2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.3.2 電解原理的應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-3-2 電解池（第二課時(shí)） 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．熟知電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理，會寫其電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式。 2．掌握電解的有關(guān)計(jì)算。 【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：電解方程式的書寫及電解的計(jì)算 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：電解方程式的書寫及電解的計(jì)算 【自主預(yù)習(xí)】 1．用惰性電極電解氯化鉀溶液，陰極反應(yīng)式是 ，陽極反應(yīng)式是 ，電解的化學(xué)方程式是 。電解后溶液的pH變化是 ；欲使電解后的溶液復(fù)原，需加入的物質(zhì)是 。 2．在硫酸銅溶液中，插入兩個(gè)電極進(jìn)行電解。 （1）若兩極均為Pt電極，則陽極反應(yīng)式是 ，陰極反應(yīng)式是 ， 電解的化學(xué)方程式是 。 （2）若兩極均為銅片，則陽極反應(yīng)式是 ，陰極反應(yīng)式是 ，電解過程中溶液的濃度變化是 。 （3）若陽極為鋅片，陰極為銅片，則陽極反應(yīng)式是 ，電解過程中兩極的變化是 。 【預(yù)習(xí)檢測】 1．下列敘述中不正確的是（ ） A．電解池的陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生還原反應(yīng) B．不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)可通過電解的原理實(shí)現(xiàn) C．電鍍時(shí)，電鍍池里的陽極材料發(fā)生氧化反應(yīng) D．電解飽和食鹽水時(shí)，陽極得到氫氧化鈉溶液和氫氣 2、若某池（電解池或原電池）的總反應(yīng)離子反應(yīng)式是Cu＋2H+==Cu2+＋H2↑，關(guān)于此電池的有關(guān)說法正確的是 （ ） A．該池可能是原電池，也可能是電解池 B．該池只能是原電池，且電解質(zhì)溶液為硝酸 C．該池只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極 D．該池只能是電解池，電解質(zhì)溶液只能是硝酸 合作探究 探究活動一：電解原理的應(yīng)用 1．電解飽和食鹽水 （1）通電前，氯化鈉溶液中含有的離子： 。通電時(shí) 移向陰極， 放電， 移向陽極， 放電。電極反應(yīng)式為 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反應(yīng)) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑( 反應(yīng)) 因 放電，導(dǎo)致水的電離平衡H2OH＋＋OH－向右移動，致使生成 。 （2）電解的總反應(yīng)式 化學(xué)方程式： ； 離子方程式： ； 工業(yè)上習(xí)慣把電解飽和食鹽水叫做 。 2．電解精煉銅 （1）粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì)，常用電解的方法進(jìn)行精煉。其電解池的構(gòu)成是用 作陽極，用 作陰極，用 作電解質(zhì)溶液。 （2）電極反應(yīng)式：陽極為Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋等，陰極為Cu2＋＋2e－===Cu。 （3）電解精煉銅的原理是 失去電子，產(chǎn)生的陽離子殘留在溶液中， 以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部，形成陽極泥，粗銅中的銅遷移到純銅上。 3．電鍍 （1）根據(jù)圖，回答下列問題： ①電極反應(yīng)式 陽極：Cu－2e－===Cu2＋； 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。 ②可觀察到的現(xiàn)象是 。 ③硫酸銅溶液濃度的變化是 。 （2）電鍍 ①電鍍是應(yīng)用 原理，在金屬表面鍍上一薄層其他 或 的方法。 ②電鍍池的構(gòu)成：一般都是用 作電鍍液；把 浸入電鍍液中與直流電源的正極相連，作為陽極； 與直流電源的負(fù)極相連，作陰極。 [歸納總結(jié)] （1）氯堿工業(yè)：用電解飽和氯化鈉溶液的方法來制取NaOH、Cl2、H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品。 （2）電鍍特點(diǎn)是陽極本身參與電極反應(yīng)，電鍍過程中相關(guān)離子的濃度、溶液pH等保持不變。 （3）電解精煉中，比需要精煉的金屬活潑的雜質(zhì)溶解，而不比需要精煉的金屬活潑的雜質(zhì)會沉積(如精煉鎳時(shí)Cu也會沉積)。 【學(xué)以致用】 1．某同學(xué)在做電解食鹽水的實(shí)驗(yàn)時(shí)，誤用銅棒做兩極材料，請判斷下列說法正確的是( ) A．完全電解后，得到CuCl2溶液 B．電解完全并放置一段時(shí)間后，得到藍(lán)色沉淀和NaCl溶液 C．電解一段時(shí)間后，NaCl溶液濃度可能變小 D．電解后溶液中的NaCl質(zhì)量一定不變 2．Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如下圖所示，電解總反應(yīng)為：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列說法正確的是 ( ) A．石墨電極上產(chǎn)生氫氣 B．銅電極發(fā)生還原反應(yīng) C．銅電極接直流電源的負(fù)極 D．當(dāng)有0．1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0．1 mol Cu2O生成 探究活動二：電解的有關(guān)計(jì)算 1．將兩支惰性電極插入CuSO4溶液中，通電電解。 （1）當(dāng)有1．010－3 mol的OH－放電時(shí)，溶液顯淺藍(lán)色，則在陰極上析出銅的質(zhì)量是__________。 （2）若溶液的體積為1 L，忽略溶液體積變化，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出5．6 mL O2時(shí)，溶液的pH是________。 2．用惰性電極電解0．1 L M(NO3)x的水溶液，當(dāng)陰極上增重a g時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生b L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2，從而可知M的相對原子質(zhì)量是________，溶液的pH是________(均用含有a、b、x的代數(shù)式表示)。 [歸納總結(jié)] 有關(guān)電解的計(jì)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(jià)、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(jì)算，均可概括為下列三種方法： （1）得失電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電路、通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 （2）總反應(yīng)式計(jì)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(jì)算。 （3）關(guān)系式計(jì)算：借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需的關(guān)系式。 【學(xué)以致用】 4．在水中加入等物質(zhì)的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，該溶液放在用惰性材料做電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為 ( ) A．35．5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35．5 5．在25℃時(shí)，將兩個(gè)鉑電極插入一定量的硫酸鈉飽和溶液中進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后，在陽極逸出a mol氣體，同時(shí)有W g Na2SO410H2O析出，若溫度不變，此時(shí)剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ( ) A．100% B．100% C．100% D．100% 【學(xué)習(xí)小結(jié)】 【鞏固練習(xí)】 1．許多金屬都可以通過電解的方法達(dá)到精煉的目的。下列有關(guān)該方法的敘述中，正確的是 ( ) A．含雜質(zhì)的粗金屬做陽極，與直流電源的正極相連 B．陰極只要是一種導(dǎo)體即可，與精煉過程無關(guān) C．電解質(zhì)溶液中除了含有精煉的金屬的陽離子之外，絕對不能含有其他金屬陽離子 D．在精煉過程中，電解質(zhì)溶液的成分不發(fā)生任何變化 2．某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液。通電時(shí)， 為使Cl2被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是( ) A．a(chǎn)為正極，b為負(fù)極；NaClO和NaCl B．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaCl C．a(chǎn)為陽極，b為陰極；HClO和NaCl D．a(chǎn)為陰極，b為陽極；HClO和NaCl 3．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(shí)以精銅作陽極 B．電解時(shí)陽極發(fā)生還原反應(yīng) C．精銅連接電源負(fù)極，其電極反應(yīng)式是Cu－2e－===Cu2＋ D．電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥 4．如圖所示的A、B兩個(gè)電解池中的電極均為鉑，在A池中加入0．05 molL－1的CuCl2溶液，B池中加入0．1 molL－1的AgNO3溶液，進(jìn)行電解。a、b、c、d四個(gè)電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)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 5．右圖是電解氯化鈉溶液(含酚酞)的裝置。 有毒氣體收集的裝置省略沒有畫出，兩電極均是惰性電極。 （1）a電極的名稱____________。 （2）電解過程中觀察到的現(xiàn)象 ______________________________________________________________。 （3）確定N出口的氣體最簡單的方法是 ________________________________________________________________________。 （4）電解總反應(yīng)的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 （5）若將b電極換成鐵作電極，寫出在電解過程中U形管底部出現(xiàn)的現(xiàn)象 ________________________________________________________________________。 【總結(jié)與反思】 通過自評、互評、師評相結(jié)合對本節(jié)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思感悟。 【參考答案】 【預(yù)習(xí)檢測】1． D 2． C 【合作探究】 探究活動一： 1．（1） Na＋、Cl－、H＋、OH－，Na＋、H＋，H＋，Cl－、OH－，Cl－，氧化，還原，H＋，NaOH； （2）2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－；氯堿工業(yè)。 2．（1）粗銅，純銅， CuSO4溶液。 （3）粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe等，不比銅活潑的金屬Ag、Au等 3．電鍍 （1）鐵件表面鍍上一層紅色的銅，銅片不斷溶解。③不變。 （2） ①電解，金屬，合金； ②含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液；鍍層金屬；待鍍金屬制品 【學(xué)以致用】1． B 2． A 探究活動二 1．（1）0．032 g （2）3 【解析】 （1）用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí)，電極反應(yīng)為陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu，陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。當(dāng)有1．010－3 mol的OH－放電時(shí)，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2為5．6 mL，此時(shí)轉(zhuǎn)移電子為1．010－3 mol，則在陰極上析出Cu：3210－3 g。 （2）陽極： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4 mol 1 mol n n＝1．010－3 mol，消耗1．010－3 mol OH－，生成1．010－3 mol H＋ 則[H＋]＝＝1．010－3 molL－1 pH＝－lg[H＋]＝－lg(1．010－3)＝3。 2． －lg 【解析】由于陰、陽兩極轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相同，則有x＝4，或由關(guān)系式xO2～4M得∶＝x∶4，均可解出M＝ gmol－1。又由O2～4H＋可知：[H＋]＝4 mol0．1 L＝b molL－1，則pH＝－lg。 【學(xué)以致用】 3． C 4． D 【鞏固練習(xí)】 1． A 2． B 3． D 4．A 5． （1）陰極 （2）兩極均有氣泡產(chǎn)生；a極區(qū)溶液變成紅色；b極液面上氣體變?yōu)辄S綠色；b極區(qū)溶液變?yōu)闇\黃綠色 （3）用濕潤的淀粉KI試紙檢驗(yàn)，試紙變藍(lán)的就是Cl2 （4）2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ （5）底部有白色沉淀產(chǎn)生，很快變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色