高中同步測(cè)控優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用第四章第二節(jié)2022內(nèi)容索引010203自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)合作探究釋疑解惑課堂小結(jié)課標(biāo)定位素養(yǎng)闡釋1.知道電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用。2.會(huì)書寫有關(guān)電解原理的應(yīng)用的電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式。3.掌握有關(guān)電解原理的簡(jiǎn)單計(jì)算。自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)電解原理的應(yīng)用1.電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)中,電解飽和食鹽水是在離子交換膜電解槽中進(jìn)行,如圖是一個(gè)單元槽示意圖。(1)陽(yáng)極反應(yīng)式:2Cl--2e-══Cl2↑,陰極反應(yīng)式:2H2O+2e-══H2↑+2OH-。(2)總反應(yīng)方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。(3)在陰極區(qū)可得到產(chǎn)品NaOH的原因:H2O在陰極放電產(chǎn)生OH-,陽(yáng)極區(qū)的Na+通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū),兩者結(jié)合即得NaOH。【自主思考1】

工業(yè)上電解飽和食鹽水時(shí),若將電解槽中的陽(yáng)離子交換膜去掉,對(duì)產(chǎn)品會(huì)有什么影響?提示:陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2會(huì)擴(kuò)散至陰極區(qū),與陰極產(chǎn)物NaOH反應(yīng),降低產(chǎn)率,且使產(chǎn)品不純。2.電鍍。電鍍是一種利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加工工藝。如圖是在鐵鑰匙上鍍銅的工作示意圖,據(jù)此回答問題:(1)鍍件(鑰匙)作陰極,鍍層金屬(銅)作陽(yáng)極,含有鍍層金屬離子(Cu2+)的溶液作電鍍液。(2)陽(yáng)極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu-2e-══Cu2+;陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu2++2e-══Cu?！咀灾魉伎?】

電鍍進(jìn)行一段時(shí)間后,電鍍液的濃度如何變化?提示:因陽(yáng)極溶解的Cu和陰極析出的Cu的量相等,所以電鍍液的濃度基本不變。3.電解精煉銅。(1)利用電解原理進(jìn)行電解精煉銅時(shí),以粗銅作陽(yáng)極,以純銅作陰極,通常用CuSO4溶液作電鍍液。(2)粗銅中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì)金屬,其中Zn、Fe、Ni、Cu可在陽(yáng)極放電變成相應(yīng)的金屬離子進(jìn)入溶液中,Ag、Au等金屬則沉淀在陽(yáng)極底部形成陽(yáng)極泥。寫出陽(yáng)極上發(fā)生的電極反應(yīng):Zn-2e-══Zn2+,Fe-2e-══Fe2+,Ni-2e-══Ni2+,Cu-2e-══Cu2+;寫出陰極上發(fā)生的電極反應(yīng):Cu2++2e-══Cu?！咀灾魉伎?】

電解精煉銅時(shí),當(dāng)電解進(jìn)行一段時(shí)間后,CuSO4溶液的濃度如何變化?提示:陽(yáng)極除溶解Cu外,還溶解Zn、Fe、Ni等金屬,而陰極只析出Cu,所以CuSO4溶液的濃度會(huì)減小。4.電冶金。電解法是冶煉金屬的一種重要方法,利用電解法可以冶煉Na、Ca、Mg、Al等活潑金屬。用直流電電解熔融NaCl制取金屬鈉的化學(xué)方程式為2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑。陽(yáng)極反應(yīng)為

2Cl--2e-══Cl2↑;陰極反應(yīng)為Na++e-══Na?！拘Ч詼y(cè)】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料。(

)(2)在鍍件上電鍍銅時(shí),鍍件與電源的正極連接。(

)(3)在鍍件上電鍍銅時(shí),也可以用惰性材料作陽(yáng)極,用硫酸銅溶液作電解液。(

)(4)電鍍銅和電解精煉銅時(shí),電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)均保持不變。(

