第4章 第2节 第2课时 电解原理的应用-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案课件PPT（人教版2019 单选版）

今天为大家示范的是电解饱和食盐水实验。首先，大家要了解本次实验所需要的实验用品、实验仪器有。铁架台聚酯入型管、玻璃棒、胶头滴管、镊子、烧杯、试管、单孔橡胶塞导线、直流电源、酒精灯。实验药品有。饱和食盐水、酚酞溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、淀粉、碘化钾试纸。其他实验用品有。火柴、木条、肺叶、肝、实木棒、铁钉、玻璃片。在U型管倒入饱和食盐水。同时在两边管中加入几滴酚酞试液。插入一根石墨棒作阳极。一根铁钉做阴极。电源正极与石墨棒相连接。电源负极与铁钉相连接。接通直流电源后观察现象。用蒸馏水将淀粉碘化钾试纸润湿。把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的玻璃管口附近，观察是指颜色的变化。检验完气体后，把导管伸入盛有氢氧化钠的试管中。将燃着的木条靠近应急试管口，打开橡胶塞，点燃生成的气体。可以看到，电解饱和食盐水时，阳极上有气泡产生，可闻到刺激性气味，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。阴极上也有气泡产生，阴极区溶液变红。在该实验中，一阳极上有气泡产生，可闻到刺激性气味，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，这是由于阳极上产生了氯气。2、阴极上有气泡产生，这是由于阴极上产生了氢气。3、阴极区溶液变红，这是由于水电离产生的氢离子在阴极不断放电，使阴极附近氢氧根离子的浓度持续增大所致。由实验可知，用石墨电极作阳极电解饱和食盐水，生成氯气、氢气和氢氧化钠，反应过程中，电能转化为化学能。 电解精炼铜以粗铜板作阳极，纯铜板做阴极。通电后，含杂质的铜在阳极不断溶解，活动性比铜差的银、铂金等杂质以单质形式沉积到电解槽底部，形成阳极泥。在阳极同失去电子而溶解，比铜活泼的杂质金属铁也同时失去电子，不活泼的金属金银则以单质形式沉积下来，形成阳极泥。在电流作用下带正电荷的铜离子亚铁离子氢离子向阴极定向移动。在阴极铜离子得到电子被还原为铜原子，而亚铁离子氢离子由于得电子能力比铜离子弱，不能被还原，这样在阴极得到了纯铜。铜铁在阳极失去的电子沿外电路流向阴极铜离子在阴极得到电子被还原。 0 第四章　化学反应与电能 第二节　电解池 第二课时　电解原理的应用 能分析电解在氯碱工业、电镀、电解精炼及电冶金中的反应原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，体会电解对人类社会的重要贡献。 2 学习理解 01 课时作业 05 目录 CONTENTS 探究应用 02 总结提升 04 微专题 03 3 学习理解 1．电解饱和食盐水——氯碱工业 (1)原理 ①通电前，氯化钠溶液中含有的离子是_____________________。通电时，移向阳极的离子是____________，移向阴极的离子是__________。 ②阳极反应式为___________________； 阴极反应式为_________________________ ； 因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显____性。 ③电解的总反应式 化学方程式为___________________________________ ； 离子方程式为__________________________________。 Na＋、Cl－、H＋、OH－ Cl－、OH－ Na＋、H＋ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 碱 学习理解 5 (2)离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图 Cl2 H2 NaOH 淡盐水 学习理解 6 2．电镀 (1)定义 电镀是一种利用______原理在某些金属表面镀上一薄层_______________的加工工艺。 (2)电镀池的构成 电镀过程中，电镀液的性质(包括浓度)不发生变化。 电解 其他金属或合金 镀层金属 待镀金属制品 镀层金属离子 学习理解 7 (3)电解精炼铜 ①原理构造图 纯铜 待精炼的铜 CuSO4溶液 学习理解 8 ②电极反应式 阳极(主要反应)：_________________； 阴极： _________________ 。 待精炼的铜中含有的一些杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，可作为提炼________等贵重金属的原料。 3．电冶金 (1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子_______电子，变成___________的过程：Mn＋＋ne－===M。 Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 金、银 获得 金属单质 学习理解 9 (2)电解熔融的氯化钠可制取金属钠： 阳极反应式：___________________； 阴极反应式： ________________ ； 总反应方程式： __________________________ 。 [注意]　电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 2Cl－－2e－===Cl2↑ Na＋＋e－===Na 学习理解 10 电子的转移 学习理解 11 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)在镀件上电镀铜时，通常用镀层金属作阳极，用硫酸铜溶液作电镀液。 (　　) (2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　) (3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(　　) (4)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　) (5)工业上用电解熔融AlCl3的方法冶炼Al。(　　) × √ × × √ 学习理解 12 探究应用 模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如下图所示： [问题探究] 1．若用如图所示装置模拟氯碱工业，其电解总反应式是什么？用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？ 探究应用 14 2．若模拟电镀生产，在铁件上镀上一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式分别是什么？ 3．若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？电解质溶液中Cu2＋的浓度如何变化？ 提示： a电极为Ag，b电极为铁件，c溶液为AgNO3溶液。阳极反应式：Ag－e－===Ag＋，阴极反应式：Ag＋＋e－===Ag。 提示： a电极为粗铜，b电极用纯铜，c溶液为CuSO4溶液。电解质溶液中Cu2＋浓度减小。 探究应用 15 知识点一　氯碱工业 1．氯碱工业原理 氯碱工业是指电解饱和食盐水制得烧碱、氯气、氢气等产品，工业生产中这个反应是在离子交换膜电解槽中进行的，其装置如图。 探究应用 16 2．