人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应与电能第二节第2课时电解原理的应用课件

(共68张PPT)
[学习目标]
1.通过对氯碱工业、电镀、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能相互转化的实际意义。
2.能正确书写电解池的电极反应和总反应，认识电解在实现物质转化中的具体应用。
1.氯碱工业的概念
烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把______________的工业生产叫做氯碱工业。
2.电解饱和食盐水的原理
电解饱和食盐水
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O+2e－=== H2↑+2OH－
3.氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
(1)阳离子交换膜电解槽
精制饱和
NaCl溶液
NaOH
(2)阳离子交换膜的作用：①____________________，②阻止____________________。
(3)阴极室一般是加入含少量NaOH的水，目的是________________。
能传导溶液中的阳离子
阴离子和气体分子通过
增强溶液导电性
4.氯碱工业产品及其应用
[自我思考]
用下图所示装置进行氯碱工业生产，有何缺点？
提示　电解产生的NaOH和Cl2以及H2和Cl2容易混合反应，且生产的NaOH中混有NaCl，纯度较低。
[正误判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑( )
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区( )
(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料，如铁( )
(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠( )
(5)电解饱和食盐水可制得“84”消毒液( )
×
×
×
×
√
1.关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是(　　)
A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B.若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C.若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
B
2.工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图，F处加少量NaOH以增强溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源____极，D是电
源___极。
(2)电解一段时间后，____由A口导出，____由B口导出。阴极
附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)_________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为______________________________。
负
正
Cl2
H2
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O　
解析　(1)电解池中，阳离子向阴极移动，由Na＋、H＋的移动方向可知，右侧电极为阴极，故C是电源负极，D是电源正极。(2)电解一段时间后，左侧电极附近产生Cl2，右侧电极附近产生H2和NaOH，因此Cl2从A口导出，H2从B口导出；阴极附近水电离产生的H＋不断形成氢气析出，导致溶液中OH－的浓度增大，碱性增强，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
1.电镀
(1)定义：利用_____原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或_____的加工工艺。
(2)主要目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
(3)电镀与电解精炼
电解
合金
项目 电镀 电解精炼
装置
阳极材料 镀层金属____ ___________________________
阴极材料 镀件金属制品____ ______
阳极反应 ______________ Cu－2e－===Cu2+、Zn－2e－===Zn2+等
阴极反应 ______________
Cu2+＋2e－===Cu
溶液变化 Cu2+浓度_________ Cu2+浓度______，金、银等金属沉积在电解槽底部形成阳极泥
Cu
粗铜(含锌、银、金等杂质)
Fe
纯铜
Cu－2e－===Cu2+
Cu2+＋2e－===Cu
保持不变
减小
2.电冶金
(1)本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(2)应用：冶炼活泼金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
(3)实例：电解熔融氯化钠可以得到金属钠。装置示意图如下：
阴极：______________，阳极：__________________，
总反应：____________________________。
Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
[自我思考]
工业生产金属镁和金属铝均采用电解法，制取Mg时电解的是熔融的MgCl2，而制取Al时却电解的是熔融的氧化铝，不是AlCl3，这是为什么？
提示　MgCl2是离子化合物，在熔融状态时导电，而AlCl3是共价化合物，在熔融状态下不导电，故制取金属铝用的是熔融的氧化铝。
[正误判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)。
√
(1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液( )
(2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区( )
(3)电解精炼铜时，电解质溶液的成分不发生变化( )
(4)电镀过程相当于金属的“迁移”，属于物理变化( )
√
×
×
B
1.欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是(　　)
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Pt和Ag2CO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
解析　在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极，镀层金属银作阳极，电镀液是含有银离子的溶液，AgCl溶解度太小，不适合作电镀液，硝酸银溶液满足条件，故B正确。
C
2.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁。下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　)
A.两个电极必须都用惰性电极 B.阳极可以用活性电极，阴极必须是惰性电极