)(5)電解精煉時(shí),陽(yáng)極泥可以作為提煉貴重金屬的原料。(

)(6)用Zn作陽(yáng)極,Fe作陰極,ZnCl2溶液作電解質(zhì)溶液,由于放電能力H+>Zn2+,不可能實(shí)現(xiàn)在鐵上鍍鋅。(

)(7)電解冶煉鎂、鋁時(shí),通常電解熔融的MgCl2和Al2O3。(

)(8)金屬銅用熱還原法冶煉,所以不能使用電解法冶煉。(

)××√×√×√×2.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。如圖表示一個(gè)電解池,裝有電解液a,X、Y是兩塊電極片,通過導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問題。(1)若X、Y都是惰性電極,a是NaCl飽和溶液,實(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液,則:①電解池中X極上的電極反應(yīng)式是

,在X極附近觀察到的現(xiàn)象是

。

②Y電極上的電極反應(yīng)式是

,檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是

。

(2)若X、Y都是銀電極,a是AgNO3溶液,則X極上的電極反應(yīng)式是

,Y電極上的電極反應(yīng)式是

,通電一段時(shí)間后,AgNO3溶液的濃度

。

答案:(1)①2H2O+2e-══H2↑+2OH-放出氣體,溶液變紅②2Cl--2e-══Cl2↑把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近,試紙變藍(lán)(2)Ag++e-══Ag

Ag-e-══Ag+不變合作探究釋疑解惑探究任務(wù)原電池、電解池、電鍍池的比較【問題引領(lǐng)】

原電池和電解池是實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的兩種裝置。電鍍池是一種特殊條件下的電解池。原電池總反應(yīng)必須是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),而電解池總反應(yīng)可以是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),也可以是不自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。如圖所示,思考下列問題:1.甲池、乙池分別是原電池還是電解池?提示:有外接電源,甲池、乙池都是電解池。2.若用導(dǎo)線替代外接電源,甲池、乙池分別是原電池還是電解池?提示:甲池符合原電池組成條件,乙池不符合原電池組成條件,甲池是原電池,充當(dāng)電源,對(duì)乙池電解,乙池是電解池(也是電鍍池)?！練w納提升】

1.原電池、電解池、電鍍池的比較

比較項(xiàng)目原電池電解池電鍍池形成條件活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極插入電解質(zhì)溶液中,構(gòu)成閉合電路外接直流電源的兩電極插入電解質(zhì)溶液中,構(gòu)成閉合電路鍍層金屬接電源正極,待鍍金屬接電源負(fù)極,電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱負(fù)極:失電子,發(fā)生氧化反應(yīng);正極:溶液中的陽(yáng)離子或者溶解的氧氣得電子,發(fā)生還原反應(yīng)

陽(yáng)極:溶液中的陰離子或金屬電極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng);陰極:溶液中的陽(yáng)離子得電子,發(fā)生還原反應(yīng)陽(yáng)極:金屬電極失電子;陰極:電鍍液中鍍層金屬離子得電子。在電鍍控制的條件下,水電離產(chǎn)生的H+和OH-不放電電子流向由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流入正極由外接電源負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流入電解池陰極;由電解池陽(yáng)極經(jīng)導(dǎo)線流入外接電源正極由外接電源負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流入電鍍池陰極;由電鍍池陽(yáng)極經(jīng)導(dǎo)線流入外接電源正極工業(yè)上電解飽和食鹽水、電解精煉銅、電冶金等的裝置都屬于電解池,其工作原理都遵循電解原理。電鍍也遵循電解原理。2.二次電池的反應(yīng)原理二次電池是一種將原電池和電解池合二為一的裝置,電池放電時(shí)遵循原電池工作原理,電池充電時(shí)遵循電解原理。鉛酸蓄電池就是一種常見的二次電池。(1)電池放電時(shí)。電池總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4══2PbSO4+2H2O。

