专题1 第2单元 第4课时 电解原理的应用-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评课件PPT（苏教版2019）

专题1　化学反应与能量变化 第二单元　化学能 与电能的转化 第4课时　电解原理 的应用 预习作业 01 课时作业 02 目录 CONTENTS 预习作业 (建议用时：15分钟) 1．电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气 (1)装置 (2)电极反应 阳极：__________________(________反应) 阴极：______________________________(________反应) (3)化学方程式：________________________________________。 阳 阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 还原 预习作业 Zn－2e－===Zn2＋， Cu－2e－===Cu2＋ 纯铜 2．铜的电解精炼 Cu2＋＋2e－===Cu 金、银等活动性较弱 预习作业 镀层金属　 待镀金属制品 3．电镀 电镀池构成 含镀层金属 离子的溶液 预习作业 解析　电解精炼铜时以硫酸铜溶液为电解质溶液，粗铜作阳极，精铜作阴极，A错误；粗铜作阳极，与电源的正极相连，B错误；Fe比Cu活泼，电解时优先发生失电子的氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，C正确；Fe、Zn等比Cu活泼，电解时Fe、Zn等在阳极发生失电子的氧化反应，生成Fe2＋、Zn2＋等进入电解质溶液中，Ag等活泼性不如Cu的杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D错误。 1．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　) A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阳极上可能发生反应Fe－2e－===Fe2＋ D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案 解析 预习作业 2．若要在铜片上镀银，下列叙述错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的电极反应是Ag＋＋e－===Ag ④在银片上发生的电极反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ⑤可用稀硫酸作电解质溶液 ⑥可用硝酸银溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 答案 预习作业 解析 解析　电镀时，应选用镀层金属作阳极，待镀部件作阴极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在铜片上镀银时，银作阳极，连接电源正极，铜片作阴极，连接电源负极，用硝酸银溶液作电解液。阳极上发生的电极反应是Ag－e－===Ag＋，阴极上发生的电极反应是Ag＋＋e－===Ag。综上分析，答案选C。 预习作业 答案 预习作业 解析 预习作业 4．下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是(　　) A．电解精炼铜时，将电能转化为化学能，电路中每通过2 mol e－，阳极就会溶解64 g铜 B．电解精炼铜时，阳极为粗铜，阴极为精铜，电解过程中电解质溶液不需要更换 C．在铁制器皿上镀铝，熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极 D．电镀过程中电镀液需要不断更换 答案 预习作业 解析 解析　电解精炼铜时，阳极为粗铜，比铜活泼的金属也会参与反应，电路中每通过2 mol e－，阳极溶解的铜的质量小于64 g，A错误；电解精炼铜时，比铜活泼的金属在阳极也会失去电子，而阴极上铜离子得到电子转化为铜单质，溶液中的铜离子浓度减小，因此在电解精炼过程中，需要更换电解质溶液，B错误；电镀过程的实质是在电能的作用下，将阳极上的金属转移到阴极上，因此电镀液不需要更换，D错误。 预习作业 课时作业 (建议用时：40分钟) 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀 一层银。下列有关说法中正确的是(　　) A．通电后，Ag＋向阳极移动 B．银片与电源负极相连 C．该电解池阴极的电极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 解析　铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2．(2022·广东高考)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　) A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化 C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 解析　根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极上Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。由上述分析可知，A、B错误；阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [归纳总结]　 (1)常见的离子交换膜 ①阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 (2)离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 ②能选择性通过离子，起到平衡电荷的作用。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5．我国科研团队将电解食盐水的阳极反应与 电催化还原CO2的阴极反应相耦合，制备CO与次氯 酸盐，阴极区与阳极区用质子交换膜隔开。装置如 图所示，下列说法正确的是(　　) A．b极为电源的负极 B．工作时，阴极附近溶液pH减小 C．工作时，每转移1 mol电子，阴极室和阳极室质量变化相差10 g D．电池工作时，阳极发生的电极反应式为Cl－＋H2O－2e－===ClO－＋2H＋ 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 23 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [易错警示]　 (1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 (2)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7．环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是(　　) A．乙烯应通入阴极区 B．移出交换膜前存在反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO C．使用Cl－ 交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小 D．制备过程的总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8．