标准课高三化学选修教学教案第十四讲电解池的应用.doc

第十四讲 电解池的应用
教学目的
理解并掌握电解池的四个应用，即电冶金、氯碱工业、电镀和粗铜精炼的工作原理。
知识梳理
知识点一、电冶金
1.原理：对于像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，只能用电解熔融盐或者氧化物的方法来制得他们的单质。
2. 冶炼金属铝：
工业上，用纯净的氧化铝为原料，采用电解的方法制取铝。纯净的氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，现在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后进行电解。
电极反映式：
阴极：　 4Al3+＋12e-＝4Al
阳极：　 6O2--12e-＝3O2↑
总反映式：2Al2O3 =（电解）=4Al＋3O2↑ (只能电解Al2O3，不能是AlCl3)
在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极。
3. 冶炼金属钠
电极反映式：
阴极：2Na+ + 2e- =2 Na
阳极：2Cl- -2e- =Cl2↑
总反映式：2NaCl（熔融）=2Na + Cl2↑
典型例题
1.下列金属冶炼的反映原理，错误的是（ ）
A．电解法：2NaCl(熔融)=2Na＋Cl2↑
B．电解法：2MgO(熔融)=Mg＋O2↑
C．热还原法：Fe3O4＋4CO 3Fe＋4CO2
D．热分解法：2HgO 2Hg＋ O2↑
【答案】B
2.工业上①电解熔融Al2O3；②电解熔融MgCl2；③电解饱和NaCl溶
液，分别通过相同数目的电子时，生成气体的物质的量大小顺序是( )
A． ①②③ B．③②① C．③①②   D．②③①
【答案】B
知识点二、氯碱工业
1. 原理：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。
2. 结构图：

① 电极材料：阳极 石墨 ，阴极 石墨 。
② 电极反映及总反映：2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑
阳极：2Cl- -2e- =Cl2↑
阴极：2H++2e- =H2↑
其中阴极反映中的H＋是由水电离产生的，阴极周边PH逐渐增大。
③设备：立式隔阂电解槽
④粗盐水的精制：粗盐水中具有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，为了有效的除
去Ca2+、Mg2+和SO42-，可加入的试剂是BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH
溶液。

典型例题
1.右图为阳离子互换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法不对的的是 ( )

A．从E口逸出的气体是H2
B．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C．标准状况下每生成22.4 LCl2，便产生2 mol NaOH
D．粗盐水中含Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等离子，精制时先加Na2CO3溶液
答案：D

2.关于电解NaC1水溶液，下列叙述对的的是（ ）
A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色
C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
D．电解一段时间后，将所有电解液转移到烧杯中，充足搅拦后溶液呈中性
【答案】B
知识点三、电镀
1.定义：电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
2.原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。
3.电镀铜规律可概括为：“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。
4.工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、减少有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。
5.注意：①镀件需酸洗去除表面的锈。
②电镀液CuSO4中加氨水制成铜氨溶液以减少Cu2+浓度使镀层光亮。
典型例题
1.在铁品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计对的的是（ A ）
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中具有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中具有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中具有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中具有锌离子
2.若在铜片上镀银时，下列叙述对的的是（ B ）
①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上
③在铜上发生的反映是：Ag++e－ Ag
④在银片上发生的反映是：4OH－-4e- O2↑+2H2O
⑤需用硫酸铜溶液为电镀液 ⑥需用硝酸银溶液为电镀液
A.①③⑥ B.②③⑥ C.①④⑤ D.②③④⑥
知识点四、粗铜精炼
1. 原理：用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板做阴极，与电源的负极相连， 用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。
粗铜作阳极，电极反映Cu－2e－===Cu2＋；
精铜作阴极，电极反映Cu2＋＋2e－===Cu；
电解质溶液CuSO4溶液。
2.CuSO4溶液中重要有Cu2+、SO42- 、H+、OH－，通电后H+和Cu2+移向阴极。OH－和SO42-移向阳极。
3.电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e－=Cu，这会导致电解液浓度发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。该过程实现了提纯铜的目的。

