1-3 电解与电镀 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

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. 下列关于电解池的说法，正确的是（ ） A. 电解池是将化学能转化为电能的装置 B. 电解池的构成必须有外接电源、电极、电解质溶液和闭合回路 C. 电解池中，电子从阴极经导线流向阳极 D. 电解池工作时，电解质溶液中的离子不参与电极反应，仅起导电作用 2. 加工制造中常用的电解精炼铜工艺，其电解池的电极材料为（ ） A. 阳极是纯铜，阴极是粗铜 B. 阳极是粗铜，阴极是纯铜 C. 正极为粗铜，负极为纯铜 D. 正极为纯铜，负极为粗铜 3. 下列关于电解原理的说法，错误的是（ ） A. 电解池中，阳极发生氧化反应，失去电子 B. 电解池中，阴极发生还原反应，得到电子 C. 电解精炼金属时，杂质金属在阳极被氧化溶解 D. 电解水时，阳极产生氢气，阴极产生氧气 4. 电镀工艺中，镀件应作为电解池的（ ） A. 阳极 B. 阴极 C. 正极 D. 负极 5. 电解饱和食盐水（氯碱工业）时，阳极反应式为（ ） A. 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ B. 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ C. 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ D. 4OH⁻ - 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O 6. 下列关于电镀的说法，正确的是（ ） A. 电镀时，镀层金属作阴极，镀件作阳极 B. 电镀液中必须含有镀层金属的阳离子 C. 电镀过程中，电镀液的浓度会不断降低 D. 电镀的目的是改变镀件的化学性质，增强导电性 7. 加工制造中，电解加工的原理是利用电解反应溶解金属材料。下列说法正确的是（ ） A. 电解加工时，工件作阳极，被氧化溶解 B. 电解加工不需要外接电源，属于原电池反应 C. 电解加工的速率与电流密度无关 D. 电解加工适用于所有金属材料的精密加工 8. 下列电解反应中，阴极产物为金属单质的是（ ） A. 电解稀硫酸溶液 B. 电解氯化钠溶液 C. 电解硫酸铜溶液（阴极用铜片） D. 电解氯化铜溶液（阴极用铂片） 9. 关于电解池电极反应式的书写，错误的是（ ） A. 需遵循电荷守恒和原子守恒 B. 阳极反应式需考虑电极材料是否参与反应 C. 阴极反应式仅与电解质溶液中的阳离子有关 D. 总反应方程式等于阳极反应式与阴极反应式相加，消去电子后得到 10. 加工制造中，为提高电镀层的均匀性和附着力，应采取的措施是（ ） A. 降低电镀液的浓度 B. 增大电极间距 C. 控制适当的电流密度 D. 选用活泼性强的镀件材料 11. 下列关于电解与原电池的区别，说法错误的是（ ） A. 电解池需要外接电源，原电池不需要 B. 电解池将电能转化为化学能，原电池将化学能转化为电能 C. 电解池中阳极发生还原反应，原电池中负极发生氧化反应 D. 电解池和原电池的电极反应都基于氧化还原反应 （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，其工作原理基于______反应，需外接电源提供动力。 2. 电解池的构成要素包括：______、______、______和______；其中______提供电能，驱动电子转移。 3. 电解池中，与外接电源正极相连的电极称为______极，发生______反应；与外接电源负极相连的电极称为______极，发生______反应。 4. 写出电解氯化铜溶液（电极均为石墨）的电极反应式： 阳极：______； 阴极：______； 总反应方程式：______。 5. 电镀的核心是______，镀层金属作______极，镀件作______极，电镀液中含有______；加工制造中，电镀的应用场景有______（金属表面防腐）、______（装饰性镀层）等。 6. 电解精炼铜时，阳极主要反应式为______，阴极反应式为______，杂质金属中活泼性强于铜的金属在______极被氧化溶解。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 电解池工作时，电子通过电解质溶液从阴极流向阳极。（ ） 2. 电镀过程中，镀层金属的阳离子在阴极得到电子，析出金属单质。（ ） 3. 电解饱和食盐水时，阴极产生的OH⁻使溶液呈碱性，可制得烧碱。（ ） 4. 电解池的阳极一定是金属材料，阴极可以是非金属材料。（ ） 5. 加工制造中，电解抛光的原理是利用电解反应使金属表面凸起部分溶解，达到平整光滑的效果。（ ） 6. 电镀时，若电镀液中镀层金属阳离子浓度过低，会导致镀层稀疏、附着力差。