第2课时 电解原理的应用(基础课)
学习任务 1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 3．能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式，并能利用守恒法进行计算。
旧知回顾 1．电解熔融氯化钠制备金属钠的化学方程式：2NaCl2Na＋Cl2↑。 2．用石墨作电极，在Na＋、Cu2+、Cl－、等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式： (1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是Na2SO4。 (2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是CuSO4。 (3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是NaCl。 (4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质是CuSO4。
一、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。 (×)
(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。 (×)
(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。 (×)
二、铜的电解精炼
1．装置
2．粗铜成分
(1)主要成分：Cu。
(2)杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等，
比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等。
3．电极反应
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。 (√)
(2)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2+、Cu2+、Ag＋、Fe2+等阳离子。 (×)
(3)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。 (√)
三、电镀 钒液流电池
1．电镀
(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
(2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。
(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案
电镀 原理 阳极：Cu－2e－===Cu2+ 阴极：Cu2+＋2e－===Cu 电镀 方案 电极 材料 阳极： 铜片
阴极： 铁钉
电镀液 CuSO4溶液
镀件 铁钉
2．钒液流电池
以全钒液流电池为例，酸性溶液中钒通常以V2+、V3+、VO2+、等形式存在。充电时，VO2+在阳极被氧化为在阴极被还原为V2+。以液流电池为代表的电化学储能技术可为可再生能源发电提供有力的支持，缓冲昼夜、季节的用电变化对电网的影响。
白铁，我们日常生活中常用的一种金属材料，是一种镀锌铁。在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，应怎样设计电镀池？
提示：根据电镀的要求，应将锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子。
应用电解原理解决实际问题
模拟电解原理应用的实验装置如图所示：
1．若用如图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式和总反应式分别是什么？用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？
提示：若用题图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c是NaCl溶液，电极a的电极材料、电极b的电极材料为Pt电极或石墨。电解时，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。该装置的缺点是生成的NaOH和Cl2以及Cl2与H2容易混合反应。改进的方法是在两极之间加一个阳离子交换膜。
2．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？
提示：若用题图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电极a是Cu，电极b是铁制品，电解质溶液c是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
3．若用如图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式分别是什么？电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化？
提示：若用题图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c为CuSO4溶液、电极a为粗铜、电极b为纯铜。电解精炼过程中，阳极上发生的反应依次为Zn－2e－===Zn2+、Fe－2e－===Fe2+、Cu－2e－===Cu2+，阴极上发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu，电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度先减小后保持不变。
1．工业电解食盐水制备烧碱
工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，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，可知溶液A的溶质是NaOH。
2．铜的电解精炼与电镀铜对比
电解精炼铜 电镀铜
电极 材料 阴极 精铜 镀件
阳极 粗铜 纯铜
电极 反应 阳极 Cu(粗铜)－2e－===Cu2+等 Cu－2e－===Cu2+
阴极 Cu2+＋2e－===Cu(精铜) Cu2+＋2e－===Cu
电解质溶液 浓度的变化 c(Cu2+)减小，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．常见活泼金属的电冶法
金属 电极反应 总反应
钠 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
铝 阳极：6O2-－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3+＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
镁 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2+＋2e－===Mg MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
1．如图是离子交换膜电解槽，电解饱和食盐水时，离子交换膜只允许阳离子通过，下列说法错误的是( )
A．a是电源的正极
B．X处产生的是氯气
C．可用铁作电极A的材料
D．Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液
[答案] C
2．电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电解冶金。下列关于这三个工业生产的描述中不正确的是( )
