2018_2019学年高中化学第1章第2节电能转化为化学能__电解第2课时电解原理的应用学案鲁科版选修4

第2课时 电解原理的应用学习目标：1.运用电解原理分析电解食盐水、铜的电解精炼，以及电镀的内容。

(重点)2.了解电解原理的应用方法，并进一步体会电解对人类社会的重要贡献。

[自 主 预 习·探 新 知]1．电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气(1)装置(2)现象 ①阳极上：产生黄绿色气体。

②阴极上：产生无色气体，溶液变红色。

(3)原理分析及电极反应电解时，Cl －、OH －移向阳极，Na ＋、H ＋移向阴极。

①阳极离子放电顺序：Cl －＞OH －。

电极反应：2Cl －－2e －===Cl 2↑，氧化反应。

②阴极离子放电顺序：H ＋＞Na ＋。

电极反应：2H ＋＋2e －===H 2↑，还原反应。

(4)电池反应化学方程式2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑。

离子方程式：2Cl －＋2H 2O=====通电2OH －＋Cl 2↑＋H 2↑。

微点拨：氯碱工业中，为避免电解产物H 2与Cl 2、Cl 2与NaOH 的反应，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，阳离子能通过阳离子交换膜，阴离子不能通过。

2．铜的电解精炼(1)装置(2)粗铜成分①主要成分：Cu 。

②杂质金属：比铜活泼的有Zn 、Fe 、Ni 等。

比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等。

(3)电极反应微点拨：(1)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质，同时间段内两电极改变的质量不相等，但两电极通过的电量相等。

(2)电解过程中，阴离子浓度不变，Cu2＋浓度减小，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋浓度增大。

3．电镀(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。

(2)目的：增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。

(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案(1)一多：是指阴极上有镀层金属沉积；(2)一少：是指阳极上有镀层金属溶解；(3)一不变：是指电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。

[基础自测]1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。

)(1)氯碱工业中，阳极区产生H2和NaOH。

( )(2)用铜作电极电解NaCl溶液可以得到H2、Cl2、NaOH。

( )(3)精炼铜装置中，粗铜作阴极，精铜作阳极。

( )(4)精炼铜过程中，电解质溶解中c(Cu2＋)不变。

( )(5)电镀装置中，镀件作阴极，待镀金属作阳极。

( )(6)电镀过程中，电解质溶液的浓度减小。

( )[提示] (1)×氯碱工业中，阴极区产生H2和NaOH，阳极区产生Cl2。

(2)×电解NaCl溶液Cu作阳极时，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。

(3)×精炼铜装置中，粗铜作阳极，精铜作阴极。

(4)×精炼铜过程中，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。

(5)√(6)×电镀过程中，电解质溶液的浓度不变。

2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( )A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B．电解液的成分都保持不变C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===CuD[A项电镀时镀件作阴极；B项电解精炼铜时电解液成分改变；C项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质(如锌)，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。

][合作探究·攻重难](同时滴入几滴酚酞)。

[思考交流]1．实验所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？[提示] 阴极可以更换为活泼金属材料，但不能更换为金属铝等可以与强碱发生反应的金属电极；阳极必须用惰性电极。

2．用惰性电极电解饱和NaCl溶液的过程中，收集到的Cl2的体积一般少于H2的体积，请分析原因。

[提示] Cl2在水中的溶解度比H2大，且Cl2会与电解产生的NaOH反应而被消耗。

3．接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？[提示] 接通电源后，阴极区溶液变红色。

原因：H2O电离出的H＋放电，使c(OH－)增大，即阴极区产生碱，使酚酞变红色。

4．为了避免电极产物Cl 2与NaOH 之间发生反应，氯碱工业中常采取什么措施？[提示] 氯碱工业生产中，常采用阳离子交换膜将两极产物隔离。

[对点训练]1．如图中能验证饱和食盐水(含酚酞)的电解产物的装置是(下列各图中的电极均为惰性电极)( )D [电解饱和食盐水时，阳极产物是Cl 2，阴极产物是H 2、NaOH ，根据图中的电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D 选项符合题意。

][教师备选]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Cl 2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，则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NaClB ．a 为负极，b 为正极；NaClO 和NaClC ．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和NaClD ．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和NaClB [有关反应有2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2O ，因阳极生成Cl 2，阴极生成NaOH ，为使二者充分作用，Cl 2应在下端产生，从而推知电源b 为正极，a 为负极，消毒液的主要成分是NaCl 、NaClO 。

]2．以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，下列关于这两个电解池的说法正确的是( )A ．阳极电极反应式相同B ．电解结束后所得液体的pH 相同C ．阴极反应式相同D ．通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压下)C [以石墨为电极电解水时，阳极反应为2H 2O －4e －===4H ＋＋O 2↑，以石墨为电极电解饱和食盐水时，阳极反应为2Cl －－2e －===Cl 2↑，两个电解池的阳极电极反应式不同，A 项错误；电解水时液体的pH 不变，电解饱和氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液pH 变大，所以电解结束后两个电解池中所得液体的pH 不同，B 项错误；以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水时，阴极都发生反应2H ＋＋2e －===H 2↑，所以阴极电极反应式相同，C 项正确；设两电解池在电解过程中转移电子的物质的量均为4 mol ，则依据电解方程式2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑可得，电解水时生成3 mol 气体，依据电解方程式2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑可得，电解饱和食盐水时生成4 mol 气体，D 项错误。

]3．如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。

下列说法不正确的是 ( )A ．从E 口逸出的气体是H 2B ．从B 口加入含少量NaOH 的水溶液以增强导电性C ．标准状况下每生成22.4 L Cl 2，便产生2 mol NaOHD ．电解一段时间后加适量盐酸可以使电解液恢复到电解前的浓度D [由钠离子的移动方向可以确定左边电极为阳极，右边电极为阴极。

阴极发生还原反应，氢气从E 口逸出，B 口应补充水，D 口得到氢氧化钠浓溶液，A 、B 项正确。

电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，当有1 mol 氯气生成时，有2 mol氢氧化钠生成，C 项正确。

电解过程中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为1∶1，因此补充适量的氯化氢气体可以使电解液恢复到电解前的浓度，D 项错误。

][思考交流]1．上述两装置的电极反应是否完全相同？说明理由。

[提示] 不相同。

电镀池阳极反应为：Cu－2e－===Cu2＋，电解精炼铜装置阳极反应为Fe －2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋。

2．电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度如何变化？[提示] 由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。

3．若给铁制品上镀上一层锌，你选择哪些溶液作电解液？锌及铁制品各与直流电源的什么电极相连接？[提示] ZnCl2溶液或ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液。

锌与直流电源正极相连，铁制品与直流电源的负极相连。

[对点训练]题组一铜的电解精炼1．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是( )A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物B[用电解法提取氯化铜废液中的铜时，铜片可作阴极，阳极一般用惰性材料，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式可能为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项方案正确。

] 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，发生还原反应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D[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错误；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。

][教师备选]金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是 ( )A．阳极发生还原反应，电极反应式为：Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和PtD[A项，阳极应发生氧化反应。

C项，溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化性顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e －===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子。

B项，比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等。

]题组二电镀3．在铁制品上镀上一定厚度的银层，以下设计方案正确的是( )【导学号：41722029】A．银作阳极，铁制品作阴极，溶液含有银离子B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子C．银作阳极，铁制品作阴极，溶液含有亚铁离子D．银作阴极，铁制品作阳极，溶液含有银离子A[应选镀层金属银作阳极，待镀金属作阴极，含镀层金属Ag＋的溶液作电镀液，即AgNO3溶液作电镀液。