1.2.3 电解池的工作原理及应用 课件(共73张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修1

(共73张PPT)
专题1
第二单元　第3课时　电解池的工作原理及应用
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
素养目标 1.从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化等。
2.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析,认识电解池中物质及能量的变化过程,并运用电解池原理解决实际问题。
3.建立对电解过程的系统分析的思维模型,理解电解的规律,会判断电解的产物,会书写电解的电极反应式;建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型,加深对电解原理的理解和应用。
基础落实·必备知识全过关
一、电解池的工作原理
1.电解熔融氯化钠
如图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。容器中盛有熔融的氯化钠,两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料,两个电极分别与电源的正极和负极相连。
(1)通电前,熔融NaCl中存在的微粒有　　　　　　　(填写离子符号),这些微粒的运动状态是　　　　　　。
Na+、Cl-　
自由移动
(2)通电后离子运动方向:阳离子　　　　(填离子符号)移向　　电极,发生　　　　反应;阴离子　　　　(填离子符号)移向　　　　电极,发生　　　　反应。电极上发生的反应是①铁电极:
　　　　　　　　　　　　　　　。②石墨电极:　　　　　　　　　　　　。
(3)由以上分析可知:熔融的NaCl在　　　　　　作用下发生了　　　　　　　　　　　,分解生成了　　　　　　。
Na+
铁
还原
Cl-　
石墨
氧化　
2Na++2e- ══ 2Na　
2Cl--2e- ══ Cl2↑
直流电源
氧化还原反应　
Na和Cl2
2.电解CuCl2溶液
(1)装置:
(2)电极反应:
阴极 Cu2++2e-══Cu　发生　　　　反应
阳极 2Cl--2e-══Cl2↑　发生　　　反应
总反应 CuCl2 Cu+Cl2↑
还原
氧化
3.电解和电解池
(1)电解是在直流电的作用下,在两电极上分别发生　　　　　反应和
　　　　　反应的过程。
(2)电解池是将　　　　转化为　　　　　的装置。
(3)电极名称:
阴极:与电源　　　　相连的电极,发生　　　　反应;
阳极:与电源　　　　相连的电极,发生　　　　反应。
(4)电解池的构成条件:具有与　　　　　　相连接的两个电极(阴极、阳极),插入　　　　　溶液或熔融　　　　　中,形成　　　　　　。
(5)电子流向和离子流向:
电子流向:电源　　极→电解池　　极、电解池　　　极→电源　　　极
离子流向:阳离子→电解池　　　极、阴离子→电解池　　　极
氧化
还原
电能
化学能
负极
还原
正极
氧化
直流电源
电解质
电解质
闭合回路
负
阴
阳
正
阴
阳
易错辨析判一判
(1)在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极。(　　)
(2)在电解池的阳极上发生氧化反应。(　　)
(3)电子从电解池的阴极通过电解质溶液流入电解池的阳极。(　　)
×
提示 与外接电源负极相连的电极是阴极。
√
×
提示 电子不能在电解质溶液中移动。
二、酸、碱、盐溶液的电解规律
1.电极反应规律
(1)阴极:无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序:Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>……
(2)阳极:溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序:活泼金属阳极>S2->I->Cl->OH->含氧酸根。
2.酸、碱、盐溶液的电解规律(惰性电极)
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液,请填写下表:
(1)电解水(或相当于电解水)型
电解质溶液 硫酸 Na2SO4溶液 NaOH溶液
阳极反应式 2H2O-4e-══O2↑+4H+ 4OH--4e-══O2↑+2H2O
阴极反应式 4H++4e-══2H2↑ 2H2O+2e- ══H2↑+2OH-
pH变化 　　 　　　 　　　
复原加入物质 加入　　　
减小
不变
增大
H2O
(2)电解电解质型。
电解质溶液 盐酸 CuCl2溶液
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑
阴极反应式 2H++2e-══H2↑ Cu2++2e-══Cu
pH变化 　　　　　　 —
复原加入物质 加入　　 加入　　　
增大
HCl
CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型。
电解质溶液 NaCl溶液 CuSO4溶液
阳极反应式 2Cl--2e-══Cl2↑ 2H2O-4e-══O2↑+4H+
阴极反应式 2H2O+2e-══H2↑+2OH- 2Cu2++4e-══2Cu
pH变化 　　　　 　　　　　　
复原加入物质 加入　　 加入　　　　　　
增大
减小
HCl
