4.3 电解池 第2课时（导学案）化学沪科版选择性必修1

4.3 电解池 课时2 电解原理的应用 一、知识目标 1. 掌握电解饱和食盐水的原理、产物检验方法及总反应，理解离子交换膜在电解饱和食盐水装置中的作用。 1. 理解电冶金的原理，掌握粗铜电解精炼的方法、装置及电极反应，了解电冶金在金属冶炼中的应用。 1. 掌握电镀的定义、目的、构成及原理，能够分析电镀过程中的电极反应和溶液变化。 1. 对比电镀与电解精炼的异同，理解电解质溶液成分及浓度变化的原因，并掌握恢复方法。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识电解生产化工产品、电镀、电冶金等过程的现象和产物；从微观角度分析离子的移动、得失电子等反应实质。 2. 证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，建立电解池应用的模型，理解其原理和规律。 3. 科学态度与社会责任：了解电化学在工业生产中的应用，认识到化学对社会发展的重要贡献，培养环保意识和安全意识。 一、学习重点 1. 电解饱和食盐水的原理及离子交换膜的作用。 2. 电镀和粗铜电解精炼的原理、装置及电极反应。 3. 电冶金的原理和应用。 二、学习难点 1. 理解电解质溶液成分及浓度变化的原因，并掌握恢复方法。 2. 对比电镀与电解精炼的异同。 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＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋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。 3．氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 (2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 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Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋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 (1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。 (2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 （一）问题探究 1. 电解饱和食盐水相关问题 · 请依据电解的基本原理，预测电解饱和食盐水的产物，并设计实验检验。 · 提示：饱和食盐水中存在、、、等离子，通电时离子会定向移动。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 · 思考方向：分析各离子在电极上得失电子的难易程度，从而确定产物。对于产物的检验，要结合各物质的性质选择合适的方法。 · 思考为什么不能用该电解池直接制备、和，如何改进装置？ · 提示：从、和的性质以及它们之间可能发生的反应入手。 · 思考方向：考虑与的反应以及与混合的危险性，然后思考如何控制离子移动来避免这些问题。 2. 电镀相关问题 · 以电镀锌为例，分析其电极反应和溶液变化情况。 · 提示：根据电镀的原理，明确阳极和阴极的材料，分析电极上发生的反应以及溶液中离子浓度的变化。 · 思考方向：阳极是镀层金属锌，会失电子；阴极是待镀金属制品，溶液中的会得电子。根据得失电子守恒分析溶液中离子浓度的变化。 3. 电冶金相关问题 · 思考如何用电解的方法将粗铜精炼成纯铜，分析其装置、电极反应和溶液变化。 · 提示：粗铜中含有锌、银、金等杂质，要考虑这些杂质在电解过程中的行为。 · 思考方向：确定阳极和阴极的材料，分析阳极上不同金属失电子的情况以及阴极上离子得电子的情况，从而分析溶液中离子浓度的变化。 （二）问题思考 4. 在电解饱和食盐水的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极产生氢气 B. 阴极区溶液呈碱性 C. 可以用铁作阳极材料 D. 总反应式为 2. 电解饱和食盐水时，阴极区域变红的原因是（ ） A. 阳极产生的与水反应生成了酸性物质 B. 阴极产生的使溶液呈碱性 C. 阴极区放电，促进水的电离，浓度增大 D. 阳极区放电，使溶液呈碱性 3. 离子交换膜在电解饱和食盐水的装置中起到的作用不包括（ ） A. 将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 B. 选择性地通过离子，起到平衡电荷，形成闭合回路的作用 C. 加快离子的移动速度，提高电解效率 D. 防止与反应以及与混合爆炸 4. 电镀是应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方法，下列关于电镀的说法正确的是（ ） A. 待镀的金属制品作阳极 B. 镀层金属作阴极 C. 用含有镀层金属离子的溶液作电镀液 D. 电镀过程中，电解质溶液的成分和浓度一定不变 5. 在铁制品上镀铜时，下列说法正确的是（ ） A. 铁制品作阳极，铜作阴极 B. 阳极反应式为 C. 阴极反应式为 D. 电镀液可以是硫酸铜溶液 6. 在电镀锌的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极锌片不断溶解，电极反应式为 B. 阴极铜钥匙表面析出一层光亮的白色物质，电极反应式为 C. 电镀过程中，溶液中的浓度逐渐减小 D. 电镀过程中，溶液的保持不变 7. 粗铜中含有锌、银、金等杂质，用电解的方法精炼粗铜时，下列说法正确的是（ ） A. 粗铜作阳极，纯铜作阴极 B. 阳极反应式为，只有铜失电子 C. 阴极反应式为 D. 电解过程中，溶液中的浓度不变 8. 在粗铜电解精炼过程中，阳极泥的主要成分是（ ） A. 铜 B. 锌 C. 银、金等金属 D. 铁 9. 下列金属中，通常用电解法冶炼的是（ ） A. 铁 B. 铜 C. 铝 D. 银 （三）归纳总结 5. 请归纳电解饱和食盐水的原理、产物检验方法及总反应。 · 原理： · 阳极： · 阴极：（或） · 总反应： · 产物检验： · ：点燃法，若能安静燃烧，产生淡蓝色火焰，则为氢气。 · ：用湿润淀粉试纸检验，若试纸变蓝，则有生成。 · ：用酚酞溶液检验，若溶液变红，则有生成。 6. 总结电镀的定义、目的、构成及原理。 · 定义：应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方法。 · 目的：增强抗腐蚀能力、增加美观或表面硬度。 · 构成： · 阳极：镀层金属。 · 阴极：待镀金属制品。 · 电镀液：含有镀层金属离子的溶液。 · 原理： · 阳极： · 阴极： 7. 归纳粗铜电解精炼的装置、电极反应和阳极泥的成分。 · 装置： · 阳极：粗铜。 · 阴极：精铜。 · 电解质溶液：硫酸铜溶液。 · 电极反应： · 阳极：等（还有锌等杂质金属失电子）。 · 阴极：。 · 阳极泥成分：银、金等金属杂质沉积。 8. 对比电镀与电解精炼的异同，完成下列表格。 对比项目 电镀 电解精炼 阳极材料 镀层金属 粗铜（含杂质） 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 、等 阴极反应 溶液变化 浓度不变 浓度减小 1.若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是（ ） ①将铜片接在电源的正极②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应是Ag⁺＋e⁻＝Ag ④在银片上发生的反应是4OH⁻－4e⁻＝O₂↑＋2H₂O ⑤可用CuSO₄溶液作电解质溶液⑥可用AgNO₃溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 3.