第1章 第3节 第2课时 电解原理的应用-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步课件PPT（鲁科版2019）

鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 课标要点 核心素养 1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用 2．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理 3．能根据电解池的工作原理设计简单的电解池 1.证据推理与模型认知 2.科学探究与创新意识 3.科学态度与社会责任 (1)能对复杂的电解问题中的关键要素进行分析以建构相应的模型 (2)能认识和构建电解池装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件和适用范围 能用数据、图表、符号等处理实验信息 能对实验中的“异常”现象和已有结论进行反思、质疑和提出新的实验设想，并进一步付诸实施 能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献，主动关心与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题，形成与环境和谐共处。合理利用自然资源的观念 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 教材梳理探新知 重难突破释疑惑 课时评价提能力 随堂自测夯基础 鲁科化学·选择性必修一 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1．定义：应用　电解　原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 2．目的：增强金属的　抗腐蚀　能力、耐磨性或改善金属制品的外观。 3．根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案 电 镀 原 理 阳极： Cu－2e－ ===Cu2＋ 阴极： 　Cu2＋＋2e－　 　===Cu　 电 镀 方 案 电极 阳极　铜片　阴极： 　铁钉　 电镀液 　CuSO4　 溶液 镀件 铁钉 [微点拨]　电镀的特点：“一多、一少、一不变”。 (1)一多：是指阴极上有镀层金属沉积； (2)一少：是指阳极上有镀层金属溶解； (3)一不变：是指电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)氯碱工业中，阳极区产生H2和NaOH。( × ) (2)精炼铜装置中，粗铜作阴极，精铜作阳极。( × ) (3)精炼铜过程中，电解质溶液中c(Cu2＋)不变。( × ) (4)电镀装置中，镀件作阴极，镀层金属作阳极。( √ ) (5)电镀过程中，电解质溶液的浓度减小。( × ) 解析：(1)氯碱工业中，阴极区产生H2和NaOH，阳极区产生Cl2。 (2)精炼铜装置中，粗铜作阳极，精铜作阴极。 (3)精炼铜过程中，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 (5)电镀过程中，电解质溶液的浓度不变。 2．做一做　铁钉上镀铜如下所示： 阴极 待镀的金属制品：　铁钉　 阳极 镀层金属：　铜　 电镀液 含有镀层金属离子的盐溶液；　CuSO4溶液　 装置图 电极 反应 阳极：　Cu－2e－===Cu2＋　 阴极：　Cu2＋＋2e－===Cu　 电解原理的应用 (素养养成——证据推理与模型认知) [实验素材] 实验目的：模拟电解原理的应用。实验装置：如图所示： [思考探究] 1．若用如图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式和总反应式分别是什么？用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？ 提示：若用如图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c是NaCl溶液、电极a、电极b的电极材料分别为Pt电极或石墨。电解时，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，电解的总反应式为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。该装置的缺点是生成的NaOH和Cl2以及Cl2与H2容易混合反应。改进的方法是在两极之间加一个离子交换膜。 2．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？ 提示：若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电极a是Cu，电极b是铁制品，电解质溶液是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。 3．若用如图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式分别是什么？电镀过程中电解质溶液中Cu2＋的浓度如何变化？ 提示：若用如图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c为CuSO4溶液、电极a为粗铜、电极b的电极材料是纯铜。 电解精炼过程中，阳极上发生的反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋，阴极上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电镀过程中电解质溶液中Cu2＋的浓度先减小后保持不变。 [核心突破] 1．工业电解食盐水制备烧碱 工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。 如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，可知溶液A的溶质是NaOH。 2．铜的电解精炼与电镀铜对比 电解精炼铜 电镀铜 电极 材料 阴极 精铜 镀件 阳极 粗铜 纯铜 电极反 应式 阳极 Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋等 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu(精铜) Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 浓度的变化 Cu2＋减少，比铜活泼的金属阳离子进入溶液 电解质溶液成分及浓度均不变 3.常见活泼金属的电冶法 金属 电极反应式 总反应式 钠 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))2Na＋Cl2↑ 铝 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑ 镁 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))Mg＋Cl2↑ [典例示范] [典例1]　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：D　[由钠离子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，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＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，当有1 mol氯气生成时，有2 mol氢氧化钠生成，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。] [刨根问底] (1)如图所示，A、B、C、D、E、F表示的物质分别是什么？ (2)阳离子交换膜的作用是什么？ 提示：(1)精制饱和食盐水、NaOH的水溶液、淡盐水、NaOH的浓溶液、H2、Cl2。 (2)既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 [学以致用] 1．如图中能验证饱和食盐水(含酚酞)的电解产物的装置是(下列各图中的电极均为惰性电极)(　　) 解析：D　[电解饱和食盐水时，阳极产物是Cl2，阴极产物是H2、NaOH，根据图中的电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D选项符合题意。] 2．关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　) A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B．电解液的成分都保持不变 C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋ D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu 解析：D　[A项电镀时镀件作阴极；B项电解精炼铜时电解液成分改变；C项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质(如锌)，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。] 有关电解计算的方法 (素养养成——变化观念与平衡思想) 1．根据电子守恒法计算 用于串联电路中各电极产物的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 2．根据总反应方程式计算 先写电极反应式，再写总反应方程式，最后根据总反应方程式计算。 3．根据关系式计算 根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。 [典例示范] [典例2]　将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(　　) A．3.36 L　　　　　　　　　 B．5.6 L C．6.72 L D．13.44 L [思维建模]　解答有关电解计算思路如下： 解析：B　[根据电解原理，阴、阳两极发生的电极反应为阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。由题意知，在阴极上析出Cu：eq \f(19.2 g,64 g·mol－1)＝0.3 mol，则转移电子0.6 mol，根据电子得失守恒分析，阳极上除Cl－放电外，OH－也会放电产生O2，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，经计算可知得到Cl2 0.2 mol，得到O2 0.05 mol，故阳极放出气体的总体积为(0.2 mol＋0.05 mol)×22.4 L·mol－1＝5.6 L。] [易错提醒] (1)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总电池反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。 (2)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。 [学以致用] 3．用惰性电极电解硫酸铜溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.01 mol，阴极无气体逸出，则阴极上析出铜的质量为(　　) A．0.64 g　　　　　　　　　 B．1.28 g C．2.56 g D．5.12 g 解析：B　[用惰性电极电解硫酸铜溶液，在阳极产生的气体为氧气，由4OH－－4e－===2H2O＋O2↑知，产生0.01 mol的氧气转移0.04 mol电子，则根据得失电子守恒可知Cu2＋＋2e－===Cu，可推出，应析出0.02 mol的铜，其质量为1.28 g。] 4．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的氯化铜溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是(　　) A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 解析：A　[由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出铜，b极上析出氯气，c极上析出银，d极上析出氧气。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～eq \f(1,2)O2。所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。] [素养提升] 工业上处理含Cr2Oeq \o\al(2－,7)的酸性工业废水常用以下方法： ①往工业废水里加入适量的NaCl，搅拌均匀； ②用Fe作电极进行电解，经过一段时间后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生； ③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。原理示意图如图所示： 试回答； (1)分析电极A、B的名称，并写出电极反应式。 (2)电解过程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎样产生的？ (3)往工业废水里加入适量的NaCl的作用是什么？能否用稀硫酸？ (4)能否用Cu电极来代替Fe电极？简述理由。 (5)若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44 L(标准状况)时，计算处理的废水中Cr2Oeq \o\al(2－,7)的物质的量。 解析：(1)提示：从图可知B区产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，为阴极反应，故B电极为阴极；则A电极为阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。 (2)提示：产生的Fe2＋在向阴极移动的过程中与向阳极移动的Cr2Oeq \o\al(2－,7)相遇，发生氧化还原反应：6Fe2＋＋Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，使Cr2Oeq \o\al(2－,7)转化为Cr3＋，同时Fe2＋也转化为Fe3＋，在以上电解的阴极反应及Fe2＋与Cr2Oeq \o\al(2－,7)的氧化还原反应中消耗了大量的H＋，溶液的pH不断变大，碱性逐渐增强，因此Fe3＋、Cr3＋生成相应的Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。 (3)提示：增强溶液的导电性。不能用稀硫酸代替，因为铬元素最终以沉淀Cr(OH)3的形式除去，若用稀硫酸则不利于沉淀的生成。 (4)提示：不能；因为阴极产生的Cu2＋不能将Cr2Oeq \o\al(2－,7)还原为Cr3＋。 (5)提示：0.1 mol。生成13.44 L H2，转移电子1.2 mol，根据电子守恒生成0.6 mol Fe2＋，则根据Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，还原Cr2Oeq \o\al(2－,7)的物质的量为0.1 mol。 1．(双选)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是(　　) A．铁表面镀锌，铁作阳极 B．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ C．电解法精炼粗铜，用精铜作阴极 D．电解MgCl2饱和溶液，可制得金属镁 解析：BC　[选项A，铁作阳极，铁要溶解，铁应该作阴极。选项B，Cl－在阳极失电子能力大于OH－，电解饱和食盐水时，Cl－在阳极失去电子变为Cl2。选项C，电解法精炼粗铜，用精铜作阴极，粗铜作阳极。选项D，电解MgCl2饱和溶液，发生的化学反应为MgCl2＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))Mg(OH)2＋Cl2↑＋H2↑，不会产生金属镁，电解熔融的MgCl2能制取单质镁，发生的反应为MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))Mg＋Cl2↑。] 2．下列图示中关于铜电极的连接，错误的是(　　) 　A．铜锌原电池　　　 B．电解精炼铜 　C．镀件上镀铜　　　　D．电解氯化铜溶液 解析：C　[A.原电池中易失电子的金属作负极，Cu、Zn、稀硫酸原电池中，锌易失电子作负极、Cu作正极，故A正确；B.电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、精铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液，其连接正确，故B正确；C.电镀时，镀层作阳极、镀件作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液，其连接错误，故C错误；D.电解氯化铜溶液时，可以用石墨作阳极、铜作阴极，石墨连接电池正极、铜连接电池负极，故D正确。] 3．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　) A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 解析：D　[用电解法制备高纯度的镍时，用纯镍作阴极，粗镍作阳极，含Ni2＋的溶液作电解质溶液。其中阳极反应式：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋；阴极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni。因此电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加并不相等。电解质溶液中存在的阳离子有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋。阳极泥中只有Cu和Pt。] 4．将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。 (1)当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是　________　。 (2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液中c(H＋)是　________　。 解析：(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴极电极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1.0×10－3mol的OH－放电时，此时转移电子为1.0×10－3 mol，则在阴极上析出Cu的质量为0.032 g。 (2)阳极： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4 mol　　　　　　　1 mol n　　　　　　　　　eq \f(5.6×10－3 L,22.4 L·mol－1) n＝1.0×10－3 mol，即消耗1.0×10－3 mol OH－，生成1.0×10－3 mol H＋， 则c(H＋)＝eq \f(1.0×10－3 mol,1 L)＝1.0×10－3 mol·L－1。 答案：(1)0.032 g　(2)1×10－3 mol·L－1 [课堂小结] $$