CuO或CuCO3
教材阅读想一想阅读教材“电解池的工作原理及应用”中的“观察思考”
思考:在氯化铜溶液中存在哪些离子 在直流电作用下,这些离子如何移动 哪些离子优先在电极上发生反应
提示 氯化铜溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH-。在直流电作用下,溶液中的离子发生定向移动,Cl-、OH-向阳极移动,因失电子能力:Cl->OH-,故Cl-先失电子生成Cl2;Cu2+、H+向阴极移动,因得电子能力:Cu2+>H+,故Cu2+先得电子生成Cu。
易错辨析判一判
(1)用石墨为电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Na++e- ══ Na。(　　)
(2)用石墨为阴极、铜为阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH--4e- ══ O2↑+2H2O。(　　)
(3)用石墨为电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag++2H2O 4Ag+4H++O2↑。(　　)
(4)铜为阳极电解盐酸的化学方程式为Cu+2HCl CuCl2+H2↑。(　　)
√
×
提示 铜为阳极时,阳极反应式为Cu-2e- ══ Cu2+。
√
√
三、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
(1)通电前,氯化钠溶液中含有的离子:　　　　　　　　　。通电时
　　　　　　移向阴极,　　　　优先放电,　　　　　　　　移向阳极,
　　　　优先放电。
阳极电极反应式为:　　　　　　　　　　　　(　　　　反应);
阴极电极反应式为:　　　　　　　　 　　(　　　　反应);
因　　　放电,溶液中还生成　　　　。
Na+、Cl-、H+、OH-
Na+、H+
H+
Cl-、OH-
Cl-
2Cl--2e- ══ Cl2↑　
氧化　
2H++2e- ══ H2↑
还原
H+
NaOH
(2)电解的总反应式
化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
工业上习惯把电解饱和食盐水叫做　　 　　　　　　。
2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH
2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-
氯碱工业
2.电镀
(1)根据下图,回答下列问题:
①电极反应式
阳极:　　　　　　　　　;
阴极:　　　　　　　　　。
②可观察到的现象是铁件表面镀　　　　　　　　　　,
铜片　　　　　　。
③硫酸铜溶液浓度的变化是　　　　。
(2)电镀是应用　　　　原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他　　　　或　　　　的方法。
Cu-2e- ══ Cu2+
Cu2++2e- ══ Cu
一层红色的铜
不断溶解
不变
电解
金属
合金
(3)电镀池的构成:一般都是用　　　　　　 　　　　　　为电镀液;把　　　　　　浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;
　　　　　　　　　与直流电源的负极相连,作为阴极。
含有镀层金属离子的电解质溶液
镀层金属
待镀金属制品
3.电解精炼铜 电解精炼后溶液中c( )不变,c(Cu2+)浓度减小, c(Fe2+)、c(Zn2+)增大
(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质,常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用　　　作为阳极,用　　　　作为阴极,用
　　　　　　　作为电解质溶液。
(2)电极反应式:阳极为　　　　　　　　、　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　等,阴极为　　　　　　　　　　。
(3)电解精炼铜的原理是　　　　　　　　　　　 　　　失去电子,产生的阳离子残留在溶液中,　　　　　　　 　　　　以金属单质的形式沉积在电解槽的底部,形成阳极泥,溶液中的铜离子获得电子成为金属铜在纯铜上析出。
粗铜
纯铜
CuSO4溶液
Cu-2e- ══ Cu2+
Zn-2e- ══ Zn2+　
Fe-2e- ══ Fe2+　
Cu2++2e-Cu
粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等
比铜不活泼的金属Ag、Au等
易错辨析判一判
(1)氯碱工业是非常重要的化工生产,在电解饱和食盐水时,在阴极上得到的产物为H2和NaOH。(　　)
(2)电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作为阳极。(　　)
(3)电解法精炼粗铜,用纯铜作为阳极。(　　)
(4)在镀件上电镀锌,用锌作为阳极。(　　)
(5)在镀件上电镀铜,电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。
(　　)
√
×
提示 涂镍碳钢网作为阴极。
×
提示 粗铜作为阳极。
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　电解池的工作原理
情境探究