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是（ ） A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 4.21世纪是钛的世纪，在800～1000°C时电解TiO₂可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是（ ） A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO₂＋4e⁻=Ti＋2O²⁻ D．每生成0.1molTi，转移0.2mol电子 5.一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是（ ） A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H⁺＋2e⁻=H₂↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25mol气体 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 (1)阳极(a极)反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 (2)阴极(b极)反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 (3)总反应： 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋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。 3．氯碱工业产品及其应用 二、电镀　电冶金 1．电镀 (1)电镀：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。 (2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 (3)电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)： 阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。 2．电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质) 阳极材料：粗铜，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：纯铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu； 电解质溶液：Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥。 3．电冶金 (1)金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。 (2)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。 (3)①冶炼金属钠： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 ②冶炼金属镁： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：Mg2＋＋ 2e－===Mg； 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 ③冶炼金属铝： 阳极：6O2－－ 12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al； 总反应：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 考点一　电解原理的应用 1．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(　　) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 2．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．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 3．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　　) A．电解时以纯铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋ D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 4.21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 5．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　) A．装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连 C．装置③闭合电键后，外电路电子由a极流向b极 D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过 6．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　) A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O B．甲溶液可循环利用 C．离子交换膜a是阴离子交换膜 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成 7．氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是(　　) A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．通入空气的电极为负极 C．电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D．a、b、c的大小关系为a>b＝c 8．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) A．图甲的X点要与图乙中的a极连接 B．图乙中b极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜 D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋ 考点二　电解的有关计算 1．在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　) A．1.12 L H2 B．1.12 L O2 C．2.24 L H2 D．2.24 L O2 2．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 3．用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 4．用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为(　　) A．4 B．3 C．2 D．1 考点三　电镀　电解精炼 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．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 2．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 3．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 4．氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是(　　) A．乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳 B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体 C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1)时可制得115.2 g的Cu2O D．