A．电解精炼铜时，阴极反应：Cu2+＋2e－===Cu
B．氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2和NaOH
D．电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐溶液作电解质溶液
B [电解精炼铜时，阴极电极反应为Cu2+＋2e－===Cu ，A项正确；在氯碱工业，阳极是Cl－放电生成氯气，电解精炼铜时，阳极是粗铜失电子，生成Cu2+和少量其他金属离子，B项错误；水中存在H2O H＋＋OH－，在氯碱工业中，电解池的阴极上氢离子放电生成氢气，并得到NaOH，C项正确；电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐溶液作电解质溶液，D项正确。]
[教材 活动·探究]
离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、和组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为____________。
[解析] 在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以和形式存在，则电镀过程中阴极反应为。若电解液改为氯化铝水溶液，水溶液中得电子能力：Al3+[答案] 负 H2
有关电解计算的方法
1．将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起，均用惰性电极进行电解，电解一段时间后，试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。
提示：根据得失电子守恒及元素的化合价可得出，电极产物物质的量的关系式：2H2～O2～2Cl2～2Cu～4e－，即H2、O2、Cl2、Cu的物质的量之比为2∶1∶2∶2。
2．已知一个电子的电量是1.602×10-19 C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105 C的电量时，生成NaOH的质量是多少？
提示：80 g。一个电子的电量是1.602×10-19 C，当电路中通过1.929×105 C的电量时，电子的个数为≈1.204×1024，电子的物质的量为＝2 mol，根据转移电子和氢氧化钠的关系式2NaOH～2e－得，NaOH的质量为2 mol×40 g·mol-1＝80 g。
1．电解计算的依据
(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2．电解计算的方法
(1)根据得失电子守恒计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。
【例题】 500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中＝0.3 mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2 mol·L-1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L-1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
B [阳极是阴离子放电(放电能力：)，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2+>H＋>Na＋，所以Cu2+先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2+转移0.1 mol电子，n(Cu2+)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝＝0.3 mol·L-1×0.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L-1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2+＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝，B项正确、D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。]
[母题发散]
(1)上题电解后溶液中的溶质为________。
(2)若为上述过程提供电能的是氢氧燃料电池，则消耗标准状况下的氢气的体积为________。
提示：(1)HNO3、NaNO3 (2)2.24 L
(1)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
(2)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们均处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
1．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入足量0.05 mol·L-1的氯化铜溶液，B池中加入足量的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是( )
A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1
[答案] A
2．用含有少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，通电一段时间后，阳极的质量减轻了6.4 g，下列说法正确的是( )
A．电解质溶液的质量增加了6.4 g
B．阴极的质量增加了6.4 g
C．阴极增加的质量小于6.4 g
D．溶液中Cu2+浓度完全保持不变
C [在阳极上有锌与铜两种单质放电，而在阴极上只有Cu2+放电且锌的摩尔质量大于铜的摩尔质量，当阳极的质量减轻6.4 g时，转移的电子少于0.2 mol，故在阴极上析出的铜少于0.1 mol，增加的质量小于6.4 g；由于相同时间内两极上转移的电子数目相等，阴极上析出的铜比阳极上溶解的铜多，故溶液中Cu2+浓度减小，C项符合题意。]
1．氯碱工业反应原理：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 2．电解精炼铜：精铜做阴极、粗铜做阳极、铜盐的水溶液做电解液。 3．电镀：镀件金属做阴极，镀层金属做阳极，含镀层金属阳离子的盐溶液做电解液。 4．电解计算方法：①得失电子守恒法、②总反应方程式法、③关系式法。
1．下列图示中关于铜电极的连接，错误的是( )
A．铜锌原电池 B．电解精炼铜
C．镀件上镀铜 D．电解氯化铜溶液
[答案] C
2．如图所示，某同学设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合溶液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是( )
A．铅笔端作为阳极，发生还原反应
B．铂片端作为阴极，发生氧化反应
C．铅笔端有少量的氯气产生
D．a极是直流电源负极，b极是直流电源正极
D [电极反应为阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。若要能够出现“黑笔写红字”的现象，必须是铅笔作为阴极，这样铅笔附近产生的OH－会使酚酞溶液变红，因此与铅笔相连的a极是直流电源的负极。]
3．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为( )
A．1 mol·L-1 B．2 mol·L-1
C．3 mol·L-1 D．4 mol·L-1
[答案] A
