电解原理的应用

【本讲教育信息】一.教学内容：电解原理的应用二.教学目标：1、掌握电极反应式及电解方程式的书写2、了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼的原理和特点三.教学重点、难点：电极反应式及电解方程式的书写电解饱和食盐水、电镀、电解精炼的原理和特点四.知识分析：电解原理在工业生产中有着广泛的应用。对于比较活泼的金属，我们常用电解的方法制取，还可以采用电解的方法对某些金属进行精炼提纯；也可以采用电解的方法制取氢氧化钠、氢气和氯气等；为了增强美观，我们可以在金属或其他物品表面镀上一薄层其他金属或合金，以增强金属的抗腐蚀能力——这就是电镀。（一）电解饱和食盐水制氢氧化钠：电极：惰性电极；电解液：饱和NaCl溶液阳极：2Cl――2e－＝Cl2；阴极：2H＋＋2e－＝H2；电极总反应式：2NaCl+2H2O＝2NaOH+H2↑+Cl2↑说明：1.由于粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，在制取NaOH时可能堵塞隔膜，同时也可能混入杂质，因此，在电解前对所用食盐必须精制，从而减少耗电量及对石墨的损耗.2.精制食盐的方法：除A.加过量BaCl2（除去SO42－，溶液中还有的离子是：Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋）B.加过量Na2CO3（除去Ca2＋、Ba2＋，溶液中还有的离子是Mg2＋、CO32－）杂C.加过量的NaOH（除去Mg2＋，溶液中还有的离子是：OH－、CO32－）过滤除去沉淀［除去BaSO4、BaCO3、CaCO3、MgCO3、Mg（OH）2等沉淀］加盐酸调节溶液的pH值为7.操作中A、B、C三步的操作顺序可分为：ABC或ACB或CAB，只要保证B在A后即可.3.生产设备：离子交换树脂电解槽：用碳钢网制成阴极，钛网制成阳极，两极之间有阳离子交换膜.4.阳离子交换膜的作用：将电解槽分成阴极室和阳极室两个部分，阳离子交换膜只有阳离子可以通过，阴离子和气体分子等不能通过；防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气混合引起爆炸；Cl2和NaOH反应产生副产物而影响NaOH的纯度.5.生产流程：粗盐→精炼→精盐的饱和溶液→阳离子交换膜中进行电解→阳极产生Cl2，阴极产生NaOH溶液和H2（二）电解法冶炼活泼性较强的金属。金属元素中有许多活泼性较强的金属，在用还原剂还原时，由于单质的还原性较强，能与氧化产物等重新反应生成别的物质。因此，工业上往往通过电解熔融的含有金属阳离子的盐制取它们的单质。说明：1、用惰性电极电解熔融的NaCl制取金属钠阳极：2Cl――2e－＝Cl2；阴极：2Na＋＋2e－＝2Na；电极总反应式：2NaCl＝2Na＋Cl2↑2、电解熔融的氧化铝、冰晶石制取金属铝。①电极材料：碳块作阳极，钢板作阴极；②由于氧化铝的熔点很高，再熔融时往往向其中加入冰晶石作为熔剂，使氧化铝在较低的温度下熔化；③电解时要不断地从电解槽中将电解出来的铝取走，同时，要不断地向电解槽中补充氧化铝；④由于阳极附近温度较高，易发生副反应使碳块损耗，故电解时要不断补充阳极碳块。3、采用电解法可用来冶炼：钠、镁、铝等活泼性较强的金属单质。（三）电解精炼：利用电解的原理可以提纯铜等金属，如：电解精炼铜。说明：1、粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等杂质，可以利用电解原理精炼。2、将不纯的金属（如粗铜）作阳极，较纯的金属作阴极，含有被提纯金属阳离子的盐溶液做电解液，就可以构成电解精炼的装置。电极反应阳极（粗铜）2Cue2Cu依照金属活动顺序，应先有Zn、Fe、Ni放电，成为离子进入溶液中，例如2Zne2Zn阴极（粗铜）Cue2Cu23、在阳极Zn、Fe、Ni等金属的失电子能力强于铜，先于铜失去电子进入溶液中，而溶液中Zn2＋、Ni2＋等阳离子得电子能力小于Cu2＋，只能留在电解质溶液中。4、金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质形式沉积于阳极，俗称“阳极泥”。因此，电解精炼不仅可以提纯金属，同时还可以得到Ag、Pt、Au等贵重金属。（四）电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等。说明：1、电镀：镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，含有镀层金属阳离子的盐溶液做电解液就可以构成电镀装置。2、金属做阳极本身失去电子，含有镀层金属阳离子的盐溶液做电解液，电镀之后为使镀层稳固，还应放在钝化液中，控制一定条件使H＋、OH－不参加反应。3、电镀的结果是：阳极金属不断减少，阴极镀层金属不断增加，而电镀液中所含金属离子的浓度保持不变。4、电镀与电解一般区别为：①电镀时阳极为镀层金属，阳极参加反应，而电解时阳极不一定参加反应；②电镀液中的金属阳离子与阳极金属相同，而电解时则不一定相同；③电镀后电解液浓度不变，而电解时电解液浓度可能发生变化。5、原电池、电解池和电镀池该如何判别：（1）单池判断规律：若无外接电源则为原电池（符合原电池的构成原理），若有外接电源且阳极材料与电解液中阳离子为同种元素则为电镀池，有外接电源符合电解池的基本构造则为电解池；（2）组合池判断规律：当多池组合时，若无外电源，则该组合中必有一池为原电池，通常选择两极活泼性差异最大的池，若有外电源，则各池均为电解池（再看是否有特殊构造以判断是否有电镀池）。【典型例题】［例1］关于电解NaCl水溶液，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.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，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解析：电解食盐水的反应为：阳极：2Cl――2e－＝Cl2；阴极：2H＋＋2e－＝H2；电极总反应式：2NaCl+2H2O＝2NaOH+H2↑+Cl2↑对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴入KI溶液后发生反应：Cl2＋2KI＝2KCl＋I2，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH－，滴加酚酞后显红色，C错误；电解后生成NaOH溶液，溶液呈碱性，D错误.