用碱性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。下列说法中正确的是(　　) A．燃料电池工作时负极反应为H2－2e－===2H＋ B．若要实现铁上镀铜，则a极是铁，b极是铜 C．若要实现电解精炼粗铜，则a极发生氧化反应，b极上有铜析出 D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22．4 L(标准状况)H2时，a极析出64 g铜 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 解析　碱性燃料电池工作时负极通入H2，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=== 2H2O，A错误；若要实现铁上镀铜，则a极(阳极)是铜，b极(阴极)是铁，B错误；若要实现电解精炼粗铜，则a极连接粗铜，发生氧化反应，b极为阴极，Cu2＋得电子，有铜析出，C正确；a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22．4 L(标准状况)H2时，外电路中转移2 mol e－，b极为阴极，析出64 g铜，a极为阳极，有O2生成，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [方法技巧]　多池“串联”类电池 (1)判断电池类型 ①有外接电源时，各电池均为电解池。 ②无外接电源时，燃料电池、铅蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。 ③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。 ④根据电极反应现象判断。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)常用解题步骤 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9．双极膜(BP)在电渗析中应用广泛，它 是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。 双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离 成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧迁 移。利用双极膜电渗析法电解海水可获得淡水、 烧碱和盐酸，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．a、b分别为直流电源的负极、正极 B．一段时间后，阴极室内溶液的pH无明显变化(忽略溶液温度变化) C．一段时间后，收集到气体X与气体Y的体积之比为2∶1 D．碱室中OH－透过交换膜M，酸室中H＋透过交换膜N，二者在盐室中相遇并反应生成H2O 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 解析　H＋(阳离子)移向阴极，则石墨A 电极为阴极，a为直流电源的负极；OH－(阴 离子)移向阳极，则石墨B电极为阳极，b为直 流电源的正极，A正确；阳极(石墨B)：4OH－ －4e－===O2↑＋2H2O，阴极(石墨A)：2H＋＋ 2e－===H2↑，阴极室消耗的H＋由双极膜水层中的H2O解离的H＋来补充，则阴极室内溶液的pH无明显变化，B正确；气体X与气体Y分别为H2、O2，由得失电子守恒可知，一段时间后，收集到H2与O2的物质的量之比为2∶1，体积之比也为2∶1，C正确；盐室中海水变为淡水，即Na＋移向阴极(石墨A)，则交换膜M为阳离子交换膜；Cl－移向阳极(石墨B)，则交换膜N为阴离子交换膜，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10．最近有研究人员利用隔膜电解法处理高浓度的 乙醛废水使其转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙 醛­Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程， 其装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．直流电源a端连接的电极发生氧化反应 B．若以氢氧燃料电池为直流电源，燃料电池的a极应通入H2 C．反应进行一段时间，右侧电极附近酸性减弱 D．电解过程中阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 解析　阳离子向右侧移动，则右侧电极为阴极，则b为负极，a为正极，与a相连的电极为阳极，发生氧化反应，A正确；a极为正极，故燃料电池的a极应通入空气，B错误；右侧为阴极区，其电极反应式为CH3CHO＋2H＋＋2e－=== CH3CH2OH，反应消耗H＋，故电极附近酸性减弱，C正确；阳极区发生氧化反应，乙醛被氧化为乙酸，阴极区发生还原反应，乙醛被还原为乙醇，D正确。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 解析　未指明标准状况，不能用Vm＝22．4 L/mol进行计算，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12．(2023·江西部分学校高三期中联考)我国科学家最近开发双功能催化剂CuWPt，促进甲醇燃料电池(DMFC)放电。某小组以设计的甲醇燃料电池为电源采用电有机合成法制备己二腈，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．在甲池中滴加少量稀硝酸，能降低b极反应的活化能 B．工作时，甲池中H＋由交换膜右侧向左侧迁移 C．阳极电极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN D．32 g CH3OH完全反应时理论上乙池可制备2 mol NC(CH2)4CN 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 解析　根据题意可知，左侧为甲醇燃料电池，充入甲醇的一极为负极，即a电极为负极，b电极为正极；右侧为电解池，c与电源正极相连，为阳极，d与电源负极相连，为阴极。观察图示中反应可知，硝酸作催化剂，促进正极反应，A正确；甲池是原电池，放电时氢离子向正极迁移，即氢离子向b极迁移，B错误；c极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，d极为阴极，阴极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，C错误；32 g CH3OH的物质的量为1 mol，甲池中负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，则转移电子n(e－)＝6 mol，根据d电极反应可知，理论上消耗1 mol CH3OH可制备3 mol NC(CH2)4CN，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 二、非选择题 13．Ⅰ．电解原理在化学工业中有广泛的应用。右图 表示一个电解池，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。 (1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和氯化钠溶液，实验开 始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则： 电解池中X电极上的电极反应式为______________________________，在X电极附近观察到的现象是___________________________。 