将电能转化为化学能在生活、生产和科学研究中具有重要意义。例如,电解水生产氢气,电解饱和食盐水生产烧碱、氯气、氢气,电解熔融氯化钠制取金属钠,电解熔融氯化镁制取金属镁等。你知道它们的工作原理吗
(1)通过教材电解氯化铜溶液的实验,探究电解池的工作原理。按图1-21所示装置进行实验,将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近。简述实验现象及结论。
提示 阴极逐渐覆盖一层红色物质,结论:有铜生成。阳极有黄绿色、刺激性气味的气体产生,湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,结论:有氯气生成。
(2)电解时电子通过电解质溶液吗
(3)如何判断一套装置是原电池还是电解池
提示 电解质溶液通电电解时,在外电路中有电子通过,而溶液中是依靠离子定向移动形成电流。
提示 一看有无外接电源;二看电极材料,电解池中阳极一般为活泼性较差的导电材料且两电极可以使用相同材料。
方法突破
1.电解池的工作原理
(1)电解时必须使用直流电源,不能使用交流电源。
(2)电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解,因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。
(3)电解过程中,电能转化为化学能而储存在电解产物中,转化过程中遵循能量守恒定律。
(4)电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程,就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程,是化学变化,而金属的导电不发生化学变化。
(5)电解法是一种强氧化还原手段,可以完成非自发的氧化还原反应。
2.原电池和电解池的原理比较
装置类别 原电池 电解池
原理 使氧化还原反应中电子的转移做定向移动,从而形成电流 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置特点 将化学能转变成电能 将电能转变成化学能
实例
装置类别 原电池 电解池
电极名称 负极 正极 阴极 阳极
反应类型 氧化反应 还原反应 还原反应 氧化反应
反应特征 自发的氧化还原反应(主动) 借助电流(被动)
电极判断 由电极本身决定 正极:流入电子 负极:流出电子 由外电源决定 阳极:连电源正极 阴极:连电源负极
电子流向 负极→外电路→正极 电解池阳极→电源正极,电源 负极→电解池阴极
离子移动 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动
3.电解池中电极名称判断的几种方法
(1)根据外接电源的正、负极判断:与电源正极连接的是阳极,与电源负极连接的是阴极。
(2)根据电极质量变化判断:如果电极质量减轻,该电极一定是阳极;如果质量增加,该电极一定是阴极。
(3)根据电极产物判断:如果电极上产生Cl2或O2,该电极一定是阳极;如果电极上产生H2,该电极一定是阴极。
(4)根据溶液颜色变化判断:如果电解某中性溶液(如NaCl溶液、Na2SO4溶液)时,某电极附近溶液能使酚酞变红色,则该电极为阴极(H+放电,OH-的浓度变大)。
(5)根据电解质溶液中离子的移动方向判断:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。
(6)根据电极反应式判断:发生氧化反应的电极是阳极,发生还原反应的电极是阴极。
应用体验
视角1电解池的原理
1.如图中X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是表中的(　　)
选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4
B 石墨 石墨 负极 NaOH
C 银 铁 正极 AgNO3
D 铜 石墨 负极 CuCl2
A
解析 由a极板质量增加可知,溶液中阳离子在a极板处析出,则a为阴极,X为负极;因B项中a极板处不析出金属,C项中X为正极,则B、C均错误;又由b极板处有无色无味气体放出,可知D项错误。
归纳总结　电解池的阴极、阳极的判断方法
2.下列关于电解的说法正确的是(　　)
①电解是把电能转变成化学能
②电解是把化学能转变成电能
③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现
⑤任何水溶液电解时,必将导致氧化还原反应
A.②③⑤ B.①②③④
C.①③⑤ D.①③④⑤
D
解析 电解是将电流通过溶液或熔融态物质,在阴极和阳极上发生氧化还原反应的过程,将电能转化成化学能,①正确,②错误;电解质溶液导电时,溶液中的阳、阴离子分别向阴极和阳极移动,在两个电极上得失电子,发生还原反应和氧化反应,金属的导电只是自由电子的定向移动,不存在电子得失,没有新物质产生,是一种物理过程,③正确;电解质溶液的导电过程就是电解过程,此时电源提供电能,把不能自发进行的氧化还原反应转变成现实,④正确;电解质溶液的导电过程就是电解过程,发生了电子的转移,一定发生了氧化还原反应,⑤正确。
视角2电解池的有关判断
3.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是(　　)
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
B
解析 电子由电源的负极流出,故a是阴极,d是正极,电解池的溶液中阳离子移向阴极,Q离子为阳离子,故选B。
