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Word教案（鲁科版2019）

第2课时　电解原理的应用 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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [知识梳理] [知识点一]　电解食盐水　 1．电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 2．产物 　产物验证方法： (1)用　湿润的KI­淀粉试纸　检验阳极放出的氯气。 (2)用　酚酞试纸　检验产物NaOH。 [知识点二]　铜的电解精炼　 1．装置 2．粗铜成分 (1)主要成分：　Cu　。 (2)杂质金属：比铜活泼的有　Zn、Fe、Ni　等。 比铜不活泼的有　Ag、Pt、Au　等。 3．电极反应 [易错警示]　(1)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质，同时间段内两电极改变的质量不相等，但两电极通过的电量相等。 (2)电解过程中，阴离子浓度不变，Cu2＋浓度减小，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋浓度增大。 [知识点三]　电镀　 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＋2H2O2NaOH＋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)2Na＋Cl2↑ 铝 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 镁 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg MgCl2(熔融)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＋2H2O2NaOH＋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：＝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～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Cr2O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Cr2O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Cr2O相遇，发生氧化还原反应：6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，使Cr2O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Cr2O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Cr2O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Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，还原Cr2O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＋2H2OMg(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)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　　　　　　　　　 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＋)＝＝1.0×10－3 mol·L－1。 答案：(1)0.032 g　(2)1×10－3 mol·L－1 [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$