（ ） 7. 电解水时，加入少量硫酸的目的是增加水的导电性，硫酸不参与电极反应。（ ） 8. 电解池的总反应方程式一定是氧化还原反应，原电池的总反应方程式不一定是。（ ） 9. 加工制造中使用的电镀工艺，属于物理变化，不涉及化学反应。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 加工制造车间需对钢铁零件进行镀锌处理（电镀锌），以增强防腐性能。请分析：（1）该电镀工艺的电解池构成（阳极、阴极、电镀液）；（2）写出电极反应式和总反应方程式；（3）说明电镀过程中电镀液中Zn²⁺浓度的变化情况及原因。 2. 某学生设计电解饱和食盐水的实验装置：电极均为石墨，外接直流电源，电解质溶液为饱和NaCl溶液。实验观察到阳极产生黄绿色气体，阴极产生无色气体，溶液逐渐变红。请分析：（1）两极产生的气体分别是什么，写出电极反应式；（2）溶液变红的原因；（3）若将阴极材料换成铜片，阴极反应式会发生什么变化，为什么。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列加工制造场景中电解或电镀工艺的原理及优势： （1）机械零件加工中，对钢铁工件进行镀铬处理； （2）电子元件制造中，电解精炼铜以获得高纯度铜； （3）汽车零部件生产中，电解抛光使铝合金表面平整光滑。 2. 某电镀车间在对零件进行镀镍时，出现镀层附着力差、易脱落，且镀层表面有气泡的现象。请分析可能的原因（从电极材料、电镀液、工艺参数等方面说明）；并提出改进措施，以提高镀层质量。 （三）计算题（10分） 1. 电解氯化铜溶液（电极均为石墨）时，若通过电解池的电量为19300C（1mol电子电量为96500C），计算： （1）转移电子的物质的量； （2）阴极析出铜的质量； （3）阳极产生氯气的体积（标准状况下）（写出计算过程）。 2. 电镀铜工艺中，镀件为质量50g的铁制品，电镀后铁制品质量变为50.64g（假设镀层仅为铜）。计算： （1）析出铜的物质的量； （2）转移电子的物质的量； （3）若电镀时电流为0.2A，电镀时间为多长（写出计算过程）。 3. 电解饱和食盐水时，若生成标准状况下2.24L Cl₂，计算： （1）消耗NaCl的质量； （2）生成NaOH的物质的量； （3）若该电解池的电流效率为90%（实际转移电子的物质的量与理论值之比），实际通过电解池的电量为多少（写出计算过程）。 这份作业紧扣加工制造类专业的电解与电镀工业应用，既巩固基础原理，又强化工艺实践与问题分析。如果需要补充特定电镀工艺的工业参数、增加更多精密加工场景案例（如电解蚀刻、脉冲电镀），或调整计算题的难度梯度，欢迎随时告知，我会进一步精准优化内容。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. B 3. D 4. B 5. B 6. B 7. A 8. D 9. C 10. C 11. C （二）填空题 1. 电；化学；氧化还原 2. 外接电源；电极；电解质溶液；闭合回路；外接电源 3. 阳；氧化；阴；还原 4. 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑；Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu；CuCl₂=Cu + Cl₂↑ 5. 电解原理；阳；阴；镀层金属的阳离子；钢铁零件防腐；装饰性镀层（其他合理答案也可） 6. Cu - 2e⁻ = Cu²⁺；Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu；阳 （三）判断题 1. × 2. √ 3. √ 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. × 9. × （二）提升题 （一）简答题 1. （1）电解池构成：① 阳极：锌片（镀层金属）；② 阴极：钢铁零件（镀件）；③ 电镀液：含Zn²⁺的溶液（如硫酸锌溶液ZnSO₄）。 （2）电极反应式：① 阳极：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；② 阴极：Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn；总反应方程式：Zn（阳极）\xlongequal{电解}Zn（阴极）（或无总反应方程式，因阳极溶解的Zn与阴极析出的Zn物质的量相等）。 （3）电镀液中Zn²⁺浓度基本保持不变；原因：阳极每溶解1mol Zn，失去2mol电子，阴极每得到2mol电子，析出1mol Zn，阳极溶解的Zn的物质的量与阴极析出的Zn的物质的量相等，因此电镀液中Zn²⁺浓度几乎不变。 