专题一 电化学基础与金属防护 第三节 电解与电镀 同步作业

专题一 电化学基础与金属防护 第三节 电解与电镀 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于电解的说法，正确的是（ ） A. 电解是将化学能转化为电能的过程 B. 电解的本质是自发进行的氧化还原反应 C. 电解需要外接电源才能发生 D. 电解池的电极名称与原电池一致（正、负极） 2. 构成电解池的必要条件不包括（ ） A. 外接电源 B. 两个电极 C. 电解质溶液或熔融电解质 D. 活泼性不同的电极材料 3. 电解池中，与电源正极相连的电极是（ ） A. 阴极，发生还原反应 B. 阳极，发生氧化反应 C. 阴极，发生氧化反应 D. 阳极，发生还原反应 4. 电解饱和食盐水时，阴极发生的反应是（ ） A. 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ B. 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ C. 4OH⁻ - 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O D. Na⁺ + e⁻ = Na 5. 下列关于电镀的说法，错误的是（ ） A. 电镀的本质是电解原理的应用 B. 电镀时，待镀金属制品作阴极 C. 电镀时，镀层金属作阳极 D. 电镀过程中，电解质溶液的浓度会持续减小 6. 加工制造中，电解原理的应用不包括（ ） A. 电解精炼铜 B. 金属的电化学腐蚀 C. 电解抛光 D. 电解制氯气 7. 电解氯化铜溶液（CuCl₂）时，阳极的电极反应式是（ ） A. Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu B. 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ C. 2H₂O - 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺ D. H₂O + e⁻ = H₂↑ + OH⁻ 8. 电镀银时，电解质溶液应选择（ ） A. AgNO₃溶液 B. AgCl溶液 C. Ag₂SO₄溶液 D. NaCl溶液 9. 下列关于电解与原电池的对比，正确的是（ ） A. 两者都需要外接电源 B.两者的电极反应类型相同（阳极/负极氧化，阴极/正极还原） C. 两者的能量转化方向相同 D. 两者的电解质作用不同 10. 电解精炼铜时，粗铜应作（ ） A. 阴极 B. 阳极 C. 电解质溶液 D. 外接电源的负极 11. 下列电解实验中，阴极产物为氢气的是（ ） A. 电解硫酸铜溶液（石墨电极） B. 电解熔融氯化钠（石墨电极） C. 电解稀硫酸（铂电极） D. 电解氯化铜溶液（铜电极） （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 电解池是将______能转化为______能的装置，其工作本质是______的氧化还原反应，需外接电源提供能量。 2. 电解池的电极分为______和______；与电源正极相连的是______，发生______反应；与电源负极相连的是______，发生______反应。 3. 电解饱和食盐水的总反应式为______，阴极产物是______和______，阳极产物是______，该反应可用于工业制烧碱、氯气和氢气。 4. 电镀的核心是通过电解使______金属沉积在______金属表面，形成均匀、致密的镀层；电镀时，镀层金属作______，待镀制品作______，电解质溶液为含镀层金属离子的盐溶液。 5. 电解精炼铜时，纯铜作______，粗铜作______，电解质溶液为______溶液；精炼过程中，粗铜中的杂质（如铁、锌）进入溶液，纯铜在阴极析出。 6. 加工制造行业中，电解与电镀的应用广泛：如______用于精密零件的表面处理、______用于纯金属的制备、电解抛光用于改善金属表面粗糙度等。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 电解池工作时，电子从电源负极流出，经导线流向阴极，再通过电解质溶液流向阳极。（ ） 2. 电镀过程中，镀层金属离子在阴极得到电子析出，电解质溶液中镀层金属离子浓度基本保持不变。（ ） 3. 电解熔融电解质时，不需要水参与，可制备活泼金属（如钠、镁、铝）。（ ） 4. 电解精炼铜时，阴极析出的铜纯度可达99.99%以上。（ ） 5. 电解池的阳极一定是金属电极，阴极一定是非金属电极。（ ） 6. 电解稀硫酸时，实质是电解水，阴阳两极产物分别为氢气和氧气。（ ） 7. 电镀时，选择的电解质溶液必须是含镀层金属离子的可溶性盐溶液，且不能含有其他金属离子。（ ） 8. 电解饱和食盐水时，阳极附近溶液的pH值会增大。（ ） 9. 加工制造中，电镀可提高金属制品的耐磨性、耐腐蚀性和美观度。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题（每题10分，共30分） 1. 结合电解与电镀的工作原理分析：① 为什么电解精炼铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极？② 为什么电镀时电解质溶液中镀层金属离子浓度基本不变？ 2. 简述电解与电镀在加工制造行业的重要应用，并举例说明其作用机制及行业价值。 3. 结合生产实践回答：① 某机械加工厂需对一批钢铁零件进行镀锌处理，以提高其耐腐蚀性，设计简要的电镀方案（包括电极选择、电解质溶液、电极反应式），并说明操作时的注意事项。② 电解饱和食盐水是工业制烧碱的核心工艺，若在生产中发现阳极产物氯气的产量下降，可能的原因有哪些？如何解决？   参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. D 3. B 4. B 5. D 6. B 7. B 8. A 9. B 10. B 11. C （二）填空题 1. 