典型例题
1.电解精炼铜时，下列叙述不对的的是（ ）
A．与电源正极相连的电极是粗铜板
B．阴极发生反映：Cu2+ +2e-=Cu
C．电解池的阳极材料为纯铜薄片
D．粗铜板上发生氧化反映
【答案】C

2.金属镍有广泛的用途。粗镍中具有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述对的的是（ ）（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）
A．阳极发生还原反映，其电极反映式：Ni2+ + 2e- == Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增长相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【答案】C
巩固练习
1. 中学阶级介绍的应用电解法制备的物质重要有三种：一是铝的工业制备、二是氯碱的工业、三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中对的的是（ ）
A．电解法制铝时一般是用熔融态的氧化铝进行电解但也可用其相应的盐，如熔融态的A1C13
B．A1C13电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生
D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaC1，在电解时它们的阴极都是C1-失电子
【答案】：D
2.下列有关电解池的说法对的的是(　B　)
A．在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B．无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等
C．电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成
D．电解NaCl、CuCl2两种溶液，参与反映的物质是相同的
3.在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是(　　)
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
B．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
C．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3＋
D．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋
【答案】：D
4.依据下图判断，下列叙述对的的是(　 　)

A．Ⅰ是原电池，Ⅱ是电镀装置
B．Ⅰ、Ⅱ装置中锌极上均发生氧化反映
C．Ⅱ、Ⅲ装置中，铜极均发生氧化反映而溶解
D．Ⅱ、Ⅲ装置中Cu2＋浓度基本不变
【答案】：A

5．用Pt电极电解具有Cu2＋和X3＋均为0.1 mol的溶液，阴极析出金属的质量m与溶液中通过电子的物质的量n关系如图，则离子的氧化能力由大到小排列对的的是(　　)

A．Cu2＋>X3＋>H＋ B．H＋>X3＋>Cu2＋ C．X3＋>H＋>Cu2＋ D．Cu2＋>H＋>X3＋
【答·案】：D
6.下图是目前世界上比较先进的电解法制烧碱技术—阳离子互换膜法的示意图。
（1）精制饱和食盐水从 F 口加入，从另一口加入水（含少量NaOH）。
水中加入NaOH的作用是 增强溶液的导电性 ；制得的烧
碱溶液从 C 口导出。
（2）为有效除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序
为 bc （填字母）。

a．先加NaOH，再加Na2CO3，最后加钡试剂；
b．先加NaOH，再加钡试剂，最后加Na2CO3；
c．先加钡试剂，再加Na2CO3，最后加NaOH。
（3）现有1000mL食盐水，用石墨电极电解。当阴极产气愤体的体积为
112mL（标准状况）时停止电解，阳极的电极反映式为2Cl--2e- ＝ Cl2↑，
电解后，溶液在常温下的pH约为 12 。
7.如图Ⅰ所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：

(1)X的电极名称是 阳 极，发生的电极反映式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y极的电极材料是 Fe ，检查X极产物的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸放在X极附近，若试纸变蓝，说明生成了Cl2。
(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是Fe(OH)2(填化学式)，其形成因素是铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－
===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2，该沉淀在空气中放置，现象是先变灰绿色，后变红褐色。
(3)