4.将如图所示实验装置的K闭合(已知:盐桥中装有琼脂凝胶,内含KCl),下列判断正确的是(　　)
A.片刻后甲池中c( )增大
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径移动
C.Cu电极上发生还原反应
D.片刻后可观察到滤纸b处变红色
C
解析 原电池中阴离子向负极移动,即盐桥中的Cl-移向甲烧杯,所以片刻后甲池中c(Cl-)增大,c( )不变,A项错误;电子沿Zn→a、b→Cu路径流动,电子不进入电解质溶液,B项错误;该原电池中Zn作为负极,Cu作为正极,正极上发生得电子的还原反应,C项正确;滤纸b处是电解池的阳极,溶液中OH-放电,使得b处c(H+)增大,故滤纸b处不会变色,而a处是电解池的阴极,溶液中H+放电,使得a处c(OH-)增大,故变红的是滤纸a处,D项错误。
探究二　惰性电极电解电解质溶液的规律
情境探究
英国化学家戴维坚持不懈地从事利用电池分解各种物质的实验研究。他先用苛性钾的饱和溶液进行实验,所得的结果却和电解水一样,只得到氢气和氧气。后来他改变实验方法,电解熔融的苛性钾,在阴极上出现了具有金属光泽的、类似水银的小珠。就这样,戴维在1807年10月6日发现了金属钾,几天之后,他又从电解苛性钠中获得了金属钠。
(1)电解苛性钾的饱和溶液的原理是什么
提示 电解KOH溶液时,阳极为OH-放电,阴极是H+放电,电解产物为O2和H2。
(2)电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么 在放H2生碱型的电解池中,若滴入酚酞溶液,哪一极附近溶液变红
提示 放H2生碱型实质是水电离出的H+在阴极上放电,使溶液中的OH-浓度增大,若滴入酚酞溶液,阴极附近溶液变红;放O2生酸型的实质是水电离出的OH-在阳极上放电,溶液中的H+浓度增大。
方法突破
1.阳极产物的判断
(1)活性金属电极(金属活动性顺序中Ag及其前面的金属),金属电极失电子,生成对应的金属阳离子,阴离子不放电。
(2)惰性电极(Au、Pt、石墨),溶液中的阴离子失电子,生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->高价态含氧酸根>F-。
2.阴极产物的判断
(1)与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断,溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物。
(2)阳离子的放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>较活泼金属阳离子(注意Fe3+的顺序)。
3.分析电解问题的基本方法思路
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。
(3)然后根据通电后,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁先在电极放电。
(4)判断电极产物,正确书写电极反应式要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)结合题目要求分析电解时的各种变化情况,如两极现象、离子浓度的变化、pH变化等。
4.书写电解池电极反应式需注意的问题
(1)阳极材料不同,电极反应式可能不同。
用惰性电极电解饱和食盐水 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-
用铜作为电极电解饱和食盐水 Cu+2H2O H2↑+Cu(OH)2↓
(2)要注意电解质溶液中未参与放电的离子是否可与放电后生成的离子发生反应。
用惰性电极电解饱和食盐水 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-
用惰性电极电解MgCl2溶液 Mg2++2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓
用惰性电极电解AlCl3溶液 2Al3++6Cl-+6H2O 3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓
应用体验
视角1电解产物的判断
1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl混合溶液,电解初期阴极和阳极分别析出的物质是(　　)
A.H2、Cl2 B.Cu、Cl2 C.H2、O2 D.Cu、O2
B
解析 本题考查离子放电顺序,溶液中有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力:Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期,阴极的电极反应式为Cu2++2e- ══ Cu,阳极的电极反应式为2Cl--2e- ══ Cl2↑,故选B。
2.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1,用石墨作为电极电解该混合溶液时,下列叙述不正确的是(　　)
A.阴极自始至终只析出H2
B.阳极先析出Cl2,后析出O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液酸性减弱,最后呈中性
D
