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第2课时电解原理的应用课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.掌握电解饱和食盐水的原理;2.了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的发展前景1.能够从电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀、电冶金等电解应用的另一视角加深对电解原理的理解;2.能通过对电解电解质溶液的规律的认识,正确书写出电极反应、电池总反应预习导引1.电解饱和食盐水通电前溶液中含有的离子:Na+、Cl-、H+、OH-。通电时Na+、H+移向阴极,H+放电,Cl-、OH-移向阳极,Cl-放电。电极反应为:阳极:2Cl--2e-Cl2↑(氧化反应)阴极:2H++2e-H2↑(还原反应)因H+放电,导致水的电离平衡H2OH++OH-向右移动,致使生成NaOH。预习导引1.电解饱和食盐水通电前溶液中含有的离子:Na+、Cl-、H+、OH-。通电时Na+、H+移向阴极,H+放电,Cl-、OH-移向阳极,Cl-放电。电极反应为:阳极:2Cl--2e-Cl2↑(氧化反应)阴极:2H++2e-H2↑(还原反应)因H+放电,导致水的电离平衡H2OH++OH-向右移动,致使生成NaOH。电解总化学方程式为:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH总离子方程式为:2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-预习交流1电解过程中阴极、阳极附近溶液的pH有什么变化?为什么?答案:阴极附近溶液pH增大,由于H+放电,导致水的电离平衡H2OH++OH-向右移动,c(H+)c(OH-),所以其附近pH增大。阳极附近pH减小,由于阳极生成Cl2,Cl2+H2OHCl+HClO,使其附近酸性增强。2.电镀(1)电镀的含义电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀的目的电镀的目的主要是提高金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。3.电解精炼铜(1)装置如下图所示:粗铜作阳极,纯铜作阴极,CuSO4溶液作电解质溶液。(2)电极反应,阳极为Cu-2e-Cu2+、Zn-2e-Zn2+等。阴极为Cu2++2e-Cu。4.电冶金属(1)金属冶炼的本质使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来。如Mn++ne-M。(2)电解熔融的NaCl制Na对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属,电解法几乎是唯一可行的工业方法。例如电解熔融的NaCl制Na:NaCl在高温熔融,并发生电离:NaClNa++Cl-通直流电后,阴极:2Na++2e-2Na,阳极:2Cl--2e-Cl2↑,总化学方程式为:NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。预习交流2在学习了电解原理之后,甲、乙两个小组提出了制取金属镁的方案:甲小组:用电解饱和MgCl2溶液制取镁。乙小组:用电解熔融的MgCl2制取镁。你支持谁的观点,为什么?答案:乙小组。由于MgCl2溶液中,有Mg2+和H+,水电离出的H+优先放电,生成H2而得不到镁。课堂合作探究问题导学1.电解原理的应用活动与探究1实验装置和步骤按如图所示装置,向U形管里倒入饱和食盐水,插入一根石墨棒作阳极,一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞溶液,并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后,你观察到了哪些现象?通过这些现象你得到什么结论?电解饱和食盐水答案:实验现象(1)阳极上产生带刺激性气味的气体,该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;(2)阴极上产生无色无味的气体;(3)阴极区溶液变红。实验结论用石墨电极作阳极,电解饱和食盐水生成Cl2、H2和NaOH。思考与交流请你用电解原理分析电解饱和食盐水。答案:在食盐水中,存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子,通电时,Cl-、OH-向阳极移动,Na+、H+向阴极移动,由于放电能力Cl-OH-,H+Na+,因此在阳极Cl-比OH-容易失去电子,氧化生成氯气;在阴极,H+比Na+容易得到电子,还原生成氢气。阳极(放电顺序Cl-OH-):2Cl--2e-Cl2↑(氧化反应)阴极(放电顺序H+Na+):2H++2e-H2↑(还原反应)总反应为2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。在上述反应中,由于H+在阴极上得到电子而生成H2,破坏了附近水的电离平衡,促进了水继续电离,结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性。分析电解过程可按以下步骤:①分电极(与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极);②析溶液(分析电解质溶液中所含离子有哪些);③判流向(判断电子流动方向、离子移动方向);④断微粒(确定在两极上反应的各是什么微粒);⑤书极式(书写电极反应,注意使两极得失电子守恒);⑥写方程(书写电解质电解的化学方程式或离子方程式)。2.电镀原理及应用活动与探究2按如图所示装置,向烧杯中倒入饱和硫酸铜溶液,用铜作阳极,一个钥匙(铁制)作阴极。接通K后,你观察到哪些现象?你能解释你观察到的现象吗?答案:实验现象:阳极铜片逐渐溶解,阴极铁制钥匙表面慢慢出现一层红色的物质。通电后阳极发生:Cu-2e-Cu2+,因此铜片逐渐溶解,Cu2+进入溶液中;阴极发生:Cu2++2e-Cu,因此钥匙表面逐渐镀上了一层红色的铜。迁移与应用某课外活动小组欲在铁制工艺品上分别镀上一层锌和一层铝,它们分别设计了如下图所示的方案:这两个方案都能成功吗?若能成功请写出阴、阳两极的电极反应。若不能成功请说明理由。解析:本题主要考查电镀的原理,及在阴极阳离子的放电顺序。由于Zn2+的氧化性大于H+(H2O)的氧化性,Zn2+得电子生成Zn,所以甲方案能成功;而乙方案中由于H+(H2O)的氧化性大于Al3+,H+(H2O)放电产生H2,而得不到Al,所以乙方案不能成功。答案:甲方案能成功。阳极:Zn-2e-Zn2+,阴极:Zn2++2e-Zn。乙方案不能成功。由于AlCl3溶液中含有Al3+和水电离出来的H+,H+的氧化性比Al3+强优先得电子:2H++2e-H2↑,致使Al3+不能得电子生成金属Al,造成镀铝失败。电镀的原理电镀时,一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液;把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;待镀金属制品与直流电源的负极相连,作阴极。通入低压直流电,阳极金属溶解在溶液中成为阳离子,移向阴极,这些离子在阴极获得电子被还原成金属,覆盖在需要电镀的金属制品上。3.电解精炼铜活动与探究3粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,请你利用如图电解精炼铜的装置,结合电解原理,探究电解过程中各杂质成分的变化。答案:粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,位于金属活动性顺序中铜以前的金属如Zn、Fe、Ni等,会优先失去电子,如Zn-2e-Zn2+,Ni-2e-Ni2+。但是它们的阳离子比铜离子难还原,所以它们并不在阴极获得电子析出,而是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的银、金等杂质,因为失电子的能力比铜弱,不能在阳极失去电子变成阳离子溶解在溶液中,而是以金属单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。迁移与应用电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池,装有电解质溶液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溶液,则:①电解池中X电极上的电极反应为,在X电极附近观察到的现象是。②Y电极上的电极反应为,检验该电极反应产物的方法是。(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解质溶液a选用CuSO4溶液,则:①X电极的材料是,电极反应为。②Y电极的材料是,电极反应为。(说明:杂质发生的电极反应不必写出)解析:(1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑;阴极反应:2H++2e-H2↑。与电源正极相连的为阳极,反之为阴极。所以X为阴极,Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H+,溶液呈碱性,加入酚酞溶液变成红色;Y极产生Cl2,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼铜时,用含杂质的铜为阳极,纯铜为阴极。反应过程中阳极上的铜以及比铜活泼的金属失去电子成为离子进入溶液,活泼性比铜差的金属形成阳极泥;在阴极只有Cu2+能得电子成为单质,其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图,X为阴极,Y为阳极。所以,X电极的材料是纯铜,电极反应为Cu2++2e-Cu;Y电极的材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+。答案:(1)①