氯碱工业中的两注意 (1)Mg2＋、Ca2＋在电解过程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2会堵塞阳离子交换膜，因此粗盐要进行提纯精制后才用于电解。 (2)离子交换膜法电解饱和食盐水制烧碱的主要原理是使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na＋通过，而Cl－、OH－和两极产物H2、Cl2无法通过，因而可以防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而导致爆炸，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应生成NaClO而影响烧碱纯度的作用。 探究应用 17 1．(浙江6月选考)氯碱工业能耗大，通过如图改进 的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　) A．电极A接电源正极，发生氧化反应 B．电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 解析：电极B为阴极，氧气得电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误。 探究应用 18 2.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NaCl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，则下列对电源电极名称和消毒液主要成分判断正确的是(　　) A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl 探究应用 19 探究应用 20 知识点二　电镀、电解精炼与电冶金 　 1．电镀铜与电解精炼铜的比较 电镀铜 电解精炼铜 能量转变 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件 纯铜 探究应用 21 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液及其变化 硫酸铜溶液的浓度保持不变 反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小 [说明]　电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。 探究应用 22 2．电冶金——Al、Mg的冶炼 [注意]　(1)冶炼铝时，用冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂，电解熔融Al2O3。 (2)冶炼Mg时，电解熔融MgCl2，不能电解熔融MgO，因MgO的熔点很高。 探究应用 23 3.粗铜中除含有铜以外，还有少量锌、铁、银、镍(已知还原性：Fe>Ni>Cu)，在如图所示的装置中，用纯铜和粗铜作为两电极进行电解精炼铜，下列有关叙述中，正确的是(　　) A．可检测到电解液中有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋ B．可检测到电解液中有Fe3＋、Zn2＋、Ag＋ C．电解过程中，溶液中的铜离子浓度保持不变 D．通电一段时间后，取出两电极，称得粗铜极减小的质量等于纯铜极增加的质量 探究应用 24 4．如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。 (1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为____极，电极材料是______，电极反应为_________________，电解质溶液可以是_____________________。 (2)乙池中铁极的电极反应为_______________。 (3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为______装置，电解一段时间后，溶液的浓度______。 阴 精铜 Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4溶液(合理即可) Ag＋＋e－===Ag 电镀 不变 探究应用 25 解析：(1)由题图可知，甲池中A极为阴极，B极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，故A为精铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。电解质溶液应为含有Cu2＋的盐溶液，如CuSO4溶液等。 (2)由题图可知，乙池中铁极作阴极，石墨 作阳极，故铁极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag。 (3)若将乙池中的石墨电极改为银电极， 则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。 探究应用 26 微专题 电化学中的离子交换膜 1．离子交换膜的分类与应用 微专题 电化学中的离子交换膜 28 2．离子交换膜类型的判断方法 方法一：根据电解质溶液呈电中性，判断离子交换膜的类型。写出阴、阳两极上的电极反应式→确定电极附近哪种离子有剩余→根据该电极附近溶液呈电中性，判断出离子移动的方向→确定离子交换膜的类型。如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极区的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，得到NaOH溶液，故电解饱和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 方法二：根据实验目的判断离子移动方向，进而判断离子交换膜类型。如利用电渗析法淡化海水，海水中的Na＋等阳离子需要通过阳离子交换膜向阴极移动，Cl－等阴离子需要通过阴离子交换膜向阳极移动，进而判断离子交换膜的类型。 微专题 电化学中的离子交换膜 29 3．离子交换膜在多室电解池中的应用 多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性(只允许带某种电荷的离子通过)将电解池分为两室、三室、四室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 (1)“双膜三室”电解池 在电解装置中，利用两个离子交换膜隔开三个盛有电解质溶液的“室”。如图1所示， “双膜”为离子交换膜a和离子交换膜b， “三室”为Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室。 根据电解的目的不同，离子交换膜a和离子交换膜b可以均是阳离子交换膜，也可以均是阴离子交换膜，还可以一个是阳离子交换膜，一个是阴离子交换膜。 微专题 电化学中的离子交换膜 30 微专题 电化学中的离子交换膜 31 微专题 电化学中的离子交换膜 32 解析：催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，则M是阴极，N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由上述分析可知A、B、C错误。 微专题 电化学中的离子交换膜 33 微专题 电化学中的离子交换膜 34 微专题 电化学中的离子交换膜 35 3．(河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg­CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3­丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 下列说法错误的是(　　) A．