解析 根据放电顺序,阳极为Cl->OH-,阴极只有H+放电,所以阴极自始至终只析出H2,故A项正确;根据放电顺序阳极为Cl->OH-,先是Cl-放电生成氯气,后面OH-放电生成氧气,故B项正确;电解到最后,阳极OH-放电、阴极H+放电,所以实际是电解水,故C项正确;设n(NaCl)=3 mol,n(H2SO4)=1 mol,且2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,则反应后溶液中溶质为NaOH和Na2SO4,所以溶液呈碱性,且由于最后阶段电解水,则溶液碱性增强,故D项错误。
视角2惰性电极电解电解质溶液的规律
3.用铂电极电解下列溶液时,阴极和阳极的主要产物分别为H2和O2的是
(　　)
A.稀NaOH溶液
B.HCl溶液
C.CuCl2溶液
D.酸性AgNO3溶液
A
解析 电解NaOH溶液,相当于电解水,阴极、阳极产物分别为H2和O2。
4.如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置,通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象正确的是(　　)
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近溶液呈红色,b电极附近溶液呈蓝色
D.a电极附近溶液呈蓝色,b电极附近溶液呈红色
D
解析 电解稀Na2SO4溶液,实质是电解水,b电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e- ══ 4H++O2↑,a电极为阴极,电极反应式为4H2O+4e- ══2H2↑+4OH-。a电极逸出氢气,b电极逸出氧气,氢气和氧气都是无色无味的气体,且a电极产生氢气的体积是b电极产生氧气体积的2倍,A、B均错误;a电极附近溶液中c(OH-)增大,石蕊溶液变蓝色,b电极附近溶液中c(H+)增大,石蕊溶液变红色,C项错误,D项正确。
探究三　电解原理的应用
情境探究
电解原理在工业生产中应用广泛,如工业上用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠(NaOH)、氯气(Cl2)和氢气(H2),并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。在日常生活中我们使用的炊具、餐具、锁、螺丝等,覆盖在其表面的金属都是通过电镀镀上的。电镀就是利用电解原理在某些金属或其他材料的表面镀上一薄层其他金属或合金的过程,从而起到防止金属氧化(如锈蚀)、提高耐磨性、反光性、光滑性及增进美观等作用。
(1)电解氯化钠溶液时,如何用简便的方法检验产物
(2)电解氯化钠溶液的产物之间可能发生哪些化学反应 工业生产中,是怎样避免这些反应发生的 简述其原理。
提示 阳极产物Cl2可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验,阴极产物H2可以通过点燃检验,NaOH可以用酚酞溶液检验。
提示 NaOH会与Cl2反应生成NaCl、NaClO和H2O,影响NaOH的纯度和产量,H2和Cl2混合遇明火会发生爆炸。采用阳离子交换膜电解槽电解氯化钠溶液,阳离子交换膜只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,把电解槽隔成阴极室和阳极室,防止了Cl2和H2混合,避免了Cl2与NaOH接触而发生反应。
(3)电镀时,若用镀层金属作为阳极材料,电镀液中的阳离子浓度是否会发生明显的变化
提示 不会;因为阳极上生成阳离子的物质的量与阴极上消耗阳离子的物质的量相等,所以溶液中阳离子浓度不会发生明显变化。
方法突破
1.电解原理的应用
(1)氯碱工业:用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2,并以它们为原料生产一系列化工产品。工业电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH-移向阳极,以使NaOH在阴极溶液中富集,常用阳离子交换膜将两溶液分开,使阳离子能透过阳离子交换膜,而阴离子不能通过。如:氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示,溶液A的溶质是NaOH。
(2)电镀的特点是“一多、一少、一不变”:“一多”是指阴极上有镀层金属沉积;“一少”是指阳极上有镀层金属溶解;“一不变”是指电解质溶液的浓度不变。
(3)电解精炼中,比需要精炼的金属活泼的杂质溶解,而比需要精炼的金属活泼性弱的杂质会沉积(如精炼镍时Cu也会沉积)。
2.铜的电解精炼与电镀铜对比
装置类型 电解精炼铜 电镀铜
电极材料 阴极 纯铜 镀件
阳极 粗铜 纯铜
电极反应式 阳极 Cu-2e-══Cu2+等 Cu-2e-══Cu2+
阴极 Cu2++2e-══Cu Cu2++2e-══Cu
电解质溶液浓度的变化 Cu2+减少,粗铜中比铜活泼的金属阳离子进入溶液 电解质溶液成分及浓度均不变
3.电解计算的三种常用方法
(1)根据得失电子守恒法计算:用于串联电路中各电极产物的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应方程式计算:先写电极反应式,再写总反应方程式,最后根据总反应方程式计算。
(3)根据关系式计算:根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的桥梁,得出计算所需的关系式。
应用体验
视角1电解法提纯、制备物质
