高中化学 第4章 电化学基础 第3节 电解池 课时2 电解原理的应用导学案 新人教版选修4-新人教版

课时2 电解原理的应用

目标与素养：1.了解电解原理的应用—氯碱工业、精炼、冶金和废水处理等。(宏观辨识与社会责任)2.以电子守恒的观点进行电化学计算。(科学探究与模型认知)

1．氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。

(1)电极反应式(并注明反应类型)

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；

阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。

其中阴极反应中的H＋是由水电离产生的。

(2)总反应式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

2．电镀

(1)电镀是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。

(2)电镀 阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反应阴极：待镀金属制品电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液

3．电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)

(1)粗铜作阳极，主要的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；纯铜作阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；电解质溶液为CuSO4溶液。

(2)活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的Ag、Au形成阳极泥。

4．电冶金制取金属

K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。

(1)电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：

阴极：2Na＋＋2e－===2Na，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，

总反应式：2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑。

(2)电解熔融Al2O3制Al，冰晶石(Na3AlF6)作熔剂。

阴极：4Al3＋＋12e－===4Al，阳极：6O2－－12e－===3O2↑。 总反应式：2Al2O3(熔融)=====电解Na3AlF64Al＋3O2↑。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)石墨电极电解饱和食盐水，阳极附近生成NaOH。( )

(2)利用电解法可以实现Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑。( )

(3)电镀铜时应将铜连接电源的负极作阴极。( )

(4)电解精炼粗Cu时，电解质溶液浓度不变。( )

[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×

2．关于电解饱和NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

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

[答案] B

3．在铁片上镀银，铁片作______极，电极反应式为_____________ _______，银作______极，电极反应式为______________________，电镀液的浓度__________(填“变大”“变小”或“不变”)。

[答案] 阴 Ag＋＋e－===Ag 阳 Ag－e－===Ag＋ 不变

电解原理的应用

1．氯碱工业的生产过程

2．电镀铜与精炼铜的比较

电镀铜 精炼铜

能量转变 电能转化为化学能 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等杂质)

阴极材料 镀件 纯铜

阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋

Cu－2e－===Cu2＋等

阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶液及其变化 硫酸铜溶液保持不变 反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小

【典例】 工业上处理含Cr2O2－7的酸性工业废水常用以下方法：

①往工业废水里加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe作电极进行电解，经过一段时间后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。试回答：

(1)电解时的电极反应：阳极为__________________，阴极为__________________。

(2)Cr2O2－7转变成Cr3＋的离子方程式：______________________

_____________________________________________________。

(3)电解过程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎样产生的？

______________________________________________________

_____________________________________________________。

(4)能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，简述理由：__________________________________________

________________________________________________________。

[解析] 由于Cr(＋6价)的化合物毒性远高于Cr(＋3价)的化合物，将Cr(＋6价)转化为Cr(＋3价)，对废水进行处理是电化学知识在实际生活中的具体运用。在处理有关问题时，应注意思维的有序性：首先应考虑溶液中阴、阳离子的定向移动；然后再考虑阴、阳极按放电顺序可能发生的电极反应。阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：Fe－2e－===Fe2＋，产生的Fe2＋在向阴极移动的过程中与向阳极移动的Cr2O2－7相遇，发生氧化还原反应：6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===6Fe3＋＋

2Cr3＋＋7H2O，使Cr2O2－7转化为Cr3＋，同时Fe2＋也转化为Fe3＋，在以上电解的阴极反应及Fe2＋与Cr2O2－7的氧化还原反应中消耗了大量的H＋，溶液的pH不断变大，有利于Fe3＋、Cr3＋生成相应的Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。若将Fe电极改为Cu电极，由于产生的Cu2＋不能将Cr2O2－7转化为毒性较低的Cr3＋，显然是不行的。在实际解题过程中，有时会根据Cr2O2－7的氧化性强于H＋，简单地将阴极反应当做是Cr2O2－7得到电子，这就会导致以后对试题中相关问题的处理含糊不清，这主要是没有将电解过程中的几个不同层次的问题有序地加以分析和处理所致。 [答案] (1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑

(2)6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O

(3)在阴极反应及Cr2O2－7与Fe2＋反应的过程中，将消耗大量的

H＋，使溶液pH上升，促进Fe3＋、Cr3＋水解并最终转化为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀

(4)不能 因为阴极产生的Cu2＋不能将Cr2O2－7还原为Cr3＋

1．如图中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色。请填空：

(1)电源A中a为________极。

(2)滤纸B上发生的总反应的化学方程式为__________________

_____________________________________________________。

(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为______________________，电极f上发生的反应为______________________，槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。

[解析] (1)根据c点变红知该极上的反应为2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是正极。

(2)滤纸B上发生的总反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O=====电解H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。

(3)e为阳极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋；f为阴极，电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn；电镀液为含镀层金属离子的电解质溶液，所以可用ZnSO4溶液或ZnCl2溶液等。

[答案] (1)正 (2)2NaCl＋2H2O=====电解H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

(3)Zn－2e－===Zn2＋ Zn2＋＋2e－===Zn ZnSO4溶液 ZnCl2溶液(其他合理答案也可)

电解的有关计算

1．电解计算的依据

(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。

(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。

2．电解计算的方法

(1)根据电子守恒法计算：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，其依据是电路上转移的电子数相等。

(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。

(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。

2．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2 mol电子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则所得电解液的pH是( )

A．1 B．8

C．13 D．14

C [电解饱和食盐水时供给0.2 mol电子，则消耗的H＋为0.2 mol，同时产生OH－为0.2

mol，溶液体积为2 L，pH＝13。]

3．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，原混合溶液中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

A [根据题设条件，两极上电极反应式为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。既然阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于OH－失电子总数。析出0.1 mol H2获得0.2

mol电子，析出0.1 mol O2失去0.4 mol电子，所以有0.1 mol

Cu2＋放电，获得0.2 mol电子，c(Cu2＋)＝0.1 mol/0.1 L＝1 mol·L－1。]

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