4．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，电解反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列说法中不正确的是( )
A．电解时石墨作阳极
B．电解时阳极上产生H2
C．电解过程中阴极溶液pH升高
D．阳极电极反应：＋6H＋
B [电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A正确；阳极发生氧化反应，I－失电子被氧化，电极反应为＋6H＋，B错误、D正确；阴极上水放电，电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极溶液的pH升高，C正确。]
5．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的________，材料是________，电极反应为_________________________________________________
_____________________________________________________________________；
B极是电解池的________，材料是________，主要电极反应为_______________
_____________________________________________________________________。
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色。
(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________(不考虑气体溶解情况)。
[解析] (2)Fe极反应式为2H2O＋2e－===H2↑ ＋2OH－，H＋放电后，溶液中生成OH－，显碱性，遇酚酞呈红色。
(3)甲池阴极反应为Cu2+＋2e－===Cu，生成n(Cu)＝＝0.2 mol，转移电子的物质的量n(e－)＝0.4 mol；乙池阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，由得失电子守恒知，n(Cl2)＝0.2 mol，故V(Cl2)＝4.48 L。
[答案] (1)阴极 纯铜 Cu2+＋2e－===Cu 阳极 粗铜 Cu－2e－===Cu2+ (2)红 (3)4.48 L
数智分层作业(八) 电解原理的应用
(选择题每小题只有一个选项符合题目要求，选择题每小题3分，本试卷共40分)
1．下列有关电化学的示意图中正确的是( )
A B
C D
D [Zn应作负极，A错误；Zn应放在ZnSO4溶液中，Cu应放在CuSO4溶液中，图示装置不会构成原电池，而是在左烧杯中直接发生化学反应，B错误；电解精炼铜，应将粗铜与电源正极相连，C错误；电解饱和食盐水，在阴极产生H2，阳极产生Cl2，D正确。]
2．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
C [铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。]
3．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，并通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
[答案] D
4．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是( )
A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移
B．可用湿润的淀粉-KI试纸检验气体M
C．石墨极的电极反应为＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小
C [每生成1 mol NCl3，转移6 mol e－，理论上有6 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；M为H2，不能用湿润的淀粉-KI试纸检验，B错误；右侧pH会增大，D错误。]
5．(7分)如图在A、B、C三只烧杯中各盛放稀硫酸、氯化钠溶液和硝酸银溶液。
(1)图中A池是________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)。(1分)
(2)石墨1电极的名称是________，检验该电极反应产物的方法是_______________________________________________________________。(2分)
(3)写出以下电极的电极反应。(4分)
B池：石墨1电极___________________________________________________；
石墨2电极_________________________________________________________。
C池：Ag电极______________________________________________________；
Cu电极____________________________________________________________。
[答案] (1)原电池 (2)阳极 将湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极上方，试纸变蓝 (3)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－) Ag－e－===Ag＋ Ag＋ ＋e－===Ag
6．用如图所示装置处理含的酸性工业废水，某电极反应为＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则下列说法错误的是( )
A．电源正极为A，电解过程中有气体放出
B．电解时H＋从质子交换膜左侧向右侧移动
C．电解过程中，右侧电解液pH保持不变
D．电解池一侧生成5.6 g N2，另一侧溶液质量减少18 g
[答案] C
7．H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为5∶1。下列说法正确的是( )
A．Y电极电势低于X电极
B．膜为阴离子交换膜
C．生成H2O2的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．X极处不存在其他副反应
C [Y电极O元素从－2价升至0价，是阳极，电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，3H2O－6e－===O3↑＋6H＋，X电极是阴极，电极反应：O2＋2e－＋2H＋===H2O2。A项，Y电极是阳极，X电极是阴极，Y电极电势比X电极高，A错误；B项，H＋由Y电极向X电极移动，则膜为质子交换膜，B错误；C项，X极是阴极，生成H2O2的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正确；D项，X电极也可发生O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D错误。]
8．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是( )
①F表示反应生成Cu的物质的量
②F表示反应生成O2的物质的量
③E表示反应生成O2的物质的量
④E表示反应消耗H2O的物质的量
A．①② B．②④ C．①③ D．③④
B [由图甲可得Cu为阴极，C为阳极，电解质溶液为溶液，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，各物质及电子转移关系为2H2O～2Cu～2H2SO4～O2～4e－，再根据图乙，推知E可以表示H2O、Cu和H2SO4的物质的量，F表示O2的物质的量。]
