2019-2020年高中化學第一章化學反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學能-電解第2課時學案魯科版.doc
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2019-2020年高中化學第一章化學反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學能-電解第2課時學案魯科版 [課標要求] 1．掌握工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿、氫氣和氯氣的原理。 2．了解電鍍、電解精煉的原理及應(yīng)用。 3．能夠應(yīng)用電解原理判斷離子的氧化性或還原性強弱并進行相關(guān)計算。 1．電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑ ＋Cl2↑，其中陽極產(chǎn)物為Cl2，陰極產(chǎn)物為NaOH和H2。 2．電解精煉銅時，粗銅做陽極，精銅做陰極，含有銅離子的溶液為電解 質(zhì)溶液。 3．電鍍時，鍍層金屬做陽極，鍍件做陰極，含鍍層金屬陽離子的電解質(zhì) 溶液做電鍍液。 以下為電解NaCl溶液的裝置示意圖，填寫下面空格。 (1)實驗現(xiàn)象 ①陽極上有黃綠色有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生。 ②陰極上有氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。 (2)實驗結(jié)論：用惰性電極電解飽和食鹽水，生成H2、Cl2和NaOH。 (3)放電順序及電極反應(yīng) ①陽極離子放電順序：Cl－>OH－， 電極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng))。 ②陰極離子放電順序：H＋>Na＋， 電極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng))。 (4)電解反應(yīng)的化學方程式 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 [特別提醒] 因為陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2會發(fā)生反應(yīng)，Cl2和NaOH會發(fā)生反應(yīng)，因此氯堿工業(yè)中常用特殊的電解槽電解飽和食鹽水，為避免電解產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)常用陽離子交換膜將兩極溶液分開，陽離子能通過陽離子交換膜，而陰離子不能通過。 1．關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是( ) A．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無色 B．若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 D．電解時鐵作陽極 解析：選B 陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，因此陽極區(qū)加入KI，因Cl2將I－氧化為I2，溶液呈棕色；陰極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，H＋放電則OH－增多，溶液呈堿性，使酚酞溶液變紅；若用鐵作陽極，電極本身被氧化，不能得到氯氣。 2．某小組設(shè)計電解飽和食鹽水的裝置如右圖，通電后兩極均有氣泡產(chǎn)生，下列敘述正確的是( ) A．銅電極附近觀察到黃綠色氣體 B．石墨電極附近溶液先變紅 C．溶液中的Na＋向石墨電極移動 D．銅電極上發(fā)生還原反應(yīng) 解析：選D A項，電解飽和食鹽水時，若電極為惰性電極，則兩極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣，而現(xiàn)在Cu作電極時仍產(chǎn)生兩種氣體，說明Cu為陰極，石墨為陽極，則石墨電極附近有氯氣產(chǎn)生，錯誤；B項，石墨為陽極，Cu為陰極，氫離子在陰極放電生成氫氣，則銅電極附近溶液先變紅，錯誤；C項，電解池中的陽離子向陰極移動，所以鈉離子向Cu極移動，錯誤；D項，銅電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，正確。 1．銅的電解精練 (1)裝置 (2)電極反應(yīng)式 陽極：Cu(粗銅)－2e－===Cu2＋ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。 (3)雜質(zhì)變化 ①銅的電解精煉過程中，Zn、Ni、Fe等比銅活潑的金屬在陽極放電變成金屬陽離子進入溶液，電極反應(yīng)式分別為Zn：Zn－2e－===Zn2＋；Ni：Ni－2e－===Ni2＋； Fe：Fe－2e－===Fe2＋。 ②不如銅活潑的銀、金、鉑等金屬不放電與其他不溶性雜質(zhì)混在一起沉積在電解池的底部，形成陽極泥。 [特別提醒] (1)粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質(zhì)，同時間段內(nèi)兩電極質(zhì)量改變不相等，但兩電極通過電量相等。 (2)電解過程中，陰離子濃度不變，Cu2＋濃度減小，F(xiàn)e2＋、Zn2＋、Ni2＋濃度增大。 2．電鍍 (1)概念 應(yīng)用電解原理，在金屬或非金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金的過程稱為電鍍。 (2)目的 增強金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。 (3)示例 電鍍時，鍍層金屬做陽極，待鍍金屬制品做陰極，含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液。 鐵釘上鍍銅如下所示： 陰極 待鍍的金屬制品：鐵釘 陽極 鍍層金屬：銅 電鍍液 含有鍍層金屬離子的鹽溶液：CuSO4溶液 裝置圖 電極 反應(yīng) 陽極：Cu－2e－===Cu2＋ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu [特別提醒] 電鍍的特點：“一多、一少、一不變”。 (1)一多：是指陰極上有鍍層金屬沉積； (2)一少：是指陽極上有鍍層金屬溶解； (3)一不變：是指電鍍后，電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)精煉銅裝置中，粗銅做陰極，精銅做陽極。() (2)精煉銅后，電解質(zhì)溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等陽離子。() (3)精煉銅過程中，電解質(zhì)溶液中Cu2＋不變。() (4)精煉銅裝置中，陰極得到32 g銅，陽極電子轉(zhuǎn)移1 mol。(√) (5)精煉銅過程中，OH－在陽極放電，Cu2＋在陰極放電。() 2．下列關(guān)于電解法精煉粗銅的敘述中不正確的是( ) A．粗銅板作陽極 B．電解時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極反應(yīng)為 Cu2＋＋2e－===Cu C．粗銅中所含Ni、Fe、Zn等金屬雜質(zhì)，電解后以單質(zhì)形式沉積槽底，形成陽極泥 D．