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4.doc

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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4 1．電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl＋2H2O2NaCl＋H2↑＋Cl2↑。 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 2H＋＋2e－===H2↑ 陽極 生成黃綠色氣體 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2．電解總反應(yīng)式 化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 [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：2H＋＋2e－===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)： ①陰極材料：Fe，電極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu； ②陽極材料：Cu，電極反應(yīng)式：Cu－2e－===Cu2＋； ③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Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋。 陰極為Cu2＋＋2e－===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Cu－2e－===Cu2＋ D．陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－===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Zn－2e－===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Mn＋＋ne－===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===Na＋＋Cl－，通直流電后，陰極：2Na＋＋2e－===2Na， 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑， 總化學(xué)方程式為：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 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________。 ①Fe　②Na?、跘g　④Cu?、軨a?、轍g 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：②⑤ 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(2H＋＋2e－===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：2Cl－－2e－===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2H＋＋2e－===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：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 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2～3。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、SO[c(SO)＞c(Ca2＋)]。精制流程如下(淡鹽水和溶液A來自電解池)： ①鹽泥a除泥沙外，還含有的物質(zhì)是________。 ②過程 Ⅰ 中將NH轉(zhuǎn)化為N2的離子方程式是_________________________________ ________________________________________________________________________。 ③BaSO4的溶解度比BaCO3的小，過程 Ⅱ 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)①由信息用溶液A(NaOH溶液)調(diào)pH＝11、溶液中含有Mg2＋，所以有沉淀Mg(OH)2生成；②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；③BaCO3(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)2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ (3)Cl2與水反應(yīng)：Cl2＋H2OHCl＋HClO，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)①M(fèi)g(OH)2 ②2NH＋3Cl2＋8OH－===N2↑＋6Cl－＋8H2O ③SO、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))________。 ①溶液中Na＋向A極移動(dòng)?、趶腁極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍(lán)　③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?、苋魳?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。 ①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)。 ②制得的氫氧化鉀溶液從出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)________導(dǎo)出。 ③通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請簡述原因。 ________________________________________________________________________。 ④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)：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，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)①溶液中的OH－在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，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H2：2H＋＋2e－===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：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑?、? (3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于 ②D ③H＋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＋) ④O2＋2H2O＋4e－===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