工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子互换膜隔开(如图Ⅱ所示)，其目的是防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反映生成NaClO，使NaOH不纯，阳极室(A处)加入饱和食盐水，阴极室(B处)加入纯水(或NaOH稀溶液)，离子互换膜只许Na＋离子通过。
8.氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图，完毕下列填空：
(1) 在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反映的电极反映式为2Cl－－2e－===Cl2↑，与电源负极相连的电极附近，溶液pH 升高 (选填“不变”、“升高”或“下降”)。
(2)工业食盐中含Ca2＋、Mg2＋等杂质，精制过程中除去这些杂质时发生反映的离子方程式为 Ca2＋＋CO32-===CaCO3↓ 、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ 。
(3)假如粗盐中SO42-含量过高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是 AC (填写字母序号，下同)。
A．Ba(OH)2　　B．Ba(NO3)2　　C．BaCl2
(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO42-，加入试剂的合理顺序为 BC 。
A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂
B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
(5)脱盐工序中运用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过 蒸发 、冷却、 过滤 (填写操作名称)除去NaCl。
(6)用隔阂法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反映；采用无隔阂法电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充足接触，得到的产物仅是NaClO和H2，则与该反映相应的化学方程式为NaCl＋H2O=（电解）=NaClO＋H2↑(或2NaCl＋2H2O=（电解）=H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O)。
拓展提高
1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸取制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的重要成分判断对的的是(　　)

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
【答案】：B
2.电解CuSO4溶液时，若要达成以下三点规定：①阳极质量减少；②阴极质量增长；③电解液中c(Cu2＋)不变，则可选用的电极是(　　)
A．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
B．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
【答案】：B
3．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其因素是(　　)
A．都是轻金属 B．都是活泼金属
C．成本低廉 D．这些金属的化合物熔点较低
【答案】：B
4.下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
【答案】：A
5.已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“＋”的接线柱，下列说法中对的的是(　 　)
A．充电时作阳极，放电时作正极 B．充电时作阳极，放电时作负极
C．充电时作阴极，放电时作负极 D．充电时作阴极，放电时作正极
【答案】：A
6.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)＝6.0 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法对的的是(　B　)
A．原混合溶液中c(K＋)为4 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移4 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为2 mol·L－1
7.用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量为(　　)
A. B. C. D.
【答案】：C
8.有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定期间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　
A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4
【答案】：C
9.把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是(　　)
A．27 mg B．54 mg C．108 mg D．216 mg
【答案】：B

10.电解原理在化学工业中有广泛的应用。

上图表达一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反映式为2H＋＋2e－===H2↑，在X极附近观测到的现象是
有气体放出，溶液变红。电解液中向X极方向移动的离子是Na＋、H＋。
Y电极上的电极反映式为2Cl－－2e－===Cl2↑，检查该电极反映产物的方法是
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色，说明生成了Cl2。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是 纯铜 ，电极反映式为Cu2＋＋2e－===Cu。
Y电极的材料是 粗铜 ，电极反映式为Cu－2e－===Cu2＋。
③溶液中的c(Cu2＋)与电解前相比 变小 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)如运用该装置实现铁上镀锌，电极X上发生的反映为 Zn2＋＋2e－===Zn ，电解池盛放的电镀液可以是ZnCl2或ZnSO4(只规定填两种电解质溶液)。
11.某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解质溶液：

A电极
B电极
X溶液
甲
Cu
Zn
H2SO4
乙
Pt
Pt
CuCl2
丙
Fe
Cu
？
(1)甲同学在实验中将电键K5闭合，Zn电极上的电极反映式为Zn－2e－===Zn2＋。
(2)乙同学准备进行电解CuCl2溶液的实验，则电解时的总反映方程式为
CuCl2=（电解）=Cu＋Cl2↑
实验时应闭合的电键组合是C、D。(从下列五项中选择所有也许组合，第三小题也在这五项中选择)
A．K1和K2　　B．K1和K3　　C．K1和K4 D．K2和K3 E．K2和K4
(3)丙同学准备在Fe上镀Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为CuCl2或CuSO4，实验时，应闭合的电键组合是 D (选项如上)。
12.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：
(1)工业冶炼铝的化学方程式是 2Al2O3(熔融)=电解=4Al＋3O2↑ 。
(2)铝与氢氧化钾溶液反映的离子方程式是2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑。
(3)工业级氢氧化钾的溶液中具有某些含氧酸根杂质，可用离子互换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子互换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如下图所示。

该电解槽的阳极反映式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述因素H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 B （填写“A”或“B”)导出。