第25講電解原理的應(yīng)用

I顏羽目標(biāo)

1.變化觀念與平衡思想：通過(guò)對(duì)氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅、電冶金等原理的分析，認(rèn)識(shí)電能與化學(xué)能之

間的能量轉(zhuǎn)化。

2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：建立電解應(yīng)用問(wèn)題的分析思維模型和電解相關(guān)計(jì)算的思維模型，加深對(duì)電解原理的

理解和應(yīng)用。

笈翅識(shí)再毓

電解飽和食鹽水的原理

--氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程

氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用

電極材料

電鍍與電解精煉電極反應(yīng)

溶液變化

電解原理金屬冶族的本質(zhì)

電冶金

的應(yīng)用電極反應(yīng)式

電解原理在物質(zhì)多室電解池制備物質(zhì)原理

制備中的應(yīng)用多室電解池的分析思路

電化學(xué)原理在污染治理中的應(yīng)用

一、電解飽和食鹽水

燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做

1.電解飽和食鹽水的原理

通電前：溶液中的離子是O

通電后：①移向陽(yáng)極的離子是,比容易失去電子，被氧化成O

陽(yáng)極：2c「一2屋=ChT(反應(yīng))。

②移向陰極的離子是,比容易得到電子，被還原成o其中H+是由水電離產(chǎn)生的。

陰極：2H2。+2屋=1127+20H-(反應(yīng))。

③總反應(yīng)：

化學(xué)方程式為;

離子方程式為O

2.氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程

工業(yè)生產(chǎn)中，電解飽和食鹽水的反應(yīng)在離子交換膜電解槽中進(jìn)行。

(1)陽(yáng)離子交換膜電解槽

ci2H2

精制嬴'I理￡］僦(含少量NaOH)

NaCl溶液交換膜

(2)陽(yáng)離子交換膜的作用：只允許Na+等陽(yáng)離子通過(guò)，不允許C「、01T等陰離子及氣體分子通過(guò)，可以防止

陰極產(chǎn)生的與陽(yáng)極產(chǎn)生______混合發(fā)生爆炸，也能避免與陰極產(chǎn)生的反應(yīng)而影響

氫氧化鈉的產(chǎn)量。

3.氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用

(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有等。

(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機(jī)合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農(nóng)藥、金屬冶煉

等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

二、電鍍電冶金

1.電鍍與電解精煉

電鍍是一種利用原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他或的加工工藝。電鍍的主要目

的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。

電鍍電解精煉

—0

1-?|~~1

純銅7粗銅

的片-(陰極)(陽(yáng)極)

裝置n

-二

售-鐵件豐

_Cuso潞，液

CuSO,溶訊1

陽(yáng)極材料鍍層金屬________—

陰極材料鍍件金屬________—

陽(yáng)極反應(yīng)——

陰極反應(yīng)——

溶液變化Cl?+濃度________Cu2+濃度_______,金、銀等金屬沉積形成陽(yáng)極泥

2.電冶金

(1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的獲得電子變成的過(guò)程。如M"++〃e-=M。

(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽溶液，應(yīng)電解其熔融態(tài)。

如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的電極反應(yīng)式：

陽(yáng)極:

陰極:

【歸納總結(jié)】

(1)電解精煉過(guò)程中的“兩不等”：電解質(zhì)溶液濃度在電解前后不相等；陰極增加的質(zhì)量和陽(yáng)極減少的質(zhì)量不

相等。

(2)電鍍過(guò)程中的“一多，一少，一不變”：“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積；“一少”指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解;

“一不變”指電鍍液(電解質(zhì)溶液)的濃度不變。

三、電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用

1.多室電解池制備物質(zhì)原理

電解原理常用于物質(zhì)的制備，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，電解原理能使許多

不能自發(fā)的反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。工業(yè)上常用多室電解池制備物質(zhì)，多室電解池是利用離子交換膜的,

即允許帶某種電荷的通過(guò)而限制帶相反電荷的離子通過(guò)，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到

濃縮、凈化、提純及電化學(xué)合成的目的。

2.多室電解池的分析思路

四'電化學(xué)原理在污染治理中的應(yīng)用

利用電化學(xué)原理把空氣、水中的污染物去除或把有毒物質(zhì)變?yōu)闊o(wú)毒或低毒物質(zhì)，具有易于控制、無(wú)污染或

少污染、高度靈活性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。

考點(diǎn)01電解原理的應(yīng)用

【例1】如圖是電解飽和食鹽水的裝置，a、b為石墨電極。下列判斷正確的是

A.a為正極，b為負(fù)極B.a極上有氯氣放出

C.b極上發(fā)生氧化反應(yīng)D.b極附近溶液顯酸性

【變式1-11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(yáng)極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子

B.粕作陰極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有鋅離子

C.鐵作陽(yáng)極，鍍件作陰極,溶液中含有亞鐵離子

D.鋅作陰極，鍍件作陽(yáng)極，溶液中含有亞鐵離子

【變式1-2］以粗銅和碳棒作電極，硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液電解精煉銅。下列敘述錯(cuò)誤的是