C.电解熔融状态的氯化镁 D.电解氯化镁的水溶液
解析　电解MgCl2获取金属镁，即镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能在熔融状态下进行。在阴极上发生的是镁离子得电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极，则活性电极会失电子，所以阳极必须用惰性电极。
B
3.(2025·山西太原高二期末)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述正确的是(　　)
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极上发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu
C.用CuSO4溶液作电解质溶液，反应一段时间后浓度保持不变
D.电解后，可在电解槽阴极下方收集到少量Ag 、Pt等金属
解析　将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯时，以精铜作阴极，粗铜作阳极，A错误；电解时，溶液中的Cu2+在阴极上得电子，发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu，B正确；电解时，阳极的其他金属杂质也会放电，故电解液中CuSO4溶液浓度减小，C错误；电解时，阳极粗铜中的Fe、Zn、Cu失电子转化为金属阳离子，Ag、Pt不失电子，则电解后，电解槽阳极底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D错误。
1.计算方法
(1)根据得失电子守恒法计算：用于串联电路各极的电量相同等类型的计算。
(2)根据总反应计算：根据总反应列比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒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。常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。
2.常用解题步骤
(1)正确书写电极反应式，注意阳极本身是否发生反应，当溶液中有多种离子放电时，注意离子放电的顺序性和阶段性。
(2)根据得失电子守恒和各电极反应式，逐步计算各电极不同阶段的生成物的物质的量。由此得出各电极质量的变化或各电极产生气体体积的定量关系。
1.(2025·山师大附中高二期末)在100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液中，用石墨作为电极进行电解，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为(　　)
A.0.1 mol·L-1 B.0.2 mol·L-1
C.1 mol·L-1 D.2 mol·L-1
C
2.(2025·江苏南京高二测试)用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入(　　)
A.0.1 mol CuO
B.0.1 mol CuCO3
C.0.075 mol Cu(OH)2
D.0.05 mol Cu2(OH)2CO3
D
3.(2025·四川成都高二期中)用惰性电极电解 1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中 c(Cl-)为5.0 mol·L-1，一段时间后两极均收集到标准状况下67.2 L的气体。下列说法错误的是(　　)
A.原溶液中c(Na＋)为4 mol·L-1
B.电解过程共转移7 mol电子
C.电解过程阴极共析出32 g铜
D.加入CuCl2和HCl即可复原电解质溶液
D
解析　用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl－)为5.0 mol·L-1，Cl－物质的量为5 mol，阳极先发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl－完全反应生成 2.5 mol Cl2(标准状况下的体积为56 L)，阳极接着发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，此过程产生O2的体积为67.2 L－56 L＝11.2 L；阴极依次发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。阳极收集到3 mol气体，n(Cl－)＝5.0 mol，完全反应生成 2.5 mol氯气，转移电子数为5 mol；说明还生成了0.5 mol氧气，转移电子数为2 mol；总电子转移数为7 mol；阴极也收集到3 mol氢气，转移
电子数为6 mol，说明Cu2+得到了1 mol电子，n(Cu2+)＝0.5 mol；n(Cl－)＝5.0 mol，根据电荷守恒可知n(Na＋)＝4.0 mol，原溶液中c(Na＋)为 4 mol·L-1，故A正确；根据A项计算，电解过程共转移7 mol电子，故B正确；根据A项计算，n(Cu2+)＝0.5 mol，所以电解过程阴极共析出32 g铜，故C正确；复原电解质溶液需加入CuCl2、HCl和H2O，故D错误。
1.(2025·四川绵阳高二月考)下列关于电解的说法错误的是(　　)
A.电解过程中，两极分别发生氧化反应和还原反应
B.氯碱工业是指电解熔融的氯化钠
C.工业上常用电解法获得钠、镁、铝等活泼金属
D.电解法是最强有力的氧化还原手段
B
解析　电解的本质是氧化还原反应，电解过程中，两极分别发生氧化反应和还原反应，故A正确；氯碱工业是指电解饱和氯化钠溶液，故B错误；钠、镁、铝的金属性强，工业上常用电解法获得钠、镁、铝等活泼金属，故C正确；电解是在通电的条件下发生了氧化还原反应，是最强有力的氧化还原手段，可以实现某些不能自发进行的氧化还原反应，故D正确。
D
3.餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　)
A.电路中每通过1 mol e－，阴极析出 1 mol银
B.铁电极应与电源负极相连
C.阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋
D.电镀液需要不断更换
D
解析　阴极发生反应Ag＋＋e－===Ag，故电路中每通过1 mol e－析出1 mol银，故A正确；铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；阳极为镀层金属，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，故C正确；阳极发生反应Ag－e－===Ag＋，阴极发生反应Ag＋＋e－===Ag，电镀液的浓度不变，不需要更换，故D错误。
4.(2025·四川泸州高二期末)已知：Ni2+在pH为7.1时开始沉淀。如图所示，工业上用电解法回收含镍废水中的镍。下列说法错误的是(　　)
A.在含镍废水中离子的氧化性：Ni2+>H＋
B.阳极上发生的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑
C.电解过程中，NaCl溶液的浓度将不断降低
D.为提高Ni的回收率，电解中废水的pH应低于7.1
C