9．(12分)(1)在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图甲所示。(8分)
①阳极的电极反应为_________________________________________________。
②铜电极上产生CH4的电极反应为______________________________________
___________________________________________________________________，
若铜电极上只生成5.6 g CO，则铜极区溶液质量变化了________g。
③若铜极上只生成0.3 mol CH3CHO和0.4 mol HCOOH，则电路中转移________mol电子。
(2)我国科学家报道了机理如图乙所示的电化学过程。(4分)
①Ni电极为________，其电极反应为____________________________________
_____________________________________________________________________。
②理论上，每有1 mol CO2与O2-结合，电路中转移电子数为________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
[解析] (1)①阳极为铂电极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。②铜电极为阴极，实现的是二氧化碳转化为甲烷或一氧化碳、甲酸、乙醛等，其中生成甲烷的电极反应为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，若铜电极上只生成5.6 g CO，电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，当有1 mol一氧化碳生成，则铜极区溶液的质量变化为(44＋2－28) g＝18 g，则当生成5.6 g一氧化碳，即0.2 mol一氧化碳时，铜极区溶液质量变化了3.6 g。③若铜极上每生成1 mol CH3CHO，转移10 mol电子，每生成1 mol HCOOH，转移2 mol电子，则只生成0.3 mol CH3CHO和0.4 mol HCOOH，电路中转移(3＋0.8) mol＝3.8 mol电子。(2)①Ni电极碳酸根离子生成C和O2-，为阴极，其电极反应为＋4e－===C＋3O2-。②理论上，每有与O2-结合生成1 mol碳酸根离子，则意味着电路中有4 mol电子转移，故电路中转移电子数为4NA。
[答案] (1)①2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ ②CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O 3.6 ③3.8 (2)①阴极 ＋4e－===C＋3O2- ②4NA
1/1第2课时 电解原理的应用(基础课)
学习任务 1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 3．能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式，并能利用守恒法进行计算。
旧知回顾 1．电解熔融氯化钠制备金属钠的化学方程式：2NaCl2Na＋Cl2↑。 2．用石墨作电极，在Na＋、Cu2+、Cl－、等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式： (1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是Na2SO4。 (2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是CuSO4。 (3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是NaCl。 (4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质是CuSO4。
一、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。 ( )
(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。 ( )
(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。 ( )
二、铜的电解精炼
1．装置
2．粗铜成分
(1)主要成分：__。
(2)杂质金属：比铜活泼的有__________等，
比铜不活泼的有__________等。
3．电极反应
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。 ( )
(2)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2+、Cu2+、Ag＋、Fe2+等阳离子。 ( )
(3)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。 ( )
三、电镀 钒液流电池
1．电镀
(1)定义：应用____原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
(2)目的：提高金属的______能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。
(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案
电镀 原理 阳极：Cu－2e－===Cu2+ 阴极：Cu2+＋2e－===Cu 电镀 方案 电极 材料 阳极： ____
阴极： ____
电镀液 ______溶液
镀件 铁钉
2．钒液流电池
以全钒液流电池为例，酸性溶液中钒通常以V2+、V3+、VO2+、等形式存在。充电时，______在阳极被氧化为在阴极被还原为_____。以液流电池为代表的电化学储能技术可为__________发电提供有力的支持，缓冲昼夜、季节的用电变化对电网的影响。
白铁，我们日常生活中常用的一种金属材料，是一种镀锌铁。在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，应怎样设计电镀池？
应用电解原理解决实际问题
模拟电解原理应用的实验装置如图所示：
1．若用如图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式和总反应式分别是什么？用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？
2．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？
3．若用如图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式分别是什么？电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化？
1．工业电解食盐水制备烧碱
工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，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，可知溶液A的溶质是NaOH。
2．铜的电解精炼与电镀铜对比
电解精炼铜 电镀铜
电极 材料 阴极 精铜 镀件
阳极 粗铜 纯铜
