第四章 第二节 第2课时 电解原理的应用-【高考领航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步核心辅导与测评（人教版）

第2课时　电解原理的应用 [课标解读]　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　电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。 2．氯碱工业生产流程 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 (1)阳离子交换膜电解槽 (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。 [问题探究]　上图阳离子交换膜电解槽若电路中通过0.1 mol电子，则有0.1NA个Na＋通过交换膜进入阴极区。 　如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　) 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 L Cl2，便产生2 mol NaOH D．通电一段时间后加适量盐酸可以使电解液恢复到通电前的浓度 [解析]　由Na＋的移动方向可以确定左边电极为阳极，右边电极为阴极。阴极发生还原反应，氢气从E口逸出，B口应补充水，同时加入少量NaOH以增强溶液导电性。D口得到氢氧化钠浓溶液，A、B项正确；电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，当有1 mol Cl2生成时，有2 mol NaOH生成，C项正确；通电过程中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为1∶1，因此补充适量的氯化氢气体可以使电解液恢复到通电前的浓度，D项错误。 [答案]　D [拓展探究]　 1．阳极室、阴极室溶液pH变化？ 提示：阳极室pH减小，阳极产生Cl2，Cl2与水反应。阴极室pH增大生成NaOH。 2．若有1 mol Na＋进入阴极室计算E口逸出气体的物质的量？ 提示：0.5 mol H2。 [对点训练1]　在新型冠状病毒感染期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。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被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。 完成下列填空： (1)a为电源的____极，c为电解池的____极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。 (2)d极上发生的电极反应式：________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为____________________________。 解析：电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。 答案：(1)负　阳　(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ 知识点二　电镀　电冶金 1．电镀与电解精炼 电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼 装置 阳极 材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极 材料 镀件金属制品Fe 纯铜 阳极 反应 Cu－2e－===Cu2＋ Cu－2e－===Cu2＋、 Zn－2e－===Zn2＋等 阴极 反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液 变化 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.电冶金 金属冶炼 的本质 使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来，如Mn＋＋ne－===M