2018高中化学第四章电化学基础第三节电解池导学案新人教版选修41

第2课时 电解原理的应用[学习目标定位] 1.熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式。

2.学会电解的有关计算。

一 电解原理的应用1.在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。

(1)若两极均为Pt 电极，则阳极反应式是4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，阴极反应式是2Cu 2＋＋4e －===2Cu ，电解的化学方程式是2CuSO 4＋2H 2O=====电解2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4。

(2)若两极均为铜片，则阳极反应式是Cu －2e －===Cu 2＋，阴极反应式是Cu 2＋＋2e －===Cu ，电解过程中溶液的浓度不变。

(3)若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是Zn －2e －===Zn 2＋，电解过程中阳极锌片不断溶解，阴极铜片质量不断增加。

2.用惰性电极电解熔融NaCl ，阳极反应式是2Cl －－2e －===Cl 2↑，阴极反应式是2Na ＋＋2e －===2Na 。

提醒 书写电极反应式时，应注意看电极材料和电解质状态。

3.电解饱和食盐水(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na ＋、Cl －、H ＋、OH －。

通电时Na ＋、H ＋移向阴极，H ＋放电，Cl －、OH －移向阳极，Cl －放电。

电极反应式为阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑(氧化反应)；阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)；因H ＋放电，导致水的电离平衡H 2＋＋OH －向右移动，致使生成NaOH 。

(2)电解的总反应式化学方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解H 2↑＋Cl 2↑＋2NaOH ；离子方程式：2Cl －＋2H 2O=====电解H 2↑＋Cl 2↑＋2OH －； 工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。

4.电镀(1)根据下图，回答下列问题：①电极反应式阳极：Cu －2e －===Cu 2＋；阴极：Cu 2＋＋2e －===Cu 。

②可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。

③硫酸铜溶液浓度的变化是不变。

(2)电镀的概念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。

(3)电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。

5.电解精炼铜(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。

其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO 4溶液作电解质溶液。

(2)电极反应式：阳极为Cu －2e －===Cu 2＋、Zn －2e －===Zn 2＋、Fe －2e －===Fe 2＋等，阴极为Cu 2＋＋2e －===Cu 。

(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn 、Fe 等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag 、Au 等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。

6.电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

如M n ＋＋n e －===M 。

(2)电解法用于冶炼较活泼的金属如：K 、Na 、Mg 、Al 等，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。

如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式：2Cl －－2e －===Cl 2↑；阴极反应式：2Na ＋＋2e －===2Na ；总反应：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。

归纳总结电解原理的应用(1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH 、Cl 2、H 2，并以它们为原料生产一系列化工产品。

(2)电镀特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH 等保持不变。

(3)电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如精炼镍时Cu 也会沉积)。

1.下列关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极)的叙述正确的是( )A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色B.若在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液，溶液呈棕黄色C.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠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解析 电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑总反应：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑对照分析选项，C 错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl 2，滴加KI 溶液后发生反应：Cl 2＋2I －===I 2＋2Cl －，溶液呈棕黄色，B 正确；阴极附近产生大量的OH －，滴加酚酞后变红色，A 错误；电解后生成NaOH ，溶液呈碱性，D 错误。

2.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )A.锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B.铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C.铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D.锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子答案 A解析 本题考查的是电镀的原理。

电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。

3.利用电解法可将含有Fe 、Zn 、Ag 、Au 等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )A.电解时以纯铜作阳极B.电解时阳极发生还原反应C.纯铜连接电源负极，其电极反应式是Cu －2e －===Cu 2＋D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag 、Au 等金属的阳极泥答案 D解析 电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，Cu 2＋得到电子后析出，附着在阴极上，故纯铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应，A 、B 、C 错误；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe 、Zn 先失去电子，变成Fe 2＋、Zn 2＋进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu 2＋进入溶液，因Ag 、Au 等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在电解槽底部成为阳极泥，D 正确。

二 电解的有关计算1.将两支惰性电极插入CuSO 4溶液中，通电电解。

(1)当有1.0×10－3 mol 的OH －放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是______。

(2)若溶液的体积为1 L ，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O 2时，溶液的pH 是________。

答案 (1)0.032 g (2)3解析 (1)用惰性电极电解CuSO 4溶液时，电极反应式为阴极：2Cu 2＋＋4e －===2Cu ，阳极：4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O 。

当有1.0×10－3 mol 的OH －放电时，生成标准状况下的O 2为5.6 mL ，此时转移电子为1.0×10－3 mol ，则在阴极上析出Cu ：0.032 g 。

(2)阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑4 mol 1 moln 5.6×10－3 L 22.4 L·mol －1 n ＝1.0×10－3 mol ，消耗1.0×10－3 mol OH －，生成1.0×10－3 mol H ＋，则c (H ＋)＝1.0×10－3mol 1 L ＝1.0×10－3 mol·L －1， pH ＝－lg c (H ＋)＝－lg (1.0×10－3)＝3。

2.用惰性电极电解0.1 L M(NO 3)x 的水溶液，当阴极上增重a g 时，在阳极上同时产生b L(标准状况)O 2，从而可知M 的相对原子质量是____________________________________， 溶液的pH 是________________(均用含有a 、b 、x 的代数式表示)。

答案 5.6ax b －lg 25b 14 解析 由于阴、阳两极转移电子的数目相同，则有a g M ·x ＝b L 22.4 L·mol－1×4，或由关系式x O 2～4M 得b 22.4∶a M ＝x ∶4，均可解出M ＝5.6ax b g·mol －1。

又由O 2～4H ＋可知：c (H ＋)＝4×b 22.4 mol÷0.1 L＝2514b mol·L －1，则pH ＝－lg 25b 14。

归纳总结1.计算类型电解的相关计算包括两极产物的定量计算(如质量、气体的体积、某元素的化合价、溶液的pH 及物质的量浓度等)。

2.方法技巧(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。

(2)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)关系式计算：借得失电子守恒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。

4.把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是( )A.27 mgB.54 mgC.108 mgD.216 mg答案 B解析由得失电子守恒知，e－～OH－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。

AgNO3溶液电解后产生酸，产生的H＋的物质的量可由pH差来计算：pH从6.0变为3.0，即c(H＋)≈10－3mol·L－1，所以n(Ag)＝n(H＋)＝10－3mol·L－1×0.5 L＝5×10－4 mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。

5.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L 气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为( )A.1 mol·L－1B.2 mol·L－1C.3 mol·L－1D.4 mol·L－1答案 A解析分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH－失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到 0.2 mol 电子而生成。

由电子得失守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2＋得到的，故Cu2＋的物质的量是0.1 mol，则Cu2＋的物质的量浓度为0.1 mol100×10－3 L＝1 mol·L－1。