《電解原理的應(yīng)用》自主預(yù)習(xí)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)單元槽的電解原理示意圖。

(1)陽極反應(yīng)式:

2Cl--2e-══Cl2↑

,

陰極反應(yīng)式:

2H2O+2e-══H2↑+2OH-

。

(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-,陽極區(qū)的Na+通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū),兩者結(jié)合即得NaOH

。

微思考1工業(yè)上電解飽和食鹽水時(shí),若將電解槽中的陽離子交換膜去掉,對產(chǎn)品會(huì)有什么影響?提示:陽極產(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

極,含有

鍍層金屬離子

(Cu2+)的溶液作電鍍液。

(2)陽極上發(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

。

微思考2電鍍進(jìn)行一段時(shí)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(jìn)行電解精煉銅時(shí),以粗銅作

陽

極,以純銅作

陰

極,通常用

CuSO4溶液

作電解質(zhì)溶液。

(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

等金屬則沉淀在陽極底部形成陽極泥。寫出陽極上發(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

。

微思考3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(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↑。陽極反應(yīng)為2Cl--2e-══Cl2↑;陰極反應(yīng)為

Na++e-══Na

。預(yù)習(xí)檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)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(shí)現(xiàn)Cu+2H+══Cu2++H2↑。(

)(3)電鍍銅時(shí)應(yīng)將銅連接電源的負(fù)極作陰極。(

)(4)電解冶煉鎂、鋁時(shí),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(shí)在陽極得到氯氣B.電解時(shí)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(shí)間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行源鸢?A解析:用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液,發(fā)生的反應(yīng)是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,故電解一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液呈堿性。電解時(shí),陽極發(fā)生氧化反應(yīng):2Cl--2e-══Cl2↑;陰極發(fā)生還原反應(yīng):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(fā)生的反應(yīng)是Ag++e-══Ag④在銀片上發(fā)生的反應(yīng)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(fù)極相連,電解質(zhì)溶液中的銀離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀;銀作陽極與電源正極相連,銀失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成銀離子;電解質(zhì)溶液為硝酸銀溶液。銅片應(yīng)接在電源的負(fù)極上,①錯(cuò)誤;將銀片接在電源的正極上,②正確;在銅片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag++e-══Ag,③正確;銅片上鍍銀,銀為陽極,在銀片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag-e-══Ag+,④錯(cuò)誤;若用硫酸銅溶液作電鍍液,陰極析出銅,⑤錯(cuò)誤;可以用硝酸銀溶液作電鍍液,⑥正確。4.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,裝有電解質(zhì)溶液a;X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)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(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)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(yīng)式為

。

②Y電極上的電極反應(yīng)式為

,檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是

。

③該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式是

。

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

,電極反應(yīng)式是

。

②Y電極的材料是

,主要電極反應(yīng)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(cè)的支管口處,試紙變藍(lán)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(yàn)Cl2。(2)精煉銅時(shí),粗銅作陽極,精銅作陰極。一

電解原理的應(yīng)用重難歸納1.氯堿工業(yè)的生產(chǎn)過程。2.電鍍銅與精煉銅的比較。(電解質(zhì)溶液均為CuSO4溶液)比較項(xiàng)目電鍍銅精煉銅能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陽極材料純銅粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì))陰極材料鍍件純銅陽極反應(yīng)Cu-2e-══Cu2+Zn-2e-══Zn2+Cu-2e-══Cu2+等陰極反應(yīng)Cu2++2e-══CuCu2++2e-══Cu電解質(zhì)溶液及其濃度變化硫酸銅溶液濃度保持不變反應(yīng)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(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,對乙池電解,乙池是電解池(也是電鍍池)。典例剖析工業(yè)上處理含

的酸性工業(yè)廢水常用以下方法:①往工業(yè)廢水里加入適量的NaCl,攪拌均勻;②用Fe作電極進(jìn)行電解,經(jīng)過一段時(shí)間后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生;③過濾回收沉淀,廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。請回答下列問題。(1)電解時(shí)的電極反應(yīng):陽極為

,陰極為

。

(2)寫出

轉(zhuǎn)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(chǎn)生的?答案:(1)Fe-2e-══Fe2+

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

與Fe2+反應(yīng)的過程中,將消耗大量的H+,使溶液pH增大,促進(jìn)Fe3+、Cr3+水解并最終轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。【拓展延伸】

能否用Cu電極來代替Fe電極?請簡述理由。

學(xué)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(fā)現(xiàn)B上的c點(diǎn)顯紅色。請回答下列問題:(1)電源A的a為

極。

(2)濾紙B上發(fā)生的總反應(yīng)方程式為

。

(3)欲在電鍍槽中實(shí)現(xiàn)鐵上鍍鋅,接通K點(diǎn),使c、d兩點(diǎn)短路,則電極e上發(fā)生的反應(yīng)為

,電極f上發(fā)生的反應(yīng)為

,槽中盛放的電鍍液可以是

或

(只要求填兩種電解質(zhì)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(jù)c點(diǎn)顯紅色,則該極上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-══H2↑,即該極為陰極,與電源的負(fù)極相連,所以a是正極。(2)濾紙B上發(fā)生的總反應(yīng)方程式為2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d兩點(diǎn)短路后,e為陽極,反應(yīng)為Zn-2e-══Zn2+。欲實(shí)現(xiàn)鐵上鍍鋅,則陰極反應(yīng)為Zn2++2e-══Zn。電解液用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。二

電解的有關(guān)計(jì)算重難歸納1.計(jì)算的原則。(1)陽極失去的電子數(shù)等于陰極得到的電子數(shù)。(2)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù)相等。(3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。2.計(jì)算的方法。(1)得失電子守恒法計(jì)算:用于串聯(lián)電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)總反應(yīng)式計(jì)算:先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算。(3)關(guān)系式計(jì)算:借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁,建立計(jì)算所需的關(guān)系式。電解計(jì)算時(shí)常用的定量關(guān)系為4e-~4H+~4OH-~2H2~O2~2Cu~4Ag。3.計(jì)算的步驟。(1)正確書寫電極反應(yīng)式(要注意陽極材料)。(2)當(dāng)溶液中有多種離子共存時(shí),要確定放電離子的先后順序。(3)最后根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。用惰性電極電解100mL飽和食鹽水,生成112mL氫氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),溶液的pH是多少?提示:設(shè)生成NaOH的物質(zhì)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(shí)間變化如下圖所示,根據(jù)圖中信息回答下列問題。(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生氣體的變化。

(2)氯化鈉的物質(zhì)的量濃度為

,硫酸銅的物質(zhì)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(shí),陰極上無氣體生成,故Ⅱ表示陽極產(chǎn)生氣體的變化?！就卣寡由臁?/p>

t2時(shí)所得溶液的pH是多少?學(xué)以致用1.用惰性電極電解硫酸銅溶液。若陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.01mol,陰極無氣體逸出,則陰極上析出銅的質(zhì)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(chǎn)生的氣體為氧氣,由4OH--4e-══2H