放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4 B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移 D．放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2 微专题 电化学中的离子交换膜 36 解析： 充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2＋向阴极迁移，C错误。 电极 过程 电极反应式 Mg 电极 放电 Mg－2e－===Mg2＋ 充电 Mg2＋＋2e－===Mg 多孔碳纳米管电极　 放电 Mg2＋＋2CO2＋2e－===MgC2O4 充电 MgC2O4－2e－===Mg2＋＋2CO2↑ 微专题 电化学中的离子交换膜 37 4．(湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　) A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1 微专题 电化学中的离子交换膜 38 微专题 电化学中的离子交换膜 39 总结提升 本课总结 自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 总结提升 41 随堂提升 1．下列描述中，不符合生产实际的是(　　) A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 总结提升 42 2．若在铜片上镀银，下列叙述正确的是(　　) ①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤需用硫酸铜溶液为电镀液　⑥需用硝酸银溶液为电镀液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 总结提升 43 3．(浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋ 8e－===TiSi＋4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动 总结提升 44 解析： 石墨电极为阳极，A错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D错误。 总结提升 45 4．(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 总结提升 46 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。Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，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。 总结提升 47 5．电化学原理在生产生活中有着广泛的应用。一种利用LiCl、Li2CO3制备金属锂的装置如图所示。 (1)该装置为______池，主要将_____能转化为_______能。 (2)电极N应与电源的_____极相连，发生的电极反应式为______________。 电解 电 化学 负 Li＋＋e－===Li 总结提升 48 (3)每产生标准状况下22.4 L Cl2，将有____ mol Li＋通过隔膜。 (4)每产生1.4 g Li，消耗_____ g Li2CO3。 (5)写出工业上电解饱和食盐水制取氯气与氢氧化钠的离子方程式：________ _________________________________，为获得较纯净的产品，选择_____离子交换膜。 2 7.4 阳 总结提升 49 总结提升 50 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关电解应用的说法中错误的是(　　) A．电解熔融Al2O3可得到金属铝 B．电解熔融NaCl或饱和NaCl溶液可制得单质钠 C．利用电解法可在铁表面镀上一层均匀光滑的银 D．利用电解原理可除去粗铜中的杂质得到高纯度的铜 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 52 2．下面有关电化学的图示，完全正确的是(　　) 解析：A为原电池，锌应为负极；B为电解法精炼铜的装置，粗铜应为阳极；C为电镀池，镀件铁片应该为阴极；D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用碘化钾淀粉溶液检验氯气，阴极析出氢气，用向下排空气法收集。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 53 3．下列有关生活生产中的叙述合理的是(　　) A．铜的精炼工业和电镀铜工业，均可采用CuSO4溶液作电解质溶液 B．铅酸蓄电池放电时，负极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O C．在氯碱工业中，用阳离子交换膜可使氢氧化钠在阳极区域富集 D．用惰性电极电解NaOH溶液，一段时间后，加入一定质量的NaOH固体，能将原溶液恢复 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 54 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 55 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 56 5．在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水 示意图如图。下列说法错误的是(　　) A．碳纳米电极为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．精制饱和NaCl溶液从b处进，NaOH溶液从c处出 D．OH－迁移过交换膜的数量等于导线上通过电子的数量 解析：电解饱和食盐水时氯离子在阳极放电生成氯气，所以碳纳米电极为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A正确；为防止阳极生成的氯气与阴极生成的H2、NaOH发生反应，所以离子交换膜为阳离子交换膜，OH－不迁移，钠离子迁移，故B正确，D错误；Cl2在阳极生成，精制饱和食盐水从阳极进入，即b处进，NaOH在阴极生成，NaOH溶液从c处出，故C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 57 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 58 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 59 7．利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图所示。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。下列说法正确的是(　　) A．制H2时，连接K2 B．产生H2的电极反应式是2H2O－2e－===H2↑＋2OH－ C．连接K1或K2时，电极3分别作阳极和阴极，NiOOH 和Ni(OH)2可相互转化 D．该装置将化学能转化为电能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 60 解析：电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，故A错误；产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B错误；此装置是将光能转化为化学能，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 61 8．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的 CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的 ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是(　　) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．除去CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O C．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O D．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 62 解析：根据已知信息可知，阳极上Cl－失电子生成ClO－，铁不能作阳极，否则阳极反应为铁失电子发生氧化反应，得不到ClO－，故用石墨作阳极，铁作阴极，A正确；阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，离子方程式为2CN－＋ 5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，B错误；阳极上Cl－失电子生成ClO－，电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，C正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 63 9．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是(　　) A．通入氧气的一极为正极，发生的电极反应为O2－4e－＋2H2O===4OH－ B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．反应一段时间后，乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠 D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 64 解析：甲装置为燃料电池，通氧气的一极为正极，电解质为KOH，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故A错误；通甲醚的一极为负极，乙装置中铁为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，X为阳离子交换膜，允许Na＋通过，反应一段时间后，乙装置中铁电极区生成NaOH，故B错误，C正确；丙装置为电解池，精铜作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，粗铜作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，但粗铜中含有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等，这些金属先失电子，使CuSO4溶液的浓度减小，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 65 10．为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是(　　) A．电路中电子的流向随着电极互换而改变 B．电极2上发生的反应为Ag－e－===Ag＋ C．理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变 D．理论上，电路通过1 mol电子时，有0.5 mol Li＋富集在右侧电解液中 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 66 解析：从海水中提取锂，电极1的电极反应式为FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，则电极1为阴极，电极2为阳极，电极3为阴极，电极4为阳极，在电极4上发生氧化反应：LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4。保持电源正负极不变，则电子流向不变，A错误；由上述分析可知，电极2为阳极，海水中有Cl－，则电极2的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，B错误；由上述分析可知，通过相同电量，电极1上附着的Li＋的量和电极4上失去的Li＋的量相等，所以理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，C正确；根据得失电子守恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路通过1 mol电子时，有1 mol Li＋富集在右侧电解液中，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 67 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 68 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 69 负 减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 70 (2)Ag电极的电极反应式是__________________，该电极的电极产物有____g。 (3)Cu电极的电极反应式是_________________，CuSO4溶液的浓度______(填“减小”“增大”或“不变”)。 (4)如图表示电解进行过程中某个物理量x随时间t的变化曲线，其中曲线Ⅰ表示左侧U形管中的变化，曲线Ⅱ表示右侧U形管中的变化，则x表示____ (填序号)。 a．U形管中产生的气体的体积 b．U形管中阳极质量的减少量 c．U形管中阴极质量的增加量 2H＋＋2e－===H2↑ 0.4 Cu－2e－===Cu2＋ 不变 b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 71 解析：根据题意可知，铁电极作阳极，银电极作阴极，阴极连接原电池的负极，所以A是铅酸蓄电池的负极，B是铅酸蓄电池的正极，则铜电极为阳极，锌电极为阴极。 (3)铜电极作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极上铜离子得电子发生还原反应析出铜，电解质溶液的浓度不变。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 72 (4)右侧U形管中不产生气体，左侧U形管中产生气体；当转移电子数相等时，溶解的阳极金属的物质的量相等，但由于铜的摩尔质量大于铁的摩尔质量，所以右侧U形管中阳极减少的质量大于左侧U形管中阳极减少的质量；电解初始阶段左侧U形管中阴极上没有析出固体，其质量不变，右侧U形管中阴极上有铜析出，其质量增大；故x可表示U形管中阳极质量的减少量。