《電解原理的應用》自主預習電解原理的應用1.電解飽和食鹽水——氯堿工業。工業生產中,電解飽和食鹽水是在

離子交換膜

電解槽中進行,如圖是一個單元槽的電解原理示意圖。

(1)陽極反應式:

2Cl--2e-══Cl2↑

,

陰極反應式:

2H2O+2e-══H2↑+2OH-

。

(3)在陰極區可得到產品NaOH的原因:

H2O在陰極放電產生OH-,陽極區的Na+通過陽離子交換膜進入陰極區,兩者結合即得NaOH

。

微思考1工業上電解飽和食鹽水時,若將電解槽中的陽離子交換膜去掉,對產品會有什么影響?提示:陽極產生的Cl2會擴散至陰極區,與陰極產物NaOH反應,降低產率,且使產品不純。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,據此回答問題:

(1)鍍件(鑰匙)作

陰

極,鍍層金屬(銅)作

陽

極,含有

鍍層金屬離子

(Cu2+)的溶液作電鍍液。

(2)陽極上發生的電極反應為

Cu-2e-══Cu2+

;陰極上發生的電極反應為

Cu2++2e-══Cu

。

微思考2電鍍進行一段時間后,電鍍液的濃度是如何變化的?提示:因陽極溶解的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)利用電解原理進行電解精煉銅時,以粗銅作

陽

極,以純銅作

陰

極,通常用

CuSO4溶液

作電解質溶液。

(2)粗銅中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質金屬,其中

Zn、Fe、Ni、Cu

可在陽極放電變成相應的金屬離子進入溶液中,

Ag、Au

等金屬則沉淀在陽極底部形成陽極泥。寫出陽極上發生的電極反應:

Zn-2e-══Zn2+,Fe-2e-══Fe2+,Ni-2e-══Ni2+,Cu-2e-══Cu2+

;

寫出陰極上發生的電極反應:

Cu2++2e-══Cu

。

微思考3電解精煉銅時,當電解進行一段時間后,CuSO4溶液的濃度是如何變化的?提示:陽極除溶解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制取金屬鈉的化學方程式為2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。陽極反應為2Cl--2e-══Cl2↑;陰極反應為

Na++e-══Na

。預習檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)用石墨電極電解飽和食鹽水,陽極附近生成NaOH。(

)(2)利用電解法可以實現Cu+2H+══Cu2++H2↑。(

)(3)電鍍銅時應將銅連接電源的負極作陰極。(

)(4)電解冶煉鎂、鋁時,通常電解熔融的MgCl2和Al2O3。(

)(5)金屬銅用熱還原法冶煉,所以不能使用電解法冶煉。(

)×√×√×2.用石墨作電極,電解飽和NaCl溶液,下列敘述正確的是(

)。A.電解時在陽極得到氯氣B.電解時在陰極得到金屬鈉C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈無色D.電解一段時間后,將全部電解液轉移到燒杯中,充分攪拌后溶液呈中性答案:A解析:用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液,發生的反應是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,故電解一段時間后電解質溶液呈堿性。電解時,陽極發生氧化反應:2Cl--2e-══Cl2↑;陰極發生還原反應:2H++2e-══H2↑,因而陰極附近的溶液呈堿性,滴入酚酞溶液變紅。3.若在銅片上鍍銀,下列敘述正確的是(

)。①將銅片接在電源的正極上②將銀片接在電源的正極上③在銅片上發生的反應是Ag++e-══Ag④在銀片上發生的反應是4OH--4e-══O2↑+2H2O⑤可以用硫酸銅溶液作電鍍液⑥可以用硝酸銀溶液作電鍍液A.①③⑥

B.②③⑥

C.①④⑤

D.②③④⑥答案:B解析:若在銅片上鍍銀,銅作陰極與電源負極相連,電解質溶液中的銀離子得到電子發生還原反應生成銀;銀作陽極與電源正極相連,銀失電子發生氧化反應生成銀離子;電解質溶液為硝酸銀溶液。銅片應接在電源的負極上,①錯誤;將銀片接在電源的正極上,②正確;在銅片上發生的反應是Ag++e-══Ag,③正確;銅片上鍍銀,銀為陽極,在銀片上發生的反應是Ag-e-══Ag+,④錯誤;若用硫酸銅溶液作電鍍液,陰極析出銅,⑤錯誤;可以用硝酸銀溶液作電鍍液,⑥正確。4.電解原理在化學工業中有廣泛應用。如圖表示一個電解池,裝有電解質溶液a;X、Y是兩塊電極板,通過導線與直流電源相連。請回答以下問題:(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液。①電解池中X極上的電極反應式為

。

②Y電極上的電極反應式為

,檢驗該電極反應產物的方法是

。

③該反應的總反應方程式是

。

(2)如要用電解方法精煉粗銅,電解質溶液a選用CuSO4溶液。①X電極的材料是

,電極反應式是

。

②Y電極的材料是

,主要電極反應式是

。答案:(1)①2H++2e-══H2↑②2Cl--2e-══Cl2↑

把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極所在一側的支管口處,試紙變藍色③2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑(2)①精銅Cu2++2e-══Cu②粗銅Cu-2e-══Cu2+解析:(1)X為陰極:2H++2e-══H2↑。Y為陽極:2Cl--2e-══Cl2↑,用濕潤的碘化鉀淀粉試紙可檢驗Cl2。(2)精煉銅時,粗銅作陽極,精銅作陰極。一