1.用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)
A.阳极的电极反应式为
4OH--4e- ══ 2H2O+O2↑
B.通电后阴极区附近溶液pH会增大
C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区
D.纯净的KOH溶液从b口导出
C
解析 根据图示,通入粗氢氧化钾溶液的电极是阳极,阳极的电极反应式为4OH--4e- ══ 2H2O+O2↑;通入水的电极是阴极,电极反应式为2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-,K+通过交换膜从阳极区移向阴极区,生成氢氧化钾,纯净的KOH溶液从b口导出,阴极区附近溶液的pH会增大,C项错误。
归纳总结　离子交换膜的分类和应用
2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,已知,氧化性:Fe2+(　　)
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只有Cu和Pt
D
解析 阴极发生还原反应,其电极反应式:Ni2++2e- ══ Ni,故A错误;电解过程中,阳极中Fe、Zn、Ni失去电子被氧化,Cu、Pt形成阳极泥,而阴极只有镍离子得电子被还原,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,故B错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Ni2+和Zn2+,故C错误;电解时,铜和铂的还原性弱于镍,不能失去电子被氧化,电解后,在电解槽底部形成阳极泥,故D正确。
3.采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备过氧化氢的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是(　　)
A.阴极的反应为O2+2e-+2H+ ══ H2O2
B.电解一段时间后,阳极室的pH未变
C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极
反应的O2等量
D
解析 以去离子水和氧气为原料通过电解法制备过氧化氢,氧气得电子并结合H+生成过氧化氢,阴极的电极反应为O2+2e-+2H+ ══ H2O2,故A正确;阳极的反应为2H2O-4e- ══ 4H++O2↑,H+由a极区向b极区迁移,根据电荷守恒,阳极生成氢离子的量与移入阴极室的氢离子一样多,所以电解一段时间后,阳极室的pH未变,故B、C正确;阳极反应为2H2O-4e- ══ 4H++O2↑,阴极反应为O2+2e-+2H+ ══ H2O2,根据得失电子守恒,a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等,故D错误。
视角2电解精炼、电镀及相关计算
4.下列图示中关于铜电极的连接或描述错误的是(　　)
C
解析 铜锌原电池中,较活泼的金属锌作为负极,则铜作为正极,A项正确;电解精炼铜时,粗铜作为阳极,阳极上铜和比铜活泼的金属失电子发生氧化反应,纯铜作为阴极,阴极上铜离子得电子发生还原反应,B项正确;电镀时,镀层铜作为阳极,镀件作为阴极,电镀过程中铜单质在阴极析出,C项错误;电解氯化铜溶液时,惰性电极作为阳极,则阳极上氯离子放电生成氯气,无论阴极上的电极是否活泼,阴极上都是铜离子得电子生成铜,D项正确。
5.500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c( )=6 mol·L-1,用石墨作为电极电解此溶液,通电一段时间后,两极均收集到气体22.4 L(标准状况),假定电解后溶液的体积仍为500 mL。下列说法正确的是(　　)
A.原混合溶液中c(Na+)=6 mol·L-1
B.电解后溶液中c(H+)=4 mol·L-1
C.上述电解过程中共转移8 mol电子
D.电解后得到的Cu的物质的量为2 mol
B
6.如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。
(1)①b为电源的　　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。
②Z池中e为　　　　极。
③连接Y、Z池线路,电子流动的方向是
d　　　　　(填“→”或“←”)e。
(2)①写出c极上的电极反应式: 　　　　　　　　　　　。
②写出Y池中总反应的化学方程式:　　 　　。
③写出Z池中e极上的电极反应式: 　　　　　　　　　　　。
解析 d极附近显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e- ══ Cl2↑,Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a为正极、b为负极,Z池中f为阴极、e为阳极,电极反应式分别为Cu2++2e- ══ Cu、Cu-2e- ══ Cu2+,电子流动方向由e→d。
答案 (1)①负　②阳　③←　(2)①2Cl--2e- ══ Cl2↑
②2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑　③Cu-2e- ══ Cu2+
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