高中化學(xué) 專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 4 電解原理的應(yīng)用學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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電解原理的應(yīng)用【考點(diǎn)精講】1.電解飽和食鹽水（1）電極反應(yīng)陽極反應(yīng)式：2Cl2eCl2（氧化反應(yīng)）陰極反應(yīng)式：2H2eH2（還原反應(yīng)）（2）總反應(yīng)方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2離子反應(yīng)方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2（3）應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。2.電鍍下圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：（1）鍍件作陰極，鍍層金屬銀作陽極。（2）電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。（3）電極反應(yīng)：陽極：AgeAg；陰極：AgeAg。（4）特點(diǎn)：陽極溶解，陰極沉積，電鍍液的濃度不變。3.電解精煉銅（1）電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。（2）電解質(zhì)溶液：含Cu2的鹽溶液。（3）電極反應(yīng)：陽極：Zn2eZn2、Fe2eFe2、Ni2eNi2、Cu2eCu2；陰極：Cu22eCu。4.電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。（1）冶煉鈉2NaCl（熔融）2NaCl2電極反應(yīng)：陽極：2Cl2eCl2；陰極：2Na2e2Na。（2）冶煉鋁2Al2O3（熔融）4Al3O2電極反應(yīng)：陽極：6O212e3O2；陰極：4Al312e 4Al。【典例精析】例題1 新課標(biāo)全國(guó)卷粗銅的電解精煉如下圖所示。在粗銅的電解過程中，粗銅板應(yīng)是圖中電極_（填圖中的字母）；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們?cè)陔娊獠壑械拇嬖谛问胶臀恢脼開。思路導(dǎo)航：電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液作電解液，比銅活潑的金屬失電子生成離子進(jìn)入溶液，不如銅活潑的金屬形成陽極泥沉積下來。答案：c Cu22eCu Au、Ag以單質(zhì)的形式沉積在c（陽極）下方，F(xiàn)e以Fe2的形式進(jìn)入電解液例題2 四川理綜按下圖電解NaCl的飽和溶液，寫出該電解池中發(fā)生反應(yīng)的總反應(yīng)方程式：_。將充分電解后所得溶液逐滴加入到酚酞試液中，觀察到的現(xiàn)象是_。思路導(dǎo)航：由于陽極是惰性電極，則電解飽和氯化鈉溶液的方程式為2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，生成的Cl2與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)：Cl22NaOHNaClNaClOH2O，故總反應(yīng)方程式為NaClH2ONaClOH2，酚酞試液遇NaOH顯紅色后被NaClO氧化褪色。答案：NaClH2ONaClOH2 酚酞試液先變紅后褪色例題3某小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。（1）該電解槽的陽極反應(yīng)式為_。此時(shí)通過陰離子交換膜的離子數(shù)_（填“大于”、“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)。（2）制得的氫氧化鉀溶液從出口_（填“A”、“B”、“C”或“D”）導(dǎo)出。（3）通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請(qǐng)簡(jiǎn)述原因_。（4）若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的反應(yīng)式為_。思路導(dǎo)航：溶液中的OH在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH4e2H2OO2，所以在B口放出O2，從A口導(dǎo)出H2SO4。溶液中的H在陰極得到電子產(chǎn)生H2：2H2eH2，則從C口放出H2，從D口導(dǎo)出KOH溶液。因SO所帶電荷數(shù)大于K所帶電荷數(shù)，SO通過陰離子交換膜，K通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)。O2、H2、KOH溶液構(gòu)成燃料電池時(shí)，O2在電池正極放電：O24e2H2O4OH。答案：（1）4OH4e2H2OO2 小于（2）D（3）H在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動(dòng)，使c（OH）c（H）（4）O22H2O4e4OH【總結(jié)提升】有關(guān)電解計(jì)算的方法技巧（1）利用電極反應(yīng)計(jì)算，應(yīng)用的是陰、陽兩極電子守恒。（2）利用電解總方程式計(jì)算，應(yīng)用化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比。（3）電解后溶液的pH計(jì)算，對(duì)于只電解水的溶液，就是溶液的濃縮計(jì)算；對(duì)于既電解水又電解電解質(zhì)本身的計(jì)算，要求出生成的c（H+）或c（OH）。（4）長(zhǎng)時(shí)間的電解計(jì)算，要注意溶劑的電解問題。（5）對(duì)于混合溶液的電解計(jì)算，要注意多種離子分段電解的問題。例題1500 mL KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO）0.6 molL1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是（）A.原混合溶液中c（K）為0.2 molL1B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05 molD.電解后溶液中c（H）為0.2 molL1思路導(dǎo)航：石墨作電極電解KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液，陽極反應(yīng)式為4OH4e2H2OO2，陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：Cu22eCu，2H2eH2。從收集到O2為2.24 L這個(gè)事實(shí)可推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，所以Cu2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol電子，電解前Cu2的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1 mol。電解前后分別有以下守恒關(guān)系：c（K）2c（Cu2）c（NO），c（K）c（H）c（NO），不難算出：電解前c（K）0.2 molL1，電解后c（H）0.4 molL1。答案：A例題2將等物質(zhì)的量濃度的CuSO4和NaCl等體積混合后，用石墨電極進(jìn)行電解，電解過程中，溶液pH隨時(shí)間t變化的曲線如下圖所示，則下列說法錯(cuò)誤的是（）A.陽極先析出Cl2，后析出O2，陰極先產(chǎn)生Cu，后析出H2B.AB段陽極只產(chǎn)生Cl2，陰極只產(chǎn)生CuC.BC段表示在陰極上是H放電產(chǎn)生了H2D.CD段相當(dāng)于電解水思路導(dǎo)航：由于兩種溶液的體積相等，物質(zhì)的量濃度也相等，即溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等，設(shè)CuSO4和NaCl的物質(zhì)的量各1 mol，電解分3個(gè)階段：第一階段陽極：1 mol氯離子失1 mol電子，陰極：0.5 mol銅離子得1 mol電子，因?yàn)殂~離子水解使溶液顯酸性，隨著電解的進(jìn)行，銅離子的濃度降低，酸性減弱，pH將增大。第二階段陽極：1 mol氫氧根離子失1 mol電子（來源于水的電離），陰極：0.5 mol銅離子再得1 mol電子，因?yàn)闅溲醺x子消耗，使水溶液中氯離子濃度增大，pH迅速減小。第三階段陽極：氫氧根離子失電子，陰極：氫離子得電子，它們都來源于水的電離，實(shí)質(zhì)是電解水，導(dǎo)致溶液的體積減小，使溶液中氫離子濃度增大，pH繼續(xù)減小。答案：C