高中化學(xué) 專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 4 電解原理的應(yīng)用學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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電解原理的應(yīng)用 【考點(diǎn)精講】 1.電解飽和食鹽水 （1）電極反應(yīng) 陽極反應(yīng)式：2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反應(yīng)） 陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－＝H2↑（還原反應(yīng)） （2）總反應(yīng)方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 離子反應(yīng)方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ （3）應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。 2.電鍍 下圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題： （1）鍍件作陰極，鍍層金屬銀作陽極。 （2）電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。 （3）電極反應(yīng)： 陽極：Ag－e－＝Ag＋； 陰極：Ag＋＋e－＝Ag。 （4）特點(diǎn)：陽極溶解，陰極沉積，電鍍液的濃度不變。 3.電解精煉銅 （1）電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。 （2）電解質(zhì)溶液：含Cu2＋的鹽溶液。 （3）電極反應(yīng)： 陽極：Zn－2e－＝Zn2＋、Fe－2e－＝Fe2＋、Ni－2e－＝Ni2＋、Cu－2e－＝Cu2＋； 陰極：Cu2＋＋2e－＝Cu。 4.電冶金 利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 （1）冶煉鈉 2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑ 電極反應(yīng)： 陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑；陰極：2Na＋＋2e－＝2Na。 （2）冶煉鋁 2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑ 電極反應(yīng)： 陽極：6O2－－12e－＝3O2↑；陰極：4Al3＋＋12e－＝ 4Al。 【典例精析】 例題1 [新課標(biāo)全國卷]粗銅的電解精煉如下圖所示。在粗銅的電解過程中，粗銅板應(yīng)是圖中電極________（填圖中的字母）；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)式為__________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們在電解槽中的存在形式和位置為_________________________。 思路導(dǎo)航：電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液作電解液，比銅活潑的金屬失電子生成離子進(jìn)入溶液，不如銅活潑的金屬形成陽極泥沉積下來。 答案：c Cu2＋＋2e－＝Cu Au、Ag以單質(zhì)的形式沉積在c（陽極）下方，F(xiàn)e以Fe2＋的形式進(jìn)入電解液 例題2 [四川理綜]按下圖電解NaCl的飽和溶液，寫出該電解池中發(fā)生反應(yīng)的總反應(yīng)方程式：________。將充分電解后所得溶液逐滴加入到酚酞試液中，觀察到的現(xiàn)象是________。 思路導(dǎo)航：由于陽極是惰性電極，則電解飽和氯化鈉溶液的方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成的Cl2與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)：Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O，故總反應(yīng)方程式為NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，酚酞試液遇NaOH顯紅色后被NaClO氧化褪色。 答案：NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ 酚酞試液先變紅后褪色 例題3某小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。 （1）該電解槽的陽極反應(yīng)式為___________________________________________。 此時(shí)通過陰離子交換膜的離子數(shù)________（填“大于”、“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)。 （2）制得的氫氧化鉀溶液從出口______（填“A”、“B”、“C”或“D”）導(dǎo)出。 （3）通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請簡述原因_________________________。 （4）若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的反應(yīng)式為_________________________________________________________________。 思路導(dǎo)航：溶液中的OH－在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，從A口導(dǎo)出H2SO4。溶液中的H＋在陰極得到電子產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－＝H2↑，則從C口放出H2，從D口導(dǎo)出KOH溶液。因SO所帶電荷數(shù)大于K＋所帶電荷數(shù)，SO通過陰離子交換膜，K＋通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)。O2、H2、KOH溶液構(gòu)成燃料電池時(shí)，O2在電池正極放電：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－。 答案：（1）4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑ 小于（2）D （3）H＋在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動(dòng)，使c（OH－）>c（H＋） （4）O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 【總結(jié)提升】 有關(guān)電解計(jì)算的方法技巧 （1）利用電極反應(yīng)計(jì)算，應(yīng)用的是陰、陽兩極電子守恒。 （2）利用電解總方程式計(jì)算，應(yīng)用化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比。 （3）電解后溶液的pH計(jì)算，對于只電解水的溶液，就是溶液的濃縮計(jì)算；對于既電解水又電解電解質(zhì)本身的計(jì)算，要求出生成的c（H+）或c（OH－）。 （4）長時(shí)間的電解計(jì)算，要注意溶劑的電解問題。 （5）對于混合溶液的電解計(jì)算，要注意多種離子分段電解的問題。 例題1500 mL KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO）＝0.6 molL－1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是（） A.原混合溶液中c（K＋）為0.2 molL－1 B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子 C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05 mol D.電解后溶液中c（H＋）為0.2 molL－1 思路導(dǎo)航：石墨作電極電解KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：Cu2＋＋2e－＝Cu，2H＋＋2e－＝H2↑。從收集到O2為2.24 L這個(gè)事實(shí)可推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol電子，電解前Cu2＋的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1 mol。電解前后分別有以下守恒關(guān)系：c（K＋）＋2c（Cu2＋）＝c（NO），c（K＋）＋c（H＋）＝c（NO），不難算出：電解前c（K＋）＝0.2 molL－1，電解后c（H＋）＝0.4 molL－1。 答案：A 例題2將等物質(zhì)的量濃度的CuSO4和NaCl等體積混合后，用石墨電極進(jìn)行電解，電解過程中，溶液pH隨時(shí)間t變化的曲線如下圖所示，則下列說法錯(cuò)誤的是（） A.陽極先析出Cl2，后析出O2，陰極先產(chǎn)生Cu，后析出H2 B.AB段陽極只產(chǎn)生Cl2，陰極只產(chǎn)生Cu C.BC段表示在陰極上是H＋放電產(chǎn)生了H2 D.CD段相當(dāng)于電解水 思路導(dǎo)航：由于兩種溶液的體積相等，物質(zhì)的量濃度也相等，即溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等，設(shè)CuSO4和NaCl的物質(zhì)的量各1 mol，電解分3個(gè)階段：[第一階段]陽極：1 mol氯離子失1 mol電子，陰極：0.5 mol銅離子得1 mol電子，因?yàn)殂~離子水解使溶液顯酸性，隨著電解的進(jìn)行，銅離子的濃度降低，酸性減弱，pH將增大。[第二階段]陽極：1 mol氫氧根離子失1 mol電子（來源于水的電離），陰極：0.5 mol銅離子再得1 mol電子，因?yàn)闅溲醺x子消耗，使水溶液中氯離子濃度增大，pH迅速減小。[第三階段]陽極：氫氧根離子失電子，陰極：氫離子得電子，它們都來源于水的電離，實(shí)質(zhì)是電解水，導(dǎo)致溶液的體積減小，使溶液中氫離子濃度增大，pH繼續(xù)減小。 答案：C