电极 反应 阳极 Cu(粗铜)－2e－===Cu2+等 Cu－2e－===Cu2+
阴极 Cu2+＋2e－===Cu(精铜) Cu2+＋2e－===Cu
电解质溶液 浓度的变化 c(Cu2+)减小，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．常见活泼金属的电冶法
金属 电极反应 总反应
钠 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
铝 阳极：6O2-－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3+＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
镁 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2+＋2e－===Mg MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
1．如图是离子交换膜电解槽，电解饱和食盐水时，离子交换膜只允许阳离子通过，下列说法错误的是( )
A．a是电源的正极
B．X处产生的是氯气
C．可用铁作电极A的材料
D．Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液
2．电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电解冶金。下列关于这三个工业生产的描述中不正确的是( )
A．电解精炼铜时，阴极反应：Cu2+＋2e－===Cu
B．氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2和NaOH
D．电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐溶液作电解质溶液
[教材 活动·探究]
离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、和组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为____________。
有关电解计算的方法
1．将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起，均用惰性电极进行电解，电解一段时间后，试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。
2．已知一个电子的电量是1.602×10-19 C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105 C的电量时，生成NaOH的质量是多少？
1．电解计算的依据
(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2．电解计算的方法
(1)根据得失电子守恒计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。
【例题】 500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中＝0.3 mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(Na＋)＝0.2 mol·L-1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L-1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
[母题发散]
(1)上题电解后溶液中的溶质为________。
(2)若为上述过程提供电能的是氢氧燃料电池，则消耗标准状况下的氢气的体积为________。
(1)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
(2)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们均处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
1．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入足量0.05 mol·L-1的氯化铜溶液，B池中加入足量的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是( )
A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1
2．用含有少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，通电一段时间后，阳极的质量减轻了6.4 g，下列说法正确的是( )
A．电解质溶液的质量增加了6.4 g
B．阴极的质量增加了6.4 g
C．阴极增加的质量小于6.4 g
D．溶液中Cu2+浓度完全保持不变
1．氯碱工业反应原理：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 2．电解精炼铜：精铜做阴极、粗铜做阳极、铜盐的水溶液做电解液。 3．电镀：镀件金属做阴极，镀层金属做阳极，含镀层金属阳离子的盐溶液做电解液。 4．电解计算方法：①得失电子守恒法、②总反应方程式法、③关系式法。
1．下列图示中关于铜电极的连接，错误的是( )
A．铜锌原电池 B．电解精炼铜
C．镀件上镀铜 D．电解氯化铜溶液
2．如图所示，某同学设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合溶液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是( )
A．铅笔端作为阳极，发生还原反应
B．铂片端作为阴极，发生氧化反应
C．铅笔端有少量的氯气产生
D．a极是直流电源负极，b极是直流电源正极
3．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为( )
A．1 mol·L-1 B．2 mol·L-1
C．3 mol·L-1 D．4 mol·L-1
4．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，电解反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列说法中不正确的是( )
A．电解时石墨作阳极
B．电解时阳极上产生H2
C．电解过程中阴极溶液pH升高
D．阳极电极反应：＋6H＋
5．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的________，材料是________，电极反应为_________________________________________________
_____________________________________________________________________；
B极是电解池的________，材料是________，主要电极反应为_______________
_____________________________________________________________________。
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色。
(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________(不考虑气体溶解情况)。
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