由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑ 5．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极　②将银片接在电源的正极　③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 7．海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 考点四　电冶金 1．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(　　) 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2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 2．海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 3．1807年，化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠：4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克通过铁与熔融氢氧化钠作用也制得金属钠：3Fe＋4NaOHFe3O4 ＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　) A．电解熔融氢氧化钠制取金属钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑ B．盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C．若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同 D．目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极 4．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是(　　) A．由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子 B．阳极的电极反应式为2O2－－4e－===O2↑ C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D．装置中石墨电极材料需要定期更换 5．工业上采用电解氧化铝-冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。加入冰晶石的作用是________________，两极的电极反应分别是__________________________、__________________________________，在电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________。 6．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题： (1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。 (2)电解质溶液应选择______________(填字母)。 A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液　C．ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.3 电解池 课时2 电解原理的应用 一、知识目标 1. 掌握电解饱和食盐水的原理、产物检验方法及总反应，理解离子交换膜在电解饱和食盐水装置中的作用。 1. 理解电冶金的原理，掌握粗铜电解精炼的方法、装置及电极反应，了解电冶金在金属冶炼中的应用。 1. 掌握电镀的定义、目的、构成及原理，能够分析电镀过程中的电极反应和溶液变化。 1. 对比电镀与电解精炼的异同，理解电解质溶液成分及浓度变化的原因，并掌握恢复方法。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识电解生产化工产品、电镀、电冶金等过程的现象和产物；从微观角度分析离子的移动、得失电子等反应实质。 2. 证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，建立电解池应用的模型，理解其原理和规律。 3. 科学态度与社会责任：了解电化学在工业生产中的应用，认识到化学对社会发展的重要贡献，培养环保意识和安全意识。 一、学习重点 1. 电解饱和食盐水的原理及离子交换膜的作用。 2. 电镀和粗铜电解精炼的原理、装置及电极反应。 3. 电冶金的原理和应用。 二、学习难点 1. 理解电解质溶液成分及浓度变化的原因，并掌握恢复方法。 2. 对比电镀与电解精炼的异同。 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＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋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。 3．氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 (2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 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Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋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 (1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。 (2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 （一）问题探究 1. 电解饱和食盐水相关问题 · 请依据电解的基本原理，预测电解饱和食盐水的产物，并设计实验检验。 · 提示：饱和食盐水中存在、、、等离子，通电时离子会定向移动。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 · 思考方向：分析各离子在电极上得失电子的难易程度，从而确定产物。对于产物的检验，要结合各物质的性质选择合适的方法。 · 思考为什么不能用该电解池直接制备、和，如何改进装置？ · 提示：从、和的性质以及它们之间可能发生的反应入手。 · 思考方向：考虑与的反应以及与混合的危险性，然后思考如何控制离子移动来避免这些问题。 2. 电镀相关问题 · 以电镀锌为例，分析其电极反应和溶液变化情况。 · 提示：根据电镀的原理，明确阳极和阴极的材料，分析电极上发生的反应以及溶液中离子浓度的变化。 · 思考方向：阳极是镀层金属锌，会失电子；阴极是待镀金属制品，溶液中的会得电子。根据得失电子守恒分析溶液中离子浓度的变化。 3. 电冶金相关问题 · 思考如何用电解的方法将粗铜精炼成纯铜，分析其装置、电极反应和溶液变化。 · 提示：粗铜中含有锌、银、金等杂质，要考虑这些杂质在电解过程中的行为。 · 思考方向：确定阳极和阴极的材料，分析阳极上不同金属失电子的情况以及阴极上离子得电子的情况，从而分析溶液中离子浓度的变化。 （二）问题思考 1. 在电解饱和食盐水的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极产生氢气 B. 阴极区溶液呈碱性 C. 可以用铁作阳极材料 D. 总反应式为 - 答案：BD - 解析： - A选项：阳极是失电子生成，而不是氢气，电极反应式为，A错误。 - B选项：由于在阴极上得到电子而生成，破坏了附近水的电离平衡，促进了水的继续电离，使阴极区溶液中的浓度增大而呈碱性，阴极反应式为（或），B正确。 - C选项：若用铁作阳极，铁会失电子参与反应，不能得到，阳极反应会变为，C错误。 - D选项：总反应式为，D正确。 2. 电解饱和食盐水时，阴极区域变红的原因是（ ） A. 阳极产生的与水反应生成了酸性物质 B. 阴极产生的使溶液呈碱性 C. 阴极区放电，促进水的电离，浓度增大 D. 阳极区放电，使溶液呈碱性 - 答案：C - 解析：在电解饱和食盐水时，阴极上放电生成，破坏了水的电离平衡，水继续电离，浓度增大，溶液呈碱性，使酚酞变红。阴极反应式为（或），C正确。 3. 离子交换膜在电解饱和食盐水的装置中起到的作用不包括（ ） A. 将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 B. 选择性地通过离子，起到平衡电荷，形成闭合回路的作用 C. 加快离子的移动速度，提高电解效率 D. 防止与反应以及与混合爆炸 - 答案：C - 解析：离子交换膜能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止与反应以及与混合爆炸，同时能选择性地通过离子，起到平衡电荷，形成闭合回路的作用，但不能加快离子的移动速度，提高电解效率，C错误。 4. 电镀是应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方法，下列关于电镀的说法正确的是（ ） A. 待镀的金属制品作阳极 B. 镀层金属作阴极 C. 用含有镀层金属离子的溶液作电镀液 D. 电镀过程中，电解质溶液的成分和浓度一定不变 - 答案：C - 解析： - A选项：电镀时，待镀的金属制品作阴极，A错误。 - B选项：镀层金属作阳极，B错误。 - C选项：用含有镀层金属离子的溶液作电镀液，为电镀提供镀层金属离子，C正确。 - D选项：电镀过程中，若阳极金属溶解的量与阴极金属析出的量相等，则电解质溶液的成分和浓度不变，但如果阳极金属还有其他杂质参与反应，溶液成分和浓度可能会改变，D错误。 5. 在铁制品上镀铜时，下列说法正确的是（ ） A. 铁制品作阳极，铜作阴极 B. 阳极反应式为 C. 阴极反应式为 D. 电镀液可以是硫酸铜溶液 - 答案：BD - 解析： - A选项：在铁制品上镀铜时，铁制品作阴极，铜作阳极，A错误。 - B选项：阳极铜失电子，反应式为，B正确。 - C选项：阴极是得电子生成铜，反应式为，C错误。 - D选项：电镀液可以是硫酸铜溶液，提供，D正确。 6. 在电镀锌的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极锌片不断溶解，电极反应式为 B. 阴极铜钥匙表面析出一层光亮的白色物质，电极反应式为 C. 电镀过程中，溶液中的浓度逐渐减小 D. 电镀过程中，溶液的保持不变 - 答案：ABD - 解析： - A选项：阳极锌片失电子溶解，反应式为，A正确。 - B选项：阴极得电子析出锌，反应式为，B正确。 - C选项：根据得失电子守恒，阳极溶解的锌和阴极析出的锌量相等，溶液中的浓度不变，C错误。 - D选项：电镀过程中，溶液中离子浓度基本不变，保持不变，D正确。 7. 粗铜中含有锌、银、金等杂质，用电解的方法精炼粗铜时，下列说法正确的是（ ） A. 粗铜作阳极，纯铜作阴极 B. 阳极反应式为，只有铜失电子 C. 阴极反应式为 D. 电解过程中，溶液中的浓度不变 - 答案：AC - 解析： - A选项：粗铜电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，A正确。 - B选项：阳极上粗铜中排在前面的金属如锌等也会失电子，反应式有、等，B错误。 - C选项：阴极是得电子生成铜，反应式为，C正确。 - D选项：由于阳极上锌等金属溶解，而阴极只有得电子析出铜，根据得失电子守恒，溶解铜的量小于析出铜的量，溶液中的浓度逐渐减小，D错误。 8. 在粗铜电解精炼过程中，阳极泥的主要成分是（ ） A. 铜 B. 锌 C. 银、金等金属 D. 铁 - 答案：C - 解析：粗铜中银、金等金属杂质的失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子，故以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C正确。 9. 下列金属中，通常用电解法冶炼的是（ ） A. 铁 B. 铜 C. 铝 D. 银 - 答案：C - 解析：铁、铜等金属通常用热还原法冶炼，银等不活泼金属可以用热分解法冶炼，而铝等活泼金属通常用电解法冶炼，C正确。 （三）归纳总结 1. 请归纳电解饱和食盐水的原理、产物检验方法及总反应。 · 原理： · 阳极： · 阴极：（或） · 总反应： · 产物检验： · ：点燃法，若能安静燃烧，产生淡蓝色火焰，则为氢气。 · ：用湿润淀粉试纸检验，若试纸变蓝，则有生成。 · ：用酚酞溶液检验，若溶液变红，则有生成。 2. 总结电镀的定义、目的、构成及原理。 · 定义：应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方法。 · 目的：增强抗腐蚀能力、增加美观或表面硬度。 · 构成： · 阳极：镀层金属。 · 阴极：待镀金属制品。 · 电镀液：含有镀层金属离子的溶液。 · 原理： · 阳极： · 阴极： 3. 归纳粗铜电解精炼的装置、电极反应和阳极泥的成分。 · 装置： · 阳极：粗铜。 · 阴极：精铜。 · 电解质溶液：硫酸铜溶液。 · 电极反应： · 阳极：等（还有锌等杂质金属失电子）。 · 阴极：。 · 阳极泥成分：银、金等金属杂质沉积。 4. 对比电镀与电解精炼的异同，完成下列表格。 对比项目 电镀 电解精炼 阳极材料 镀层金属 粗铜（含杂质） 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 、等 阴极反应 溶液变化 浓度不变 浓度减小 1.若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是（ ） ①将铜片接在电源的正极②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应是Ag⁺＋e⁻＝Ag ④在银片上发生的反应是4OH⁻－4e⁻＝O₂↑＋2H₂O ⑤可用CuSO₄溶液作电解质溶液⑥可用AgNO₃溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 【答案】C 【解析】电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在铜片上镀银，铜片作阴极，应接电源负极，①错误；银片作阳极，接电源正极，②正确；铜片作阴极，溶液中Ag⁺得电子发生还原反应Ag⁺＋e⁻＝Ag，③正确；银片作阳极，电极反应为Ag - e⁻ = Ag⁺，④错误；电镀液应含有镀层金属离子，所以应用AgNO₃溶液作电解质溶液，⑤错误，⑥正确。所以错误的是①④⑤，答案选C。 2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 【答案】D 【解析】A. 阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn - 2e⁻ = Zn²⁺、Fe - 2e⁻ = Fe²⁺、Ni - 2e⁻ = Ni²⁺等，A选项错误；B. 阳极失电子的有锌、铁、镍，阴极只有镍离子得电子生成镍单质，根据得失电子守恒，阳极质量减少的量与阴极质量增加的量不相等，B选项错误；C. 电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺，C选项错误；D. 由于氧化性：Fe²⁺<Ni²⁺<Cu²⁺，铜、铂失电子能力比镍弱，所以电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂，没有锌、铁、镍，D选项正确。答案选D。 3.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是（ ） A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 【答案】C 【解析】A. 