A.與電源正極相連的是粗銅

B.陰極發(fā)生反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu

C.通電過(guò)程中，溶液中SO：向發(fā)生氧化反應(yīng)的電極移動(dòng)

D.通電一段時(shí)間，電解質(zhì)溶液中c(Cu")不變

考點(diǎn)02電解的有關(guān)計(jì)算

【例2】以銘酸鉀(KzCrCU)為原料，電化學(xué)法制備重銘酸鉀(KzCnCh)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖。下列說(shuō)法正確

A.CrOf在陽(yáng)極放電，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.裝置中的離子交換膜為陰離子交換膜

C.在陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2H2O+2e-=2OH-+H2T

D.當(dāng)電路中有0.4mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，標(biāo)況下產(chǎn)生氣體的總體積為4.48L

【變式2-1】二氧化碳的再利用是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一、在稀H2s04溶液中利用電催化可將

C02同時(shí)轉(zhuǎn)化為多種燃料，其原理如圖所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

+

A.左側(cè)電極上的電極反應(yīng)式為2H2O-4e=O2T+4H

B.離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜

C.一段時(shí)間后，陰極區(qū)溶液質(zhì)量會(huì)減少

D.若陰極只生成0.15molCO和0.25molC2H4,則電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3.3mol

【變式2-2］用電解法制備高純金屬鋁和硫酸的原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

A.b為直流電源的負(fù)極

B.A膜是陽(yáng)離子交換膜，B膜是陰離子交換膜

C.陰極電極反應(yīng)式為2H++2e=H2T

D.若有Imol離子通過(guò)A膜，理論上陽(yáng)極生成0.5mol氣體

考點(diǎn)03電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用

【例3】環(huán)氧乙烷(/°\)可用于生產(chǎn)乙二醇。電化學(xué)合成環(huán)氧乙烷(/°\)的裝置如圖所示:

CH2=CH2^

陽(yáng)離子交換膜

pinBr；!H:OOH-O

口知：CH2=CH2-------?HOCH2CH2Br—>

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.Pt電極接電源正極

B.制備Imol環(huán)氧乙烷，Ni電極區(qū)產(chǎn)生2molH2

C.Pt電極區(qū)的反應(yīng)方程式為：CH2=CH2+Br2+H2O^HOCH2CH2Br

D.電解完成后，將陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)溶液混合才可得到環(huán)氧乙烷

【變式3-1】利用電沉積法制備納米級(jí)金屬銀，具有制備晶體性能獨(dú)特操作方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，電解裝置如圖

所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

*卜

碳棒I陽(yáng)離子陰離子I鍍銀

I交換膜交換膜■鐵棒

AIB■C

l%NaCl含Ni?+、Cl

NaOH溶液溶液的濃縮液

A.電解時(shí)，A室發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH--4-=。2個(gè)+2H2。

B.電解一段時(shí)間后，B室中氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小

C.為了提高電沉積效率，一段時(shí)間后，可向C室中補(bǔ)充NiC"溶液

D.電解時(shí)，C室中的C「經(jīng)過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入B室

【變式3-2］工業(yè)上處理含Cr?。：的酸性工業(yè)廢水用Fe為電極進(jìn)行電解；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有Cr(OH)3和

Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生；過(guò)濾回收沉淀，廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為2H++2e-=凡1

3+2++3+

B.Cr2O；轉(zhuǎn)變成Cr的離子反應(yīng)方程式為6Fe+Cr2O；-+14H=6Fe"+2Cr+7H2O

C.兩極都能用Cu電極來(lái)代替Fe電極

D.實(shí)驗(yàn)時(shí)若加入適量的Na2so4電解效果更好

考點(diǎn)04電化學(xué)綜合考查

【例4】工業(yè)上利用雙極膜電滲析法制取鹽酸和氫氧化鈉的裝置如下圖所示。圖中的雙極膜中間層中的H?0

電離為H+和OH-,并在直流電場(chǎng)作用下分別向兩極遷移。

a%NaCl溶液

l；l

石

石

墨

墨H2OH20

電

電

極

極II11

NaCl溶液

H+H+

o'甲室

丙室°H

乙室

H2O雙極膜~?；?~M111N~?（?雙極膜HiO

（少量H+）b0/oNaCl溶液（少量OH）

下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.N表示陰離子交換膜

B.甲室流出的為氫氧化鈉溶液

C.電解總反應(yīng):NaCl+H2ONaOH+HCl

D.相比現(xiàn)有氯堿工業(yè)制取氫氧化鈉，該方法更環(huán)保

【變式4-1】利用甲醇（CH3OH）燃料電池電解CuSC）4溶液、MgCu溶液，裝置如圖所示:

5"功也2右』

七I墨AgPtPt

電極二電極

KOH溶賴過(guò)量CuSC>4溶液MgCU溶液

甲池乙池丙池

已知甲醇電池總反應(yīng)式為2cH30H+3O2+4KOH=2K2cO3+6H2Oo下列說(shuō)法正確的是

A.甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，乙、丙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

