专题1 第2单元 第4课时 电解原理的应用-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1苏教版（河北专版）（教师用书）

第4课时　电解原理的应用 学习目标 1．化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2．能够运用电解原理和判断电极产物的一般思路，分析氯碱工业、电镀、铜的精炼、金属电冶炼等过程中的能量与物质的转化。 知识点一　氯碱工业 1．氯碱工业概念 用电解__饱和食盐水__的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 2．氯碱工业原理 (1)通电前，氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是__Na＋、Cl－、H＋、OH－__。 (2)通电时，移向阳极的离子是__Cl－、OH－__，__Cl－__在阳极放电，移向阴极的离子是__Na＋、H＋__，__H＋__在阴极放电，因__H＋__放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显__碱__性。 ①电解饱和食盐水的原理示意图 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的__氢气__与阳极产生的__氯气__混合发生爆炸，也能避免__氯气__与阴极产生的氢氧化钠反应而影响__氢氧化钠的产量和质量__。 (3)电极反应式和总反应方程式 ①阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2H＋＋2e－===H2↑； ②总反应的化学方程式为　2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH　； 总反应的离子方程式为　2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－　。 [思考探究] 按如图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为饱和食盐水(同时滴入几滴酚酞)。 (1)实验所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？ (2)用惰性电极电解饱和食盐水的过程中，收集到的Cl2的体积一般小于H2的体积，请分析原因。 (3)接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？ (4)若用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？ 提示　(1)阴极可以更换为活泼金属材料，但不能更换为金属铝等可以与强碱发生反应的金属电极；阳极必须用惰性电极。 (2)Cl2在水中的溶解度比H2大，且Cl2会与电解产生的NaOH反应而被消耗。 (3)接通电源后，阴极区溶液变红色，原因：H2O电离出的H＋放电，使c(OH－)增大，即阴极区产生碱，使溶液变红色。 (4)该装置的缺点是电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，为避免这几种产物混合，需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜，阻止OH－向阳极区移动，使氯气与氢氧化钠不能发生反应，从而制得烧碱、氯气和氢气。 [归纳提升] 1．电解饱和食盐水阴极区溶液呈碱性的原因 放电的H＋来自水，在阴极上得电子生成H2，破坏了水的电离平衡，促进了水的电离，溶液中c(OH－)>c(H＋)，使阴极区溶液呈碱性。 2．交换膜在电解中的应用 (1)离子交换膜的功能：使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。 (2)离子交换膜在电化学中的应用 ①防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸。 ②用于物质的制备、分离、提纯等。 (3)离子交换膜的类型 根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；阴离子交换膜只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过；质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。 3．氯碱工业的生产过程 1．关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是(　　) A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案　B 2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 回答下列问题： (1)写出电解饱和食盐水的离子方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)离子交换膜的作用为______________________