電解銅的純度可達99.95%～99.98% 解析：選C Fe、Zn、Ni比Cu活潑，電解時首先放電，不會形成陽極泥。 3．在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計正確的是( ) A．鋅做陽極，鐵制品做陰極，溶液中含有鋅離子 B．鉑做陰極，鐵制品做陽極，溶液中含有鋅離子 C．鐵做陽極，鐵制品做陰極，溶液中含有亞鐵離子 D．鋅做陰極，鐵制品做陽極，溶液中含有亞鐵離子 解析：選A 根據(jù)電鍍原理，應(yīng)用鍍層金屬做陽極，鍍件做陰極，含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液做電鍍液。 4．關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是( ) A．都用粗銅作陽極、純銅作陰極 B．電解液的成分都保持不變 C．陽極反應(yīng)都只有Cu－2e－===Cu2＋ D．陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－===Cu 解析：選D A項電鍍時鍍件作陰極；B項電解精煉銅時電解液成分改變；C項電解精煉銅時，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅)，則陽極還會發(fā)生Zn－2e－===Zn2＋的反應(yīng)。 1．計算方法 有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質(zhì)量、溶液的pH及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計算，均可概括為下列三種方法： 電子守恒 法計算 用于串聯(lián)電路，通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等 總反應(yīng) 式計算 先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算 關(guān)系式 計算 根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需要的關(guān)系式 2.等量關(guān)系 (1)當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時， 它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強度相等，同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。 (2)常見電化學計算的對應(yīng)關(guān)系： H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。 如電解中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。 1．把兩個惰性電極插入500 mL的AgNO3溶液中，通入直流電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設(shè)電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是( ) A．27 mg B．54 mg C．108 mg D．216 mg 解析：選B 由題意知電解AgNO3溶液時，陽極生成O2和HNO3，陰極生成Ag，n(H＋)＝cV＝10－30.5＝510－4 (mol)，若設(shè)生成Ag為x，則 Ag ～ H＋ 1 mol 1 mol x 510－4 mol x＝510－4 mol，m(Ag)＝510－4 mol108 gmol－1＝0.054 g＝54 mg。 2．如圖所示，若電解5 min時，測得銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答： (1)電源中X極是________(填“正”或“負”)極。 (2)通電5 min時，B中共收集到224 mL(標準狀況)氣體，溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計)，則通電前c(CuSO4)＝_____________________________ molL－1。 (3)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，則電解后溶液的c(OH－)＝________ molL－1。 解析：(1)銅極增重，說明銀在銅極析出，則銅極為陰極，X為負極。 (2)C中銅極增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，線路中通過0.02 mol電子。由4e－～O2，可知B中產(chǎn)生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL氣體，說明還有112 mL氣體是H2，即Cu2＋全部在陰極放電后，H＋接著放電產(chǎn)生了112 mL H2，則通過0.01 mol 電子時，Cu2＋已完全變?yōu)镃u單質(zhì)。 由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol， 則c(CuSO4)＝＝0.025 molL－1。 (3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－， c(OH－)＝0.1 molL－1。 答案：(1)負 (2)0.025 (3)0.1 [三級訓(xùn)練節(jié)節(jié)過關(guān)] 1．下列描述中，不符合生產(chǎn)實際的是( ) A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極 B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極 C．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極 解析：選A 電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)。電解熔融的Al2O3制Al時，若用Fe作陽極，會發(fā)生Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋移動到陰極上發(fā)生Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不純。 2．電鍍在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌，即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說法中正確的是( ) A．通電后，Ag＋向陽極移動 B．銀片與電源負極相連 C．該電解池的陰極反應(yīng)可表示為Ag＋＋e－===Ag D．當電鍍一段時間后，將電源反接，銅牌可恢復(fù)如初 解析：選C 銅牌上鍍銀，銀為陽極，Ag＋向陰極移動，陰極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag。由于實驗中鍍層不可能非常均勻致密，所以將電源反接，陽極上Cu、Ag均能溶解，銅牌不可能恢復(fù)如初。 3．按下面甲圖裝置進行實驗，若圖乙的x軸表示流入電極的電子的量，則y軸不可能表示的情況是( ) A．c(Ag＋) B．c(NO) C．溶液的pH D．