用CuSO4溶液作電解液。4電解熔融Al2O3制取鋁，電解熔融氯化鈉制取鈉，電解熔融MgCl2制取鎂。電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣自學(xué)教材填要點(diǎn)1裝置及現(xiàn)象現(xiàn)象電極反應(yīng)式陰極生成無色氣體2H2e=H2陽極生成黃綠色氣體2Cl2e=Cl22電解總反應(yīng)式化學(xué)方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；離子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。師生互動(dòng)解疑難(1)電解飽和食鹽水陰極區(qū)溶液呈堿性的原因：電解飽和食鹽水過程中，因離子放電順序?yàn)镠Na，所以H在陰極上得電子而生成H2，破壞了水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，使陰極區(qū)溶液中c(OH)c(H)，所以陰極區(qū)溶液呈堿性。(2)氯堿工業(yè)上電解飽和食鹽水通常以石墨作陽極，涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極。(3)用濕潤的KI淀粉試紙檢驗(yàn)陽極放出的氯氣。1工業(yè)上電解食鹽水的陰極區(qū)產(chǎn)物是()A氯氣 B氫氣和氯氣C氫氣和氫氧化鈉 D氯氣和氫氧化鈉解析：用惰性電極電解食鹽水時(shí)，陰極反應(yīng)式：2H2e=H2破壞水的電離平衡，陰極區(qū)域OH與Na結(jié)合成NaOH。答案：C電鍍自學(xué)教材填要點(diǎn)1電鍍(1)定義：電鍍是應(yīng)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(gòu)成：(3)實(shí)例(往鐵件上鍍銅)：陰極材料：Fe，電極反應(yīng)式：Cu22e=Cu；陽極材料：Cu，電極反應(yīng)式：Cu2e=Cu2；電解質(zhì)溶液：CuSO4溶液。2電解精煉銅(1)裝置：粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液。(2)電極反應(yīng)式，陽極為Zn2e=Zn2、Cu2e=Cu2。陰極為Cu22e=Cu。師生互動(dòng)解疑難(1)電鍍的目的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。(2)電鍍時(shí)，鍍層金屬作陽極，待鍍金屬作陰極，含鍍層金屬陽離子的溶液作電解液。(3)電鍍后，電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。(4)電解精煉銅時(shí)，粗銅中的銀、金等活潑性差的金屬會(huì)以單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部、形成陽極泥；而活潑性比Cu強(qiáng)的金屬(如Zn、Ni等)會(huì)以金屬陽離子的形式進(jìn)入溶液。(5)電解精煉銅時(shí)，電解液的濃度會(huì)減小。2關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是()A都用粗銅作陽極、純銅作陰極B電解液的成分都保持不變C陽極反應(yīng)都只有Cu2e=Cu2D陰極反應(yīng)都只有Cu22e=Cu解析：A項(xiàng)電鍍時(shí)鍍件作陰極；B項(xiàng)電解精煉銅時(shí)電解液成分改變；C項(xiàng)電解精煉銅時(shí)，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅)，則陽極還會(huì)發(fā)生Zn2e=Zn2的反應(yīng)。答案：D電冶金1.金屬冶煉的本質(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電解熔融的NaCl制Na對(duì)于冶煉像鈉、鈣、鎂、鋁這樣活潑的金屬，電解法幾乎是惟一可行的工業(yè)方法。例如電解熔融的NaCl制Na：NaCl在高溫熔融，并發(fā)生電離：NaCl=NaCl，通直流電后，陰極：2Na2e=2Na，陽極：2Cl2e=Cl2，總化學(xué)方程式為：2NaCl(熔融)2NaCl2。3特別提示(1)電解法制取鈉、鉀、鎂、鋁時(shí)不能電解含有這些金屬陽離子的水溶液。(2)工業(yè)上用電解熔融MgCl2而不是MgO的方法制Mg，用電解熔融Al2O3而不是AlCl3的方法制Al。4下列金屬只能采用電解法冶煉的是_。FeNaAgCuCaHg解析：對(duì)于像K、Ca、Na、Mg、Al這樣活潑的金屬，很難找到一種合適的還原劑從化合物中將其還原出來，電解法幾乎是惟一可行的方法。答案：主題1：用惰性電極電解含有酚酞的飽和NaCl溶液，如何通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷陰、陽兩極？甲電極附近變紅的一極為電解池的陰極，另一極為陽極，原因是H在陰極上放電(2H2e=H2)，破壞了水的電離平衡，使此極附近c(diǎn)(OH)c(H)，而堿會(huì)使酚酞變紅乙有黃綠色氣體產(chǎn)生的一極為電解池的陽極；電極反應(yīng)式為：2Cl2e=Cl2；有無色無味氣體產(chǎn)生的一極為電解池的陰極；電極反應(yīng)式為2H2e=H2丙能產(chǎn)生使?jié)駶櫟牡腒I淀粉試紙變藍(lán)的氣體的一極為電解池的陽極，另一極為陰極主題2：如何在Fe片上鍍一層銅？甲將鐵片浸入CuSO4溶液中，可在Fe片上覆蓋一薄層銅，反應(yīng)方程式為：FeCuSO4=CuFeSO4乙用Fe片作陰極，銅片作陽極，CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液，形成電鍍池，可在鐵片上鍍一層銅氯堿工業(yè)例1氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如下圖所示。(1)溶液A的溶質(zhì)是_。(2)電解飽和食鹽水的離子方程式是 _。(3)電解時(shí)用鹽酸控制陽極區(qū)溶液的pH在23。用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋鹽酸的作用：_。(4)電解所用的鹽水需精制，去除有影響的Ca2、Mg2、NH、SOc(SO)c(Ca2)。精制流程如下(淡鹽水和溶液A來自電解池)：鹽泥a除泥沙外，還含有的物質(zhì)是_。過程 中將NH轉(zhuǎn)化為N2的離子方程式是_。BaSO4的溶解度比BaCO3的小，過程 中除去的離子有_。解析(1)從加入原料(水含少量NaOH)可知A為濃氫氧化鈉溶液；也可以從電極反應(yīng)推測，右室生成H2，H得電子，OH濃度增大，Na向右移動(dòng)，所以生成物為NaOH。(3)抓住信息(化學(xué)平衡移動(dòng))，分析陽極區(qū)存在的化學(xué)平衡只有Cl2與水反應(yīng)。(4)由信息用溶液A(NaOH溶液)調(diào)pH11、溶液中含有Mg2，所以有沉淀Mg(OH)2生成；由信息可知NH被氧化生成N2，所以氯氣是氧化劑，溶液顯堿性用OH和H2O配平即可；BaCO3(s)Ba2(aq)CO(aq)，Ba2與溶液中的SO結(jié)合生成更難溶的BaSO4，且使BaCO3(s)Ba2(aq)CO(aq)右移，生成CO與溶液中的Ca2結(jié)合生成CaCO3，除去SO和Ca2。答案(1)NaOH(2)2Cl2H2OH2Cl22OH(3)Cl2與水反應(yīng)：Cl2H2OHClHClO，增大HCl的濃度使平衡逆向移動(dòng)，減少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出(4)Mg(OH)22NH3Cl28OH=N26Cl8H2OSO、Ca2除去食鹽中Ca2、Mg2、SO的方法(精制食鹽水)：1某課外活動(dòng)小組用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問題。(1)若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則B極的電極反應(yīng)式為_。(2)若開始時(shí)開關(guān)K與b連接，則B極的電極反應(yīng)式為_，總反應(yīng)的離子方程式為_。有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(填序號(hào))_。溶液中Na向A極移動(dòng)從A極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍(lán)反應(yīng)一段時(shí)間后加適量鹽酸可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24 L 氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子(3)該小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。該電解槽的陽極反應(yīng)式為_。此時(shí)通過陰離子交換膜的離子數(shù)_(填“大于”、“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。制得的氫氧化鉀溶液從出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)_導(dǎo)出。通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請(qǐng)簡述原因。_。若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應(yīng)式為_。解析：(1)開關(guān)K與a相連，裝置構(gòu)成原電池，F(xiàn)e失去電子，作原電池負(fù)極。(2)開關(guān)K與b相連，裝置構(gòu)成電解NaCl溶液的電解池，B為電解池的陰極，溶液中的H在B極放電生成H2。電解過程中Na應(yīng)該向陰極B移動(dòng)；A極產(chǎn)生的氣體為Cl2，Cl2能將I氧化為I2，I2遇淀粉變藍(lán)；根據(jù)電解反應(yīng)：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，電解一段時(shí)間后若加入鹽酸會(huì)增加H2O的質(zhì)量，應(yīng)通入HCl氣體使其恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度；若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24L 氣體，即0.1 mol H2，則有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，但在溶液中轉(zhuǎn)移的不是電子，而是離子。(3)溶液中的OH在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH4e=2H2OO2，所以在B口放出O2，從A口導(dǎo)出H2SO4。溶液中的H在陰極得到電子產(chǎn)生H2：2H2e=H2，則從C口放出H2，從D口導(dǎo)出KOH溶液。因SO所帶電荷數(shù)大于K所帶電荷數(shù)，SO通過陰離子交換膜，K通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)。O2、H2、KOH溶液構(gòu)成燃料電池時(shí)，O2在電池正極放電：O24e2H2O=4OH。答案：(1)Fe2e=Fe2(2)2H2e=H22Cl2H2O2OHH2Cl2(3)4OH4e=2H2OO2小于DH在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動(dòng)，使c(OH)c(H)O22H2O4e=4OH電解原理的有關(guān)應(yīng)用例2以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()A未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時(shí)通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系C電鍍時(shí)保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率D鍍鋅層破損后對(duì)鐵制品失去保護(hù)作用解析電鍍過程中Zn與電源正極相連，若給原電池充電，則Zn應(yīng)接電源負(fù)極，A錯(cuò)誤；導(dǎo)線中通過的電子，在陰極均被Zn2得到，所以通過的電子與鋅析出的物質(zhì)的量成正比，B錯(cuò)誤；只要電流恒定，陰陽極得失電子的速率不變，所以電解反應(yīng)速率不變，C正確；鍍鋅層破損后，Zn比鐵活潑，Zn作負(fù)極、Fe作正極，F(xiàn)e被保護(hù)，D錯(cuò)誤。答案C電鍍的特點(diǎn)是“一多、一少、一不變”：一多是指陰極上有鍍層金屬沉積；一少是指陽極上有鍍層金屬溶解；一不變是指電解質(zhì)溶液的濃度不變。2在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計(jì)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鋅作陽極，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。電鍍時(shí)，通常鍍層金屬作陽極、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：A