B.反應(yīng)一段時(shí)間后，向乙池中加入一定量Cu（OH）2能使CuSC\溶液恢復(fù)到原濃度

C.甲池通入CHQH的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO；-+6H。

D.甲池中消耗280mL。②，此時(shí)丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45g固體

【變式4-2］電解精煉銅的廢液中含有大量的&?+和SO；,下圖為用雙膜三室電沉積法采用惰性電極回收

廢液中銅的裝置示意圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.電極b為陰極

B.a極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2Cl-2e-=C12T

C.交換膜n為陰離子交換膜

D.若濃縮室得到lL0.5mol/L的Na2sCU溶液，則陰極可回收12.8g銅（不考慮副反應(yīng)）

lit關(guān)檢測(cè)

1.下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是

2.電解與日常生活密切相關(guān)，下列符合生產(chǎn)實(shí)際的是

A.電解熔融的氯化鋁制取金屬鋁B.在鍍件上鍍鋅時(shí)，用鋅作陰極

C.電解法精煉粗銅時(shí)，用純銅作陽(yáng)極D.電解飽和食鹽水制燒堿時(shí)，用涂饃碳鋼網(wǎng)作陰極

3.下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是

A.電解熔融的氯化鎂制取金屬鎂，用鐵作陽(yáng)極

B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極

C.工業(yè)上電解飽和食鹽水制燒堿，用陽(yáng)離子交換膜阻止0H一移向陽(yáng)極

D.在鍍件上電鍍銅，用銅作陽(yáng)極

4.粗銅中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等，采用電解法提純，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.可用硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液

B.粗銅與電源的正極相連

C.在精煉過(guò)程中，Ag、Au沉積于陽(yáng)極底部

D.在精煉過(guò)程中，陽(yáng)極、陰極的質(zhì)量變化量相等

5.用惰性電極進(jìn)行電解，下列說(shuō)法正確的是

A.電解稀硫酸，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變

B.電解稀NaOH溶液，要消耗OH1故溶液pH減小

C.電解NaNOs溶液，在陰極上和陽(yáng)極上生成氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:2

D.電解CuCl?溶液，在陰極上和陽(yáng)極上生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:1

6.利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純。下列敘述中正確的是

A.電解時(shí)以精銅作陽(yáng)極

B.電解時(shí)陰極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu-2e-=0?+

C.粗銅連接電源的負(fù)極，其電極反應(yīng)為Ci?++2e-=Cu

D.電解后，電解槽底部會(huì)形成含有少量Ag、Pt等金屬的陽(yáng)極泥

7.欲在金屬表面鍍銀，應(yīng)把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中，選用的陽(yáng)極金屬和電鍍液均正確的是

A.Ag和AgCl溶液B.Ag和AgNCh溶液

C.Fe和AgNCh溶液D.Pt和Ag2so4溶液

8.某化學(xué)興趣小組利用如圖裝置在鐵棒表面鍍上一層銅，下列有關(guān)的判斷正確的是

b

電a-

流直流電源

方Y(jié)

向

d

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r-E-z--

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-.

.

.

A.a為陽(yáng)極、b為陰極B.c為鐵棒、d為銅棒

C.電子流向從bid—'CiaD.溶液中Cu?+向d極移動(dòng)

9.以純堿溶液為原料，通過(guò)電解的方法可制備小蘇打，原理裝置圖如下：裝置工作時(shí)，下列有關(guān)說(shuō)法正確

的是

電池

A.乙池電極接電池正極，氣體X為Hz

B.Na+由乙池穿過(guò)交換膜進(jìn)入甲池

C.NaOH溶液Z比NaOH溶液Y濃度大

D.甲池電極反應(yīng)：4CO^-4e'+2H2O=4HCO；+O2?

10.如圖是某課題組設(shè)計(jì)的一種利用電解原理制取H2O2并用來(lái)處理工業(yè)廢氨水的裝置。為了不影響H2O2

的產(chǎn)量，需向廢氨水中加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5。下列說(shuō)法正確的是（）

A.陰極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H++O2T

+

B.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為O2+2H+2e=H2O2

C.處理廢氨水的過(guò)程中所發(fā)生的反應(yīng)為3H2O2+2NH3?H2O=8H2O+N2T

D.工作過(guò)程中陽(yáng)極附近溶液的pH逐漸增大

11.用如圖所示裝置（X、Y是直流電源的兩極）分別進(jìn)行下列各組實(shí)驗(yàn)，則下表中各項(xiàng)所列對(duì)應(yīng)關(guān)系均正確

的一項(xiàng)是

直流電源

選項(xiàng)X極實(shí)驗(yàn)前U形管中液體通電后現(xiàn)象及結(jié)論

A負(fù)極CuCb溶液b管中有氣體逸出

B負(fù)極NaOH溶液溶液pH降低

C正極NazSCU溶液U形管兩端滴入酚麟后，a