Y电极上的电极反应式是___________________，检验该电极反应产物的方法是______________________________________________________。 答案 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 有无色气体生成，溶液变红 2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)如要用电解法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则： ①X电极的材料是________，电极反应式是____________________。 ②Y电极的材料是________，电极反应式是__________________(说明：杂质的反应不必写出)。 Ⅱ．一种以甲醇和二氧化碳为原料，利用活性 催化电极，电化学法制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置 的工作原理如图所示。 (1)写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式：___________________________________。 (2)若有1 mol H＋通过质子交换膜，该装置内生成HCOO－和HCOOH共计________mol。 答案 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ 0．75 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 　　　　　　　　　　　　　 R 2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH 3．如图是模拟工业电解饱和食盐水的装置图，下列叙述不正确的是(　　) A．a为电源的负极 B．Fe电极的电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．通电一段时间后，铁电极附近溶液先变红 D．电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 解析　模拟工业电解饱和食盐水，活泼金属不能作阳极，因此铁作阴极、石墨作阳极，a为电源的负极、b为电源的正极，A正确；铁电极上发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液的碱性增强，铁电极周围溶液先变红，B错误，C正确；书写电解总反应式时，条件一定要注明，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，D正确。 3．某生产工艺中用惰性电极电解Na2CO3溶液获得NaHCO3和NaOH，其原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．a极接外电源的负极 B．B出口为H2，C出口为NaHCO3溶液 C．阳极反应为4COeq \o\al(2－,3)＋2H2O－4e－===4HCOeq \o\al(－,3)＋O2↑ D．应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从右侧往左侧移动 解析　根据题图所示，a极逸出O2，是溶液中水电离出的OH－失去电子发生氧化反应，故a极为阳极，应接外电源的正极，A错误；阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B出口为H2，C出口为浓NaOH溶液，B错误；A出口为NaHCO3溶液，阳极反应为4COeq \o\al(2－,3)＋2H2O－4e－===4HCOeq \o\al(－,3)＋O2↑，C正确；阳极区的Na＋需要向阴极区迁移，应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从左侧往右侧移动，D错误。 4．酸性废水中的NHeq \o\al(＋,4)可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为NOeq \o\al(－,3)，再用如图所示的电化学装置除去NOeq \o\al(－,3)，下列有关说法正确的是(　　) A．a端是直流电源的负极 B．该装置将化学能转化为电能 C．图中离子交换膜应为阴离子交换膜 D．阴极的电极反应式为2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O 解析　由图可知电解池的右侧NOeq \o\al(－,3)转化为N2，N由＋5价降为0价，说明右侧电极为电解池的阴极，因此b端为电源的负极，a端为电源的正极，A错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B错误；左侧电极为阳极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，为保持电荷平衡，产生的H＋通过离子交换膜进入右侧，所以离子交换膜应为阳离子交换膜，C错误。 6．电解精炼法提纯镓是以含Zn、Fe、Cu杂质的粗镓为阳极，纯镓为阴极，NaOH水溶液为电解质溶液。通电时，粗镓溶解并以GaOeq \o\al(－,2)形式进入电解质溶液，在阴极放电析出高纯镓(金属活动性顺序为Zn>Ga>Fe)。下列有关电解精炼的说法中，不正确的是(　　) A．阳极主要电极反应式为Ga＋4OH－－3e－===GaOeq \o\al(－,2)＋2H2O B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．在阴极除了析出高纯度的镓之外，还可能有H2产生 D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Fe 解析　由金属活动性顺序可知，阳极上Zn、Ga失电子，发生氧化反应，主要电极反应式为Ga＋4OH－－3e－===GaOeq \o\al(－,2)＋2H2O，A正确；由金属活动性顺序可知，阳极上Zn、Ga失电子发生氧化反应，阴极上GaOeq \o\al(－,2)得电子发生还原反应生成Ga，由得失电子守恒可知阳极质量的减少与阴极质量的增加不可能相等，B错误；在阴极除了析出镓之外，水电离出的H＋也可能在阴极上得电子发生还原反应生成氢气，C正确；由金属活动性顺序可知，Fe、Cu不参与电极反应，沉入电解槽底部形成阳极泥，D正确。 解析　环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根离子，电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；根据分析可知，B正确；根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl－ 交换膜阻止OH－通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O，故D正确。 11．在N­羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是(　　) A．理论上NHPI的总量在反应前后不变 B．海绵Ni电极作阳极 C．总反应为 D．每消耗1 mol苯甲醇，产生22．4 L氢气 CO2＋2e－＋HCOeq \o\al(－,3)===HCOO－＋COeq \o\al(2－,3) $$