(2)電池充電時(shí)。

電池總反應(yīng):2PbSO4+2H2O══Pb+PbO2+2H2SO4

。充電后,電池的負(fù)極材料Pb和正極材料PbO2在電極極板上獲得再生,從而實(shí)現(xiàn)電池的重復(fù)使用。充電電池的充電過程與其放電過程相反,但發(fā)生的反應(yīng)不是可逆反應(yīng)。思考(1)原電池的正、負(fù)極與電解池的陰、陽(yáng)極中,發(fā)生氧化反應(yīng)的是什么電極?提示:原電池的負(fù)極和電解池陽(yáng)極上有電子流出,發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)工業(yè)上冶煉金屬鎂時(shí)采用電解熔融的氯化鎂而不用氧化鎂,為什么?提示:氧化鎂的熔點(diǎn)很高,電解難度大,且消耗能源多。【典型例題】

【例題】

電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法:保持污水的pH在5.0~6.0之間,通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性,可吸附污物而沉積下來,具有凈化水的作用。陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層,刮去(或撇掉)浮渣層,即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水,設(shè)計(jì)裝置如圖所示:(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)若污水中離子濃度較小,導(dǎo)電能力較差,產(chǎn)生氣泡緩慢,無法使懸浮物形成浮渣。此時(shí),應(yīng)向污水中加入適量的

。

A.H2SO4

B.BaSO4

C.Na2SO4

D.NaOHE.CH3CH2OH(2)電解池陽(yáng)極的電極反應(yīng)有:①

,②4OH--4e-══2H2O+O2↑。

(3)電極反應(yīng)①與②的生成物反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是

。

(4)熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì),以CH4為燃料,空氣為氧化劑,稀土金屬材料為電極。已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH4+4-8e-══5CO2+2H2O。①正極的電極反應(yīng)是

。

②為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)。則A物質(zhì)的化學(xué)式是

。

(5)實(shí)驗(yàn)過程中,若在電解池陰極產(chǎn)生了44.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,則熔融鹽燃料電池消耗CH4

L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

答案:(1)C(2)①Fe-2e-══Fe2+(3)4Fe2++10H2O+O2══4Fe(OH)3↓+8H+(5)11.2解析:(1)通過電解生成Fe(OH)3沉淀,酸能溶解Fe(OH)3沉淀,A項(xiàng)不符合;BaSO4難溶于水,B項(xiàng)不符合;Na2SO4可以增強(qiáng)導(dǎo)電能力,促進(jìn)形成浮渣,C項(xiàng)符合;根據(jù)題目中“保持污水的pH在5.0~6.0之間”,NaOH不符合;CH3CH2OH為非電解質(zhì),E項(xiàng)不符合。(2)燃料電池中,通入CH4的一極為負(fù)極,通入空氣的一極為正極,故燒杯中鐵為陽(yáng)極,陽(yáng)極反應(yīng)有Fe-2e-══Fe2+,4OH--4e-══2H2O+O2↑。(3)電極反應(yīng)①與②的生成物反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是4Fe2++10H2O+O2══4Fe(OH)3↓+8H+。方法技巧無論是原電池還是電解池,無論是一個(gè)“池”還是多個(gè)任意“池”串聯(lián),在電路和電極上,單位時(shí)間內(nèi)通過電子的電量相同?！咀兪接?xùn)練】

金屬冶煉與處理常涉及氧化還原反應(yīng)。(1)由下列物質(zhì)冶煉相應(yīng)金屬時(shí)采用電解法的是

。

A.Fe2O3B.NaClC.Cu2SD.Al2O3(2)輝銅礦(Cu2S)可發(fā)生反應(yīng):2Cu2S+5O2+2H2SO4══4CuSO4+2H2O,該反應(yīng)中被氧化的元素是

。用石墨作陽(yáng)極、純銅作陰極電解CuSO4溶液,當(dāng)一極產(chǎn)生1molO2時(shí),另一極質(zhì)量變化是

(填“增大”或“減小”)

g。

(3)如圖為電解精煉銀裝置示意圖,

(填“a”或“b”)極為含有雜質(zhì)的粗銀