阳极可以用惰性电极，若用活性电极，阳极金属会失电子，A选项错误；B. 阴极可以用金属电极，B选项错误；C. 电解熔融状态的氯化镁可以得到镁单质和氯气，C选项正确；D. 电解氯化镁的水溶液，阴极是氢离子得电子生成氢气，不能得到镁单质，D选项错误。答案选C。 4.21世纪是钛的世纪，在800～1000°C时电解TiO₂可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是（ ） A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO₂＋4e⁻=Ti＋2O²⁻ D．每生成0.1molTi，转移0.2mol电子 【答案】C 【解析】A. 由图可知，TiO₂在阴极得电子生成Ti，所以a为电源的负极，A选项错误；B. 石墨电极为阳极，发生氧化反应，B选项错误；C. 阴极发生还原反应，TiO₂得电子生成Ti和O²⁻，反应为TiO₂＋4e⁻=Ti＋2O²⁻，C选项正确；D. 由TiO₂＋4e⁻=Ti＋2O²⁻可知，每生成0.1molTi，转移0.4mol电子，D选项错误。答案选C。 5.一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是（ ） A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H⁺＋2e⁻=H₂↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25mol气体 【答案】D 【解析】A. 由图可知，甲池生成铬，发生还原反应，所以甲池为阴极，a为直流电源的负极，A选项错误；B. 阴极是Cr³⁺得电子生成Cr，反应式为Cr³⁺＋3e⁻=Cr，B选项错误；C. 阳极发生氧化反应，水失电子生成氧气和氢离子，氢离子通过A膜进入乙池，乙池中溶液的pH减小，C选项错误；D. 阳极反应为2H₂O - 4e⁻ = O₂↑＋4H⁺，若有1mol离子（氢离子）通过A膜，根据电子守恒，理论上阳极生成0.25mol氧气，D选项正确。答案选D。 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 (1)阳极(a极)反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 (2)阴极(b极)反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 (3)总反应： 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋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。 3．氯碱工业产品及其应用 二、电镀　电冶金 1．电镀 (1)电镀：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。 (2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 (3)电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)： 阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。 2．电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质) 阳极材料：粗铜，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：纯铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu； 电解质溶液：Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥。 3．电冶金 (1)金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。 (2)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。 (3)①冶炼金属钠： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 ②冶炼金属镁： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：Mg2＋＋ 2e－===Mg； 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 ③冶炼金属铝： 阳极：6O2－－ 12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al； 总反应：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 考点一　电解原理的应用 1．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(　　) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 答案　C 解析　由图看出①处为电解池阳极产生氯气，②处为电解池阴极产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。 2．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．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 答案　C 解析　铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为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。 3．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　　) A．电解时以纯铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋ D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 答案　D 解析　电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连，发生氧化反应，阴极与电池的负极相连，发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。 4.21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 答案　C 解析　由O2－的移动方向可知，b为电源正极，A错误；石墨电极作阳极，发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移0.4 mol电子，D错误。 5．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　) A．装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连 C．装置③闭合电键后，外电路电子由a极流向b极 D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过 答案　C 解析　装置①中阳极上氯离子放电生成氯气，故A错误；装置②是电镀装置，待镀铁制品作阴极，应与电源负极相连，故B错误；装置③闭合电键后，a极是负极，因此外电路电子由a极流向b极，故C正确；装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过，故D错误。 6．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　) A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O B．甲溶液可循环利用 C．