電解原理的應用重難歸納1.氯堿工業的生產過程。2.電鍍銅與精煉銅的比較。(電解質溶液均為CuSO4溶液)比較項目電鍍銅精煉銅能量轉化電能轉化為化學能電能轉化為化學能陽極材料純銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質)陰極材料鍍件純銅陽極反應Cu-2e-══Cu2+Zn-2e-══Zn2+Cu-2e-══Cu2+等陰極反應Cu2++2e-══CuCu2++2e-══Cu電解質溶液及其濃度變化硫酸銅溶液濃度保持不變反應后硫酸銅溶液中混有Zn2+等,Cu2+濃度減小如圖所示,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,充當電源,對乙池電解,乙池是電解池(也是電鍍池)。典例剖析工業上處理含

的酸性工業廢水常用以下方法:①往工業廢水里加入適量的NaCl,攪拌均勻;②用Fe作電極進行電解,經過一段時間后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀產生;③過濾回收沉淀,廢水達到排放標準。請回答下列問題。(1)電解時的電極反應:陽極為

,陰極為

。

(2)寫出

轉變成Cr3+的離子方程式:

。

(3)電解過程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎樣產生的?答案:(1)Fe-2e-══Fe2+

2H++2e-══H2↑(2)6Fe2+++14H+══6Fe3++2Cr3++7H2O(3)在陰極反應及

與Fe2+反應的過程中,將消耗大量的H+,使溶液pH增大,促進Fe3+、Cr3+水解并最終轉化為Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀?！就卣寡由臁?/p>

能否用Cu電極來代替Fe電極?請簡述理由。

學以致用如圖中的A為直流電源,B為浸透氯化鈉飽和溶液和酚酞溶液的濾紙,C為電鍍槽,接通電路后,發現B上的c點顯紅色。請回答下列問題:(1)電源A的a為

極。

(2)濾紙B上發生的總反應方程式為

。

(3)欲在電鍍槽中實現鐵上鍍鋅,接通K點,使c、d兩點短路,則電極e上發生的反應為

,電極f上發生的反應為

,槽中盛放的電鍍液可以是

或

(只要求填兩種電解質溶液)。

答案:(1)正

(3)Zn-2e-══Zn2+

Zn2++2e-══Zn

ZnSO4溶液Zn(NO3)2溶液解析:(1)根據c點顯紅色,則該極上發生的反應為2H++2e-══H2↑,即該極為陰極,與電源的負極相連,所以a是正極。(2)濾紙B上發生的總反應方程式為2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d兩點短路后,e為陽極,反應為Zn-2e-══Zn2+。欲實現鐵上鍍鋅,則陰極反應為Zn2++2e-══Zn。電解液用含鍍層金屬離子的電解質溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。二

電解的有關計算重難歸納1.計算的原則。(1)陽極失去的電子數等于陰極得到的電子數。(2)串聯電路中通過各電解池的電子總數相等。(3)電源輸出的電子總數和電解池中轉移的電子總數相等。2.計算的方法。(1)得失電子守恒法計算:用于串聯電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計算,其依據是電路上轉移的電子數相等。(2)總反應式計算:先寫出電極反應式,再寫出總反應式,最后根據總反應式列比例式計算。(3)關系式計算:借得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁,建立計算所需的關系式。電解計算時常用的定量關系為4e-~4H+~4OH-~2H2~O2~2Cu~4Ag。3.計算的步驟。(1)正確書寫電極反應式(要注意陽極材料)。(2)當溶液中有多種離子共存時,要確定放電離子的先后順序。(3)最后根據得失電子守恒進行相關的計算。用惰性電極電解100mL飽和食鹽水,生成112mL氫氣(標準狀況)時,溶液的pH是多少?提示:設生成NaOH的物質的量為x。2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

2

1

x

0.005

mol得:x=0.01

mol典例剖析常溫下用惰性電極電解200mL氯化鈉、硫酸銅的混合溶液,所得氣體的體積隨時間變化如下圖所示,根據圖中信息回答下列問題。(氣體體積已換算成標準狀況下的體積,且忽略氣體在水中的溶解和溶液體積的變化)(1)曲線

(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示陽極產生氣體的變化。

(2)氯化鈉的物質的量濃度為

,硫酸銅的物質的量濃度為

。

答案:(1)Ⅱ

(2)0.1mol·L-1

0.1mol·L-1解析:(1)陰極上Cu2+首先放電,故開始時,陰極上無氣體生成,故Ⅱ表示陽極產生氣體的變化。【拓展延伸】

t2時所得溶液的pH是多少?學以致用1.用惰性電極電解硫酸銅溶液。若陽極上產生氣體的物質的量為0.01mol,陰極無氣體逸出,則陰極上析出銅的質量為(

)。A.0.64g B.1.28gC.2.56g D.5.12g答案:B解析:用惰性電極電解硫酸銅溶液,在陽極產生的氣體為氧氣,由4OH--4e-══2H