銀棒質(zhì)量 解析：選D 此裝置為鐵上鍍銀，電鍍一段時間后，c(Ag＋)、c(NO)、溶液的pH基本不變，而銀棒質(zhì)量減小。 4．粗銅性脆，要加工成銅絲非常困難，粗銅必須經(jīng)過電解精煉方能被廣泛利用。下列關(guān)于粗銅精煉的敘述中正確的是( ) A．粗銅與電源的正極相連 B．電解過程中，電解質(zhì)溶液中的Cu2＋濃度保持不變 C．電解后，溶液中存在的陽離子只有H＋ D．電解后，電解槽底部的陽極泥毫無價值 解析：選A 當粗銅中的雜質(zhì)Zn、Fe、Ni等在陽極溶解時，Cu2＋在陰極上被還原，因而溶液中Cu2＋的濃度有所降低，B項錯誤；電解后，溶液中存在的Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋等陽離子的氧化性弱于Cu2＋而不被還原，C項錯誤；陽極泥的成分是在陽極上沒有放電的Ag、Au、Pt，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，可以作為提煉這些重金屬的原料，D項 錯誤。 5.電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池，其中a為電解質(zhì)溶液，X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題： (1)X的電極名稱是________(填寫“陽極”或“陰極”)。 (2)若X、Y都是惰性電極。a是飽和食鹽水，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液，一段時間后，Y極上的電極反應(yīng)式為_____________________________________。 (3)若X、Y都是惰性電極，a是CuSO4溶液，電解一段時間后，陽極上產(chǎn)生氣體的體積為0.224 L(標準狀況下)，則陰極上析出金屬的質(zhì)量為________g。 (4)若要用該裝置電解精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則Y電極的材料是________。 (5)若要用電鍍方法在鐵表面鍍一層金屬銀，應(yīng)該選擇的方案是________。(填字母編號) 方案 X Y a溶液 A 銀 石墨 AgNO3 B 銀 鐵 AgNO3 C 鐵 銀 Fe(NO3)3 D 鐵 銀 AgNO3 解析：(1)X電極與電源的負極相連，為陰極。(2)Y電極連接電源的正極，故為電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)陽極反應(yīng)為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，生成0.224 L氧氣，失去電子的物質(zhì)的量為4＝0.04 mol，陰極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，根據(jù)得失電子守恒，析出銅的質(zhì)量為64 gmol－1＝1.28 g。(4)電解精煉銅時，粗銅為陽極連接電源的正極，即Y電極為粗銅。(5)電鍍時，鍍件為陰極，A、B項錯誤；鍍層金屬為陽極，而含鍍層金屬離子的溶液為電鍍液，C項錯誤，D項正確。 答案：(1)陰極 (2)2Cl－－2e－===Cl2↑ (3)1.28 (4)粗銅 (5)D 1．化學在生產(chǎn)和日常生活中有著重要的應(yīng)用。下列說法正確的是( ) A．鐵表面鍍鋅，鐵作陽極 B．工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng)： 2Cl－－2e－===Cl2↑ C．電解法精煉粗銅，用精銅作陽極 D．電解MgCl2飽和溶液，可制得金屬鎂 解析：選B 選項A，鐵應(yīng)該作陰極。選項B，電解飽和食鹽水時，Cl－在陽極失去電子變?yōu)镃l2。選項C，電解法精煉粗銅，應(yīng)該用精銅作陰極，粗銅作陽極。選項D，電解MgCl2飽和溶液，發(fā)生的化學反應(yīng)為MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋Cl2↑＋H2↑，不會產(chǎn)生金 屬鎂。 2．利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是( ) A．電解時以精銅為陽極，以CuSO4溶液為電解液 B．電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng) C．粗銅連接電源負極，其電極反應(yīng)是Cu－2e－===Cu2＋ D．電解結(jié)束后，電解質(zhì)溶液的濃度保持不變 解析：選B 電解時精銅為陰極，粗銅為陽極，A項錯誤；溶液中Cu2＋在陰極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，B項正確；粗銅應(yīng)該連接電源正極，C項錯誤；陽極上Fe、Zn、Cu失電子，陰極上只有Cu2＋得電子，電解結(jié)束后，電解質(zhì)溶液中的Cu2＋濃度減小，D項錯誤。 3.如圖是電解飽和NaCl溶液的實驗裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)判斷中正確的是( ) A．a(chǎn)為正極、b為負極 B．c為陰極、d為陽極 C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變 解析：選A 由電子流向可知，a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極，c極：2Cl－－2e－===Cl2↑；d極：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D項均錯。 4．用電化學方法提取廢棄定影液中的銀，同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子，下列方案正確的是( ) 解析：選D 要用電化學方法提取廢棄定影液中的銀，同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子，則應(yīng)該用電解原理，因此陰極應(yīng)該是銀，陽極可以是惰性電極，例如碳棒，答案選D。 5．如圖所示能驗證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物的裝置是(圖中電極均為惰性電極)( ) 解析：選D 與電源正極相連的是電解池的陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去的電子回到正極；與電源負極相連的是電解池的陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，接受負極輸出的電子。據(jù)此判斷，D圖右電極為陽極，發(fā)生反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，可觀察到碘化鉀淀粉溶液變藍；左電極為陰極，發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可觀察到陰極區(qū)溶液變紅，收集的氣體經(jīng)點燃可證明為氫氣。 6．金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，則下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2＋下載提示(請認真閱讀)
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