离子交换膜a是阴离子交换膜 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成 答案　C 解析　A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成，正确。 7．氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是(　　) A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．通入空气的电极为负极 C．电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D．a、b、c的大小关系为a>b＝c 答案　A 解析　题给电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B项错误；由整个电路中得失电子守恒可知，电解池中产生2 mol Cl2，理论上转移4 mol电子，则燃料电池中消耗1 mol O2，C项错误；题给燃料电池的负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D项错误。 8．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) A．图甲的X点要与图乙中的a极连接 B．图乙中b极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜 D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋ 答案　C 解析　题图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，a极生成H2，b极生成Cl2，则a极为阴极，b极为阳极，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A正确；图乙中b极生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；根据反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H＋通过离子交换膜，C错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋，D正确。 考点二　电解的有关计算 1．在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　) A．1.12 L H2 B．1.12 L O2 C．2.24 L H2 D．2.24 L O2 答案　D 解析　溶液中有Cu2＋、H＋及SO、OH－四种离子，得电子能力Cu2＋>H＋，失电子能力 OH－>SO，阴极反应为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。n(Cu)＝＝0.2 mol，n(O2)＝0.1 mol，在标准状况下体积为2.24 L，D正确。 2．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 答案　C 解析　串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成一定物质的量该气体所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒判断气体体积之比。第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。 3．用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 答案　D 解析　将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol×4＝0.8 mol，故D正确。 4．用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为(　　) A．4 B．3 C．2 D．1 答案　C 解析　阳极产生氧气0.005 mol，阴极产生氢气0.005 mol。由2H2O2H2↑＋O2↑可知，阴极产生0.005 mol氢气时，阳极产生氧气0.002 5 mol；由2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑可知，产生n(H＋)＝(0.005 mol－0.002 5 mol)×4＝0.01 mol，c(H＋)＝0.01 mol·L－1，pH＝2。 考点三　电镀　电解精炼 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．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 答案　C 解析　铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为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。 2．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 答案　D 解析　阴极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，故电路中每通过1 mol e－析出1 mol银，故A正确；铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；阳极为镀层金属，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，故C正确；电镀液浓度不变，不需要更换，故D错误。 3．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 答案　D 解析　电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，则电极A为粗铜，电极B为纯铜，A正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B正确；根据电解原理，SO向阳极移动，C正确；阳极泥是阳极区产物，所以膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D错误。 4．氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是(　　) A．乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳 B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体 C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1)时可制得115.2 g的Cu2O D．由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑ 答案　A 解析　C电极上H2O→H2，发生还原反应，则C电极为阴极，Cu电极为阳极，X电极为阴极，Y电极为阳极，b为电源正极，a为电源负极。X电极为阴极，Y电极为阳极，电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，所以乙池中电解后Y极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳，A错误；电压过高时，Cl－会在阳极放电生成Cl2，而SO不会放电，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体，B正确；当外电路有1.93×105 C电量通过时，转移电子的物质的量为＝2 mol，该装置的能量转化率为80%，即有2 mol×80%＝1.6 mol的电子发生氧化还原反应，则生成Cu2O的物质的量为0.8 mol，其质量为115.2 g，C正确。 5．