解析　由题干信息和电解装置可知，铁棒作阴极，电极反应为Ni2+＋2e－===Ni，石墨电极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl－由阴极区经过阴离子交换膜进入阳极室，据此分析解题。由分析可知，阴极上Ni2+优先放电，故在含镍废水中离子的氧化性：Ni2+>H＋，A正确；由分析可知，阳极上发生的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；由分析可知，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl－由阴极室经过阴离子交换膜进入阳极室，根据电荷守恒可知，有多少Cl－被消耗就有多少Cl－由阴极室进入阳极室，故电解过程中，NaCl溶液的浓度基本不变，C错误；由题干信息可知，Ni2+在pH为7.1时开始沉淀，故为提高Ni的回收率，电解中废水的pH应低于7.1，D正确。
5.(2025·福建泉州高二期末)电工用铜纯度应大于99.95%，工业上一般采用电解精炼的方式提纯铜。
(1)电解精炼的原理如图。
①交换膜b为____离子交换膜(填“阴”或“阳”)；
②阳极的电极反应式为___________________；
负
Zn2+(锌离子)
阴
2Cl－－2e－===Cl2↑
③若从浓缩室收集到1 L 0.5 mol·L-1的Na2SO4 溶液，则阴极可回收_____g铜(不考虑副反应)。
25.6
1.用石墨电极电解饱和食盐水，下列分析错误的是(　　)
A.得电子能力：H＋＞Na＋，故阴极得到H2
B.电解过程中Na＋的物质的量不变
C.失电子能力：Cl－＞OH－，故阳极得到Cl2
D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后，溶液呈中性
D
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2.(2025·江西吉安高二期末)利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置如图所示，下列叙述错误的是(　　)
B 　
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3.(2025·河南南阳高二检测)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法正确的是
(　　)
A.电极1的电极反应为2H2O－4e－===2H2＋2O2-
B.电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C.工作时O2-从多孔电极2迁移到多孔电极1
D.理论上电源提供2 mol电子，则能分解 1 mol H2O
D
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4.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0.05 mol·L-1的CuCl2溶液，B池中加入 0.1 mol·L-1的AgNO3溶液，进行电解。电解初期，a、b、c、d四个电极上所析出的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
A
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解析　a为阴极，铜离子得到电子生成铜，电极反应为Cu2+＋2e－===Cu；b为阳极，氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；c为阴极，银离子得到电子生成银，电极反应为Ag＋＋e－===Ag；d为阳极，水放电生成氧气和H＋，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；根据得失电子守恒，析出四种物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。　
C
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6.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(　　)
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C
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7.(2025·广东茂名高二检测)硝酸盐电解还原生成氨是实现硝酸盐废水资源化利用的有效途径。一种采用双室电解法电解硝酸盐酸性废水生成NH3的装置如图所示，P、Q均连接惰性电极。下列说法错误的是(　　)
A.Q连接外接电源的正极
B.电解一段时间后，左室溶液的pH将减小
C.两室产生的气体可作为硝酸工业的原料
D.理论上每生成1 mol NH3时，有8 mol H＋通过质子交换膜
B
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D
A.a为负极，b为正极
B.Na2Cr2O7在阴极室制得
C.阳极的电极反应式为2H2O＋4e－===H2↑＋2OH－
D.外电路中每通过1 mol电子，产生标准状况下16.8 L气体
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解析　根据题图乙可知，当溶液酸性较强时，CrO可几乎全部转化为Cr2O，故产品室中的酸性应该很强，推知产品室为阳极室，故a为正极，b为负极，故A、B错误；阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故C错误；外电路中通过1 mol电子时，阳极产生0.25 mol O2，阴极产生 0.5 mol H2，故标准状况下产生气体的体积为(0.25 mol＋0.5 mol)×22.4 L·mol-1＝16.8 L，故D正确。
9.某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的___ (填“正”或“负”)极相连，氢气从_____
填“A”“B”“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离
子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则负极的电极反应式为________________________。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成H2SO4的质量是_____，转移的电子数为__________。
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正
C
阴离子
阳离子
H2－2e－＋2OH－===2H2O
49 g
6.02×1023
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10.(2025·江苏苏州高二检测)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A.X为电源的负极
B.固体电解质中转移1 mol O2-时电路中转移电子数为1 mol
C.电极A生成C2H4的电极反应式是2CH4－4e－＋2O2-===C2H4＋2H2O
D.相同条件下，若生成乙烯和乙烷体积比为1∶1，则消耗CH4和CO2体积比为 3∶4
C
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12.电解Na2CO3溶液可制得NaHCO3和NaOH，原理如
图1所示：
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H2
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