答案：B［例2］1L0.1mol/L的AgNO3溶液在以银作阳极，铁作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时，下列判断正确的是（设电解按理论进行，溶液不蒸发）A.溶液的浓度变为0.08mol/LB.阳极上产生112mL的氧气（标准状况）C.转移的电子数是1.204×1022个D.反应中有0.02mol的Ag被氧化解析：依据电极和电解液可知该装置为电镀池，其电极反应为：阳极Ag－e－＝Ag＋；阴极：Ag＋＋e－＝Ag；由此可知在电镀过程中溶液的浓度并没有发生改变，所以选项A是不正确的；由于阳极上没有氧气生成，所以选项B也是错误的；在电极反应中转移的电子的数目为：（2.16g/108g/mol）×6.02×1023/mol＝1.204×1022，且有0.02mol的Ag失去电子.答案：CD［例3］以A、B两根石墨电极电解足量的硝酸银溶液，通电t分钟，在B极收到11.2mL标况下气体，此后将电源反接，以相同的电流强度通电t/2分钟。问：（1）A、B分别是什么极？（2）电源反接后A、B电极质量如何变化？（3）若溶液体积为200mL，则通电t/2分钟时的溶液pH＝？解析：（1）石墨电极电解足量的硝酸银溶液，通电t分钟.此时的电极反应为：阳极：4OH－-4e－＝2H2O+O2，阴极：4Ag++4e－＝Ag，4AgNO3+2H2O＝4Ag+O2↑+4HNO3此时B极收到11.2mL标况下气体，说明B极是阳极，A极是阴极.B极产生0.0005mol的O2，通过的电子的物质的量为0.002mol，A极生成银：0.002mol×108g/mol＝0.216g，电解液中生成0.002mol的HNO3.（2）将电源反接，再通过t/2分钟，此时A极属于阳极，B极为阴极，电解液为硝酸银溶液，则形成电镀装置.则两极发生的反应为：A极（阳极）Ag－e－＝Ag＋；B极（阴极）：Ag＋＋e－＝Ag；通过的电子的物质的量为0.001mol；即阳极“溶解”0.001mol×108g/mol＝0.108g的银，阴极析出0.001mol×108g/mol＝0.108g的银；此时，电解液的成分和物质的量都没有发生变化，则生成的HNO3的物质的量浓度为：0.002mol/0.2L＝0.01mol/L.即)H(c＝0.01mol/L，pH＝2答案：（1）A极是阴极B极是阳极；（2）电源反接后，A极质量减轻0.108g，B极质量增加0.108g；（3）pH＝2【模拟试题】1.金属镍有广泛的用途.粗镍中含有少量Fe，Ze，Cu，Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（）（已知：氧化性Fe2＋Ni2＋Cu2＋）A.阳极发生还原反应：其电极反应式：Ni2+＋2e－＝NiB.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Pt2.下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（）3.CuI是一种不溶于水的白色固体，它可由反应：2Cu2+＋4I－＝2CuI↓＋I2而得到.现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液.电解开始不久阴极区溶液呈红色，而阳极区溶液呈蓝色，对这个现象正确的解释是（）①阴极电极反应2H＋＋2e－＝H2↑使c（OH－）c（H＋）②阳极2Cu＋4I－―4e－＝2CuI↓＋I2；I2遇淀粉变蓝③阳极Cu－2e－＝Cu2+，Cu2+显蓝色④阳极2I――2e－＝I2，I2遇淀粉变蓝A.①②B.①③C.①④D.③④4.下列描述中，不符合生产实际的是（）A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极5.电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池的电极反应为：，今若制得0.05mol的氯气，此时电池内消耗的硫酸的物质的量至少是（）A、0.025molB、0.05molC、0.10molD、0.20mol6.将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电电解一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为（）A、1∶2∶3B、3∶2∶1C、6∶3∶1D、6∶3∶27.1LK2SO4和CuSO4的混合溶液中)SO(c24＝2mol/L，用石墨电极电解此溶液，通电一段时间后，两极均收集到22.4L（标准状况）气体，则原溶液中K＋的浓度为（）A、0.5mol/LB、1mol/LC、1.5mol/LD、2mol/L8.两根镍棒分别与电源正负极相连，并都插入NiSO4溶液中，若电流强度为I，通电时间为t，结果阳极失重mg，已知每个电子的电量为1.6×10-19Q（库仑），镍的摩尔质量为：58.69g/mol，则可推知阿伏加德罗常数为：（）9.电解原理在化学工业中有广泛应用.图为一个电解池，装有电解液a；Ｘ，Ｙ是两块电极板，通过导线与直流电源相连.请回答以下问题：（1）若Ｘ，Ｙ都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：①电解池中Ｘ极上的电极反应式是.在Ｘ极附近观察到的现象是.②Ｙ电极上的电极反应式是，检验该电极反应产物的方法是.（2）如果要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则①Ｘ电极的材料是，电极反应式是.②Ｙ电极的材料是，电极反应式是.（说明：杂质发生的电极反应不必写出）10.工业上为了处理含有Cr2O72－的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准.请回答问题：（1）两极发生反应的电极反应式：阳极：；阴极：.（2）写出Cr2O72－变为Cr3+的离子方程式：.（3）工业废水由酸性变为碱性的原因是；（4）（填“能”或“不能”）改用石墨电极，原因是：.11.在玻璃圆筒中盛有两种