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极　②将银片接在电源的正极　③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 答案　C 解析　电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作电解池的阳极和电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故③正确；在银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；需用硝酸银溶液作电镀液，故⑥正确。 6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 答案　D 解析　电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。 7．海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 答案　C 解析　电解MgCl2获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极时会失电子，所以阳极必须用惰性电极。 考点四　电冶金 1．若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(　　) 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2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 答案　C 解析　根据电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作电解池的阳极和电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故③正确；银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；应用硝酸银溶液作电镀液，故⑥正确。 2．海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 答案　C 解析　电解氯化镁获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能电解熔融状态的氯化镁；在阴极发生的是镁离子得电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极，电极材料会优先失电子，所以阳极必须用惰性电极。 3．1807年，化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠：4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克通过铁与熔融氢氧化钠作用也制得金属钠：3Fe＋4NaOHFe3O4 ＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　) A．电解熔融氢氧化钠制取金属钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑ B．盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C．若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同 D．目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极 答案　C 解析　由4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极OH－放电生成O2和H2O，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A错误；Na的还原性强于Fe，但Na的沸点比Fe低得多，盖·吕萨克法制钠利用了Fe与Na的沸点差异，B错误；由电解原理可知，戴维法制取4 mol Na时转移4 mol电子，但盖·吕萨克法制取4 mol Na时转移8 mol电子，则制得等量的钠时转移的电子总数不同，C正确；用电解熔融氯化钠法制钠时，石墨为阳极，铁为阴极，阳极上Cl－放电，阴极上Na＋放电，D错误。 4．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是(　　) A．由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子 B．阳极的电极反应式为2O2－－4e－===O2↑ C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D．装置中石墨电极材料需要定期更换 答案　B 解析　钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由TiO2制得1 mol金属Ti，消耗2 mol Ca，电解池中阴极反应式为Ca2＋＋2e－===Ca，则生成2 mol Ca外电路中转移4 mol电子，故A正确；阳极上电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，故B错误；电解池总反应为2CaO＋C2Ca＋CO2↑，制备金属钛的反应为2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，所以在制备金属Ti前后，CaO的总量不会减少，故C正确；阳极上电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，C不断被消耗，装置中石墨电极材料需要定期更换，故D正确。 5．工业上采用电解氧化铝-冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。加入冰晶石的作用是________________，两极的电极反应分别是__________________________、__________________________________，在电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________。 答案　作助熔剂，降低熔点　阳极：6O2－－12e－===3O2↑　阴极：4Al3＋＋12e－===4Al　石墨电极被阳极上产生的氧气氧化 6．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题： (1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。 (2)电解质溶液应选择______________(填字母)。 A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液　C．ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。 答案　(1)阳　正　Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋　阴　Cu2＋＋2e－===Cu　(2)B　(3)Ag、Au　(4)0.2 解析　(1)电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，溶液中的Cu2＋得到电子后在阴极放电而析出，附着在阴极上，故粗铜作阳极，纯铜作阴极。(3)在电解时，比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2＋、Zn2＋进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2＋进入溶液；Ag、Au等金属不如铜活泼，沉积在电解槽底部形成阳极泥。(4)Cu2＋在阴极上得到电子形成Cu单质附着在阴极上，若纯铜片增重6.4 g，Cu的物质的量是0.1 mol，由于Cu是＋2价金属，因此电路通过的电子为0.2 mol。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $