1、第 2 课时 电解原理的应用 目标导航 预习导引 了解电解原理在金属冶炼、氯碱工业和电镀等生产、生活 中的应用 能正确书写电解 NaCl 溶液、电解精炼铜的电极反应式 目标导航 预习导引 1.电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 按图装置,在U形管里倒入饱和食盐水,插入一根石墨棒作阳极, 一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞溶液,并用湿润 的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。 接通直流电源后,观察到管内发生的现象为阳极上产生的黄绿色 气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,阴极上有气泡产生并伴随阴 极区显红色,阳极产物为氯气;阴极产物为氢气和氢氧化钠。 目标导航 预习导引 写出电极反应式及电解
2、的总化学方程式、离子方程式: 阴极反应式:2H+2e-H2。 阳极反应式:2Cl-2e-Cl2。 总化学方程式:2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH。 离子方程式:2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-。 目标导航 预习导引 2.铜的电解精炼 电解法制精铜时,以精铜作阴极,粗铜作阳极,硫酸酸化的硫酸铜 溶液作电解液;阴极反应式:Cu2+2e- Cu,阳极主要反应式: Cu-2e- Cu2+;作为杂质的较活泼金属氧化后的阳离子留在电 解液中,比铜不活泼的金属杂质则沉积在阳极底部,形成阳极泥,其 主要成分是银、金、铂。 目标导航 预习导引 3.电镀 (1)电镀就是应用电解原理,在金属表面
3、上镀上一薄层金属或合金 的过程。 (2)电镀的主要目的是增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金 属制品的外观。 (3)电镀的一般规律:在电镀槽中,阴极材料为镀件,阳极材料为镀 层金属,电镀液为含镀层金属离子的溶液。 目标导航 预习导引 用如图所示装置实现电镀,请写出电极反应式: 阴极:Cu2+2e- Cu;阳极:Cu-2e- Cu2+,电镀时溶液中Cu2+ 浓度不变(填“变大”“变小”或“不变”)。 电镀铜实验装置 目标导航 预习导引 预习交流 能否利用右图装置生产漂白液?电源a、b极分别是何种电极?能 否写出产生漂白液的电解反应? 答案：可以。a 为电源的负极,A 极反应: 2H2O+2e-H
4、2+2OH- b 为电源正极,B 极反应:2Cl-2e-Cl2。 电解质溶液为 NaCl 溶液。 溶液中发生反应:Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O 总反应式:NaCl+H2ONaClO+H2 问题导学 即时检测 一 二 一、电解食盐水 活动与探究 按如图所示装置,向U形管中加入饱和食盐水,两端各加一滴酚酞 溶液,插入两根石墨棒作电极,接通直流电,将一条湿润的碘化钾淀 粉试纸置于阳极管口,将一小试管套在阴极支管上收集并检验其中 气体。 问题导学 即时检测 一 二 请根据观察到的现象推测溶液中的离子在直流电作用下的放电 顺序是怎样的?请写出电极反应式和电解方程式。 现象: 。 推测:氯化钠
5、溶液中有Na+、H+、OH-、Cl-四种离子,在直流电作 用下,Na+、H+向阴极移动,H+得电子生成氢气;OH-、Cl-向阳极移 动,Cl-失电子生成氯气。 电极反应式:阴极 阳极 电解方程式: 答案：两石墨棒上均有气泡产生,湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色, 试管中收集到的气体靠近火焰时可听到爆鸣声,U形管左端的溶液 变红色 2H+2e-H2 2Cl-2e-Cl2 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 问题导学 即时检测 一 二 思考与交流 如何判断电解过程中的电极产物? 答案：判断电解过程中电极产物的依据:电极材料的性质和离子 放电顺序。离子放电顺序取决于离子本身的性质及其浓度。 阳极
6、:若为惰性电极,则阴离子放电(失电子,发生氧化反应),放 电顺序为S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子F-。 若为活泼电极,则电极本身失去电子而放电,电极溶解(因为活 泼电极的还原性几乎大于一切阴离子)。 阴极:无论是惰性电极,还是活性电极,阴极总是受到保护,不会参 与电极反应,始终为阳离子放电(得电子,发生还原反应),放电顺序 (金属活动性顺序的反向)为 Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(H2O)Al3+ Mg2+Na+Ca2+K+。 问题导学 即时检测 一 二 因此,判断电解过程中的电极产物的步骤:分析电解质溶液的 组成,找全离子(包括水电离
7、出的H+及OH-)并分为阴、阳两组;分 析离子的放电顺序;确定电极,写出电极反应式。 问题导学 即时检测 一 二 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。放电顺序 取决于离子本身的性质,也与离子浓度及电极材料有关。 电解时所使用的电极分为两类:一类为惰性电极,只导电(如铂、 金、石墨等),并不参与反应;另一类为活性电极(除铂、金及石墨 等)。活性电极若作阴极,只起导体的作用;若为阳极,发生氧化反应 的往往是电极本身。当电解质溶液中的溶质为阳极材料的盐溶液 时,电解池即成为电镀池或电解精炼池。 电极上物质的变化情况以及电子的转移情况用电极反应式来 表示,当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴
8、离子时,电解质 溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的,称之为放电顺 序。 问题导学 即时检测 一 二 二、铜的电解精炼 活动与探究 火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远 不能达到工业应用的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯, 电解精炼铜如图所示: 请同学们分别写出阳极、阴极的反应,并分析电解液发生的变化。 问题导学 即时检测 一 二 答案：阴极反应:Cu2+2e-Cu;阳极反应:Zn-2e-Zn2+、Cu- 2e-Cu2+等,粗铜中的锌等较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶 液并留在溶液中,Cu2+浓度不断减小。 问题导学 即时检测 一 二 思考与交流 同学们能够
9、分别说出一般的电镀池与铜的电解精炼池的组成吗? 答案：一般电镀池的组成:待镀的金属制品作阴极,镀层金属作 阳极,含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液(即电镀液)。 铜的电解精炼池:用精铜作阴极,粗铜作阳极,用可溶性的铜盐溶 液作电解液。 粗铜中的锌、镍、铁等较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶 液并留在溶液中。 不如铜活泼的银、金、铂等金属在电解过程中不发生反应,最 终沉积在电解池的底部,形成阳极泥。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 1.(2016课标全国乙,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理 如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作 用下,两膜中间的N
10、a+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子 被阻挡不能进入中间隔室。 SO4 2- 下列叙述正确的是( ) (导学号52160015) A.通电后中间隔室的 向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成 SO4 2- 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 解析：在负极区发生的电极反应为4H2O+4e- 2H2+4OH-,在正 极区发生的电极反应为2H2O-4e- O2+4H+,故正极区pH减小,A 选项错
11、误;Na+移向负极区,生成NaOH, 移向正极区,生成 H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D选项错误。 答案：B SO4 2- 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 2.在美国纽约曼哈顿东河沿线有一镀铜斜塔建筑,其外形与颜色为 纽约天际线增添另一道风景。在铁制品上镀一定厚度的铜镀层,以 下方案设计正确的是( ) A.铜作阳极,铁作阴极,溶液中含有铜离子 B.铂作阴极,铁作阳极,溶液中含有铜离子 C.铁作阳极,铁作阴极,溶液中含有亚铁离子 D.铜作阴极,铁作阳极,溶液中含有铜离子 解析：根据电镀原理,在铁制品上镀铜,
12、应该用铜作阳极,铁作阴极, 溶液中含有铜离子。 答案：A 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 3.按下图中甲图装置进行实验,若图乙的x轴表示流入电极的电子 的量,则y轴不可能表示的情况是( ) (导学号52160016) A.Ag+浓度 B. 浓度 C.H+浓度 D.银棒质量 解析：此装置为铁上镀银,电镀一段时间后,Ag+浓度、 浓度、 H+不变,而银棒的质量减小。 答案：D NO3 - NO3 - 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 4.2015山东理综,29(1)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正 极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。 利用如图装置电解
13、制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl 溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式 为 ,电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 解析：B 极产生 H2,根据反应:2H+2e-H2,说明 B 极为阴极,随 着电解进行,溶液中 c(H+)减小、c(OH-)增大,B 极附近电解液为 LiOH 溶液,随着电解的进行,溶液中 c(LiOH)增大。A 极为阳极,电 解液为 LiCl 溶液,电极反应:2Cl-2e-Cl2;在电解过程中 Li+向阴 极附近移动,即向 B 极迁移。 答案：LiOH 2Cl-2e-Cl2 B 问题导学
14、 即时检测 1 2 3 4 5 5.将浓度均为2 mol L-1的AgNO3与Cu(NO3)2溶液各0.5 L混合,以铜 为电极进行电解,一段时间后阴极上有1.6 g铜析出,试计算此时: (导 学号52160017) (1)直流电源已输出 mol电子。 (2)溶液中Cu2+浓度为 mol L-1。 解析：(1)阴极有 Cu 析出时,Ag+已完全放电,所以直流电源已输出 电子:2 mol L-1 0.5 L+ 1.6 g 64 g mol-1 2=1.05 mol。 (2)因用铜作电极,当 Ag+、Cu2+在阴极析出时,而在阳极的铜亦同时 放电成为 Cu2+,最终使 Cu2+数量增加;而 Cu2+的增加与析出的 Ag相 对应,故此时 Cu2+总物质的量为1 2 2 mol L -10.5 L+2 mol L-10.5 L=1.5 mol,则溶液中 Cu2+浓度为 1.5mol 0.5 L2=1.5 mol L -1。 答案：(1)1.05 (2)1.5