2. （1）① 阳极气体：氯气（Cl₂），电极反应式：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑；② 阴极气体：氢气（H₂），电极反应式：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻。 （2）溶液变红的原因：阴极反应生成OH⁻，使溶液呈碱性，酚酞试液遇碱变红。 （3）若阴极换成铜片，阴极反应式变为：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu（若溶液中存在Cu²⁺）或仍为2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻（若溶液中无Cu²⁺）；原因：阴极反应是阳离子得电子，若溶液中无更易放电的阳离子（如Cu²⁺），则H₂O电离出的H⁺得电子生成H₂；若有Cu²⁺，则Cu²⁺的放电能力强于H⁺，优先得电子析出Cu。 （二）分析题 1. （1）镀铬工艺：原理是电镀原理，阳极为铬片，阴极为钢铁工件，电镀液含Cr³⁺；优势：铬镀层硬度高、耐磨性强，能有效保护钢铁工件免受腐蚀，且外观光亮，适用于机械零件的精密防护。 （2）电解精炼铜：原理是电解原理，阳极为粗铜，阴极为纯铜，电解液为硫酸铜溶液；优势：能去除粗铜中的铁、锌等杂质，获得纯度高达99.99%以上的精铜，满足电子元件对高纯度铜的导电性能要求。 （3）电解抛光：原理是电解反应，工件作阳极，在电解过程中表面凸起部分优先溶解，使表面平整；优势：抛光效率高、表面粗糙度低，能改善铝合金零部件的外观和使用性能，且抛光后表面形成致密氧化膜，增强防腐能力。 2. （1）镀层附着力差、易脱落且有气泡的原因：① 镀件表面未清洁干净，存在油污、氧化膜，导致镀层与镀件结合不紧密；② 电镀液中杂质过多，或Ni²⁺浓度过低，镀层结晶不致密；③ 电流密度过大，阴极反应速率过快，析出的金属镀层疏松，且氢气来不及逸出形成气泡；④ 电镀液pH值不当，影响镀层沉积质量。 （2）改进措施：① 镀前处理：对镀件进行脱脂、酸洗、水洗，去除表面油污和氧化膜，提高表面活性；② 优化电镀液：定期过滤去除杂质，补充Ni²⁺，维持电镀液浓度稳定，调整pH值至适宜范围（如4~6）；③ 控制工艺参数：降低电流密度，使镀层缓慢沉积，保证结晶致密；④ 加强搅拌：促进电镀液循环，减少气泡滞留，提高镀层均匀性。 （三）计算题 1. 解：（1）转移电子的物质的量=电量÷96500C/mol=19300C÷96500C/mol=0.2mol。 （2）阴极反应：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，2mol电子析出1mol Cu，故析出Cu的物质的量=0.2mol÷2=0.1mol；质量=0.1mol×64g/mol=6.4g。 （3）阳极反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑，2mol电子生成1mol Cl₂，故生成Cl₂的物质的量=0.2mol÷2=0.1mol；标准状况下体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L。 答：（1）0.2mol；（2）6.4g；（3）2.24L。 2. 解：（1）析出铜的质量=50.64g - 50g=0.64g；铜的摩尔质量=64g/mol，析出铜的物质的量=0.64g÷64g/mol=0.01mol。 （2）电镀铜时，阴极反应：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，1mol Cu转移2mol电子，故转移电子的物质的量=0.01mol×2=0.02mol。 （3）总电量Q=0.02mol×96500C/mol=1930C；由Q=It得，电镀时间t=Q/I=1930C÷0.2A=9650s≈2.68h。 答：（1）0.01mol；（2）0.02mol；（3）≈2.68h。 3. 解：（1）标准状况下2.24L Cl₂的物质的量=2.24L÷22.4L/mol=0.1mol；电解饱和食盐水阳极反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑，Cl₂与NaCl的物质的量之比=1:2，故消耗NaCl的物质的量=0.1mol×2=0.2mol；质量=0.2mol×58.5g/mol=11.7g。 （2）总反应方程式：2NaCl + 2H₂O=2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑，Cl₂与NaOH的物质的量之比=1:2，故生成NaOH的物质的量=0.1mol×2=0.2mol。 （3）理论转移电子的物质的量=0.1mol×2=0.2mol；电流效率90%，实际转移电子的物质的量=0.2mol÷90%≈0.222mol；实际电量Q=0.222mol×96500C/mol≈21423C。 答：（1）11.7g；（2）0.2mol；（3）≈21423C。 学科网（北京）股份有限公司 $