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 73 负 H2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 74 Ⅱ.己二腈[NC(CH2)4CN]是一种重要的化工产品，工业上先以丙烯为原料制备丙烯腈(CH2===CHCN)，再用丙烯腈电合成己二腈，总反应式为4CH2===CHCN＋2H2O===2NC(CH2)4CN＋O2↑(已知丙烯腈难溶于水，易溶于有机溶剂)。如图所示为模拟工业电合成己二腈的装置图，回答下列问题： (1)A电极为_____(填“阴”或“阳”)极，其电极反应式 为_________________________________________。 (2)甲室中加入异丙醇的作用是__________。 (3)甲室中得到54 g己二腈时，乙室中质量减少____g。 阴 2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN 作助溶剂 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 75 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时作业 76 　　　　　　　　　　　　　 R 2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up15(电解))2Na＋Cl2↑ 4．电有机合成 (1)概念：许多有机化学反应包含______________，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。 (2)电合成己二腈反应 阳极：________________________ 阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN 总反应：2CH2===CHCN＋H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))NC(CH2)4CN＋eq \f(1,2)O2↑ (3)优点：反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等。 H2O－2e－===eq \f(1,2)O2↑＋2H＋ 提示：电解总反应式：2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。装置的缺点是电解产生的NaOH和Cl2以及H2和Cl2容易混合反应，且生产的NaOH中混有NaCl，纯度低。改进的方法是在两极之间增加阳离子交换膜，阴极区域使用的电解质溶液是NaOH稀溶液。 解析：用石墨作电极电解饱和NaCl溶液的总反应为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，为使Cl2被完全吸收，结合题图可知，应在发生器下端产生Cl2，故下端为阳极，a、b分别为电源负极和正极，发生器底部为Cl－放电生成Cl2，Cl2再与阴极产物NaOH反应生成NaCl和NaClO。 电极反应 总反应 铝 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：Al3＋＋3e－===Al 2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up15(电解),\s\do12(冰晶石)) 4Al＋3O2↑ 镁 阳极：2Cl－－2e－=== Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑ (2)“三膜四室”电解池 在电解装置中，利用三个离子交换膜隔开四个盛有电解质溶液的“室”。以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图2所示： 电解稀硫酸的阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2POeq \o\al(－,2)通过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。 1．(重庆卷)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是(　　) A．电解时电极N上产生OH－ B．电解时电极M上发生氧化反应 C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为2CO2＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2HCOOH＋O2 2．(辽宁卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：eq \f(1,2)H2。下列说法错误的是(　　) A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍 B．阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑ 解析：据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO－，而HCHO转化为HCOO－为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知阳极反应：①HCHO＋OH－－e－―→HCOOH＋eq \f(1,2)H2，②HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。由以上分析可知，转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2H2↑＋O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误。 解析：由题图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2H2↑＋O2↑。由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，D错误。 2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up15(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 解析：(3)标准状况下22.4 L Cl2为eq \f(22.4 L,22.4 L·mol－1)＝1 mol，电极M上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，所以转移2 mol电子，根据电荷守恒可知有2 mol Li＋通过隔膜。 (4)1.4 g Li的物质的量为eq \f(1.4 g,7 g/mol)＝0.2 mol，转移0.2 mol电子，所以电极M上生成0.1 mol Cl2，Cl2和碳酸锂的反应方程式为2Cl2＋2Li2CO3===4LiCl＋2CO2＋O2，根据化学方程式可知消耗0.1 mol Li2CO3，质量为0.1 mol×74 g/mol＝7.4 g。 解析：铜的精炼中粗铜为阳极，纯铜为阴极，硫酸铜溶液为电解质溶液，电镀铜时待镀金属为阴极，铜为阳极，硫酸铜溶液为电镀液，A合理；铅酸蓄电池放电时，Pb为负极，所以负极的电极反应式是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4，B不合理；在氯碱工业中，惰性电极电解饱和食盐水时，阳离子向阴极移动、阴极水放电产生氢气和氢氧根离子，则用阳离子交换膜可使氢氧化钠在阴极区域富集，C不合理；电解氢氧化钠溶液时，阳极产生氧气，阴极产生氢气，所以应加水让电解质溶液恢复至与原来溶液完全一样，D不合理。 4．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池如图所示，电解总反应：2Cu＋H2Oeq \o(=====,\s\up15(通电))Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 6．我国科学家合成了一种新型的Fe­SnO2催化剂，用该催化剂修饰电极，可实现在室温条件下电催化制备铵盐和硝酸盐。下列说法错误的是(　　) A．电解过程中H＋由b极区向a极区迁移 B．电解一段时间，阴极区的pH增大 C．电解一段时间，阳极、阴极消耗N2的 物质的量之比为5∶3 D．阳极反应式为N2＋6H2O－10e－===2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋ 解析：由图可知，a极上N2转化为NHeq \o\al(＋,4)，N元素化合价降低，发生得电子的还原反应，则a极为阴极，阴极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NHeq \o\al(＋,4)，外电路转移6e－时，内电路有6个H＋从b(阳)极通过质子交换膜转移到a(阴)极，但a(阴)极需消耗8个H＋，故阴极区pH增大，A、B正确；b极上N2转化为NOeq \o\al(－,3)，N元素化合价升高，发生失电子的氧化反应，则b极为阳极，阳极反应式为N2－10e－＋6H2O===2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋，D正确；电解过程中阴、阳极得、失电子总数相等，根据电极反应式可知，阴、阳极消耗的N2的物质的量之比为5∶3，C错误。 11．(湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋Heq \a\vs4\al\co1(·)。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－―→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋Heq \a\vs4\al\co1(·)，Heq \a\vs4\al\co1(·)结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH===N—OH：OHC—COOH＋HO—N＋H3―→HOOC—CH===N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH===N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH===N—OH＋4e－＋5H＋===H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6e－＋6H＋===H3N＋CH2COOH＋3H2O，每转移1 mol e－就有1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B错误。 二、非选择题 12．已知铅酸蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \o(,\s\up15(放电),\s\do12(充电))2PbSO4＋2H2O。现用如图装置进行电解实验，测得当铅酸蓄电池中转移0.4 mol电子时，铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题： (1)A是铅酸蓄电池的_____极，铅酸蓄电池正极的电极反应式为______________________________________，放电过程中电解液的密度(忽略电解液的体积变化)______(填“减小”“增大”或“不变”)。 PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O 13．Ⅰ.离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq \o\al(－,7)和AlCleq \o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。 (1)钢制品应接电源的____极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应为___________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_____。 (2)为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为_____mol。 4Al2Cleq \o\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \o\al(－,4) 解析：Ⅰ.(1)电镀时，钢制品为镀件，应作阴极，故应与电源负极相连。根据题意，阴极发生得电子的还原反应，应生成金属铝，电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则Al2Cleq \o\al(－,7)、AlCleq \o\al(－,4)参与电极反应，故阴极的电极反应为4Al2Cleq \o\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \o\al(－,4)。电解AlCl3水溶液时，阴极为H＋得电子生成H2。 (2)铝与NaOH溶液的反应中，还原产物为H2，当反应转移6 mol电子时，生成3 mol H2。 Ⅱ.(1)根据总反应4CH2===CHCN＋2H2O===2NC(CH2)4CN＋O2↑及B电极上产生O2可知，B电极为阳极，则A电极为阴极。阴极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 (3)甲室中得到54 g(0.5 mol)己二腈时，电路中转移电子的物质的量为1 mol，则在阳极产生O2的质量为8 g，同时从乙室通过阳离子交换膜进入甲室的H＋的物质的量也为1 mol，则乙室中减少的总质量为8 g＋1 g＝9 g。 $$今天为大家示范的是氯化铜溶液的电解实验。首先，大家要了解本次实验所需要的实验用品、实验仪器有。铁架台、玻璃棒、胶头滴管、镊子、烧杯、导线、U型管、石墨电极、直流电源。实验药品有。氯化铜溶液，淀粉，碘化钾试纸，蒸馏水。将U型管固定在铁架台的铁夹上。在U型管中注入氯化铜溶液。插入两根石墨棒作电极。与直流电源正极相连的较量。极。与直流电源负极相连的较音极。接通直流电源，观察U型管内的现象。把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，观察是指颜色的变化。切断电源，取出阴极石墨棒，观察现象。可以看到阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色固体，阳极石墨棒上有气泡产生湿润的淀粉，碘化钾是指变成蓝色。在该实验中，氯化铜在水溶液中电离出铜离子和氯离子，在直流电作用下，氯离子在阳极失去电子产生氯气，使湿润的淀粉。碘化钾是指电缆铜离子在阴极上得到电子，还原为金属铜，并沉淀在石墨棒上。由实验可知，氯化铜溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了铜和氯气。实验中需要注意的是因为氯气有毒，所以电解时间不能太长。