电；化学；非自发 2. 阳极；阴极；阳极；氧化；阴极；还原 3. 2NaCl + 2H₂O =2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑；H₂（氢气）；NaOH（氢氧化钠）；Cl₂（氯气） 4. 镀层；待镀；阳极；阴极 5. 阴极；阳极；CuSO₄（硫酸铜） 6. 电镀；电解（或电解精炼、电解制备） （三）判断题 1. × 2. √ 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 简答题 1. ① 电解精炼铜电极选择的原因：电解精炼的目的是去除粗铜中的杂质（如铁、锌、银、金），获得高纯度的纯铜。粗铜作阳极时，阳极发生氧化反应，粗铜中的铜及比铜活泼的杂质（铁、锌）会失去电子进入溶液（Cu - 2e⁻ = Cu²⁺、Fe - 2e⁻ = Fe²⁺、Zn - 2e⁻ = Zn²⁺）；而比铜不活泼的杂质（银、金）不会发生氧化反应，会以阳极泥的形式沉积在电解池底部，便于后续回收。纯铜作阴极时，阴极发生还原反应，电解质溶液中的Cu²⁺（主要来自阳极粗铜的溶解）得到电子析出在纯铜表面（Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu），而溶液中的Fe²⁺、Zn²⁺因还原性弱于Cu²⁺，不会在阴极析出，从而实现铜的提纯。② 电镀时电解质溶液浓度不变的原因：电镀过程中，阳极（镀层金属）发生氧化反应，镀层金属原子失去电子转化为金属离子进入溶液（如镀锌时：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺）；同时，阴极（待镀制品）发生还原反应，溶液中的镀层金属离子得到电子析出在待镀制品表面（如镀锌时：Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn）。阳极溶解的镀层金属离子的物质的量与阴极析出的镀层金属离子的物质的量相等，因此电解质溶液中镀层金属离子的浓度基本保持不变。 2. 电解与电镀在加工制造行业的应用及价值：① 电解精炼与提纯（铜、金、银）：用于制备高纯度金属材料，如电子元件、精密仪器所需的高纯铜、高纯银。作用机制：利用电解原理去除金属中的杂质，获得纯度达99.9%以上的纯金属。行业价值：高纯度金属具有更优良的导电性、导热性和机械性能，能满足精密加工和高端制造的需求。② 电镀（镀锌、镀铬、镀镍）：用于钢铁零件、机械装备的表面处理，如汽车零部件、机床导轨、五金工具的电镀。作用机制：通过电解使镀层金属沉积在工件表面，形成保护膜。行业价值：提高金属制品的耐腐蚀性、耐磨性和美观度，延长使用寿命，降低维护成本。③ 电解抛光与电解加工：用于精密零件的表面处理，如模具、医疗器械的电解抛光；用于复杂形状零件的加工，如异形孔、曲面的电解加工。作用机制：电解抛光时，金属表面凸起部分优先氧化溶解，使表面平整光滑；电解加工时，利用阳极溶解原理去除工件多余材料。行业价值：提高零件表面精度和光洁度，满足精密制造的要求，降低机械加工的难度和成本。④ 工业电解制备（烧碱、氯气、金属钠）：用于化工原料和金属材料的生产，如电解饱和食盐水制烧碱（用于制造肥皂、造纸），电解熔融氯化钠制金属钠（用于合金制造）。作用机制：利用电解原理使电解质发生氧化还原反应，生成目标产物。行业价值：为加工制造行业提供基础原料，支撑产业链的稳定运行。 3. ① 钢铁零件镀锌的电镀方案及注意事项：电镀方案：a. 电极选择：阳极选用纯锌板（镀层金属），阴极选用待镀锌的钢铁零件（待镀制品）；b. 电解质溶液：硫酸锌（ZnSO₄）溶液或氯化锌（ZnCl₂）溶液（含镀层金属离子的可溶性盐溶液）；c. 电极反应式：阳极（锌板）：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；阴极（钢铁零件）：Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn。注意事项：a. 工件预处理：电镀前需将钢铁零件表面的油污、铁锈去除，用砂纸打磨光滑，再用稀盐酸酸洗、蒸馏水清洗，确保表面洁净，否则镀层易脱落、不平整；b. 电解质溶液纯度：避免溶液中混入杂质金属离子（如Fe³⁺、Cu²⁺），否则会影响镀层质量，需定期过滤溶液；c. 控制电解条件：调节电流密度（一般为10-20 A/dm²）和电镀时间，电流密度过大易导致镀层粗糙，过小则镀层过薄；电镀时间根据所需镀层厚度调整（通常为10-30分钟）；d. 环境控制：电镀槽需置于通风良好的环境，避免溶液挥发污染；电镀后用蒸馏水清洗零件，晾干或烘干，防止表面氧化。② 电解饱和食盐水阳极氯气产量下降的原因及解决方法：可能原因：a. 电解质溶液浓度降低：长期电解导致NaCl浓度下降，离子浓度减小，导电能力减弱，反应速率减慢；b. 阳极电极钝化：阳极（如石墨、钛电极）表面被氧化产物或杂质覆盖，导致活性降低；c. 电源电压不足：外接电源电压低于反应所需电压，电解速率减慢；d. 电极接触不良：阳极与电源正极、电极与溶液的接触不良，导致电流减小；e. 溶液中混入杂质：如Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子生成沉淀，附着在电极表面或堵塞电极。解决方法：a. 补充饱和食盐水：定期向电解槽中加入饱和NaCl溶液，维持电解质浓度稳定；b. 清洁阳极电极：定期取出阳极，用砂纸打磨或酸洗去除表面的钝化层和沉淀，恢复电极活性；c. 检查电源和电路：检修外接电源，确保电压达到工艺要求（通常为6-12 V）；检查导线和电极连接点，清除氧化层，保证接触良好；d. 净化电解质溶液：定期过滤溶液，去除杂质沉淀；在溶液中加入适量除杂剂，除去Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子；e. 控制电解温度：适当升高溶液温度（一般为40-60℃），提高离子迁移速率和反应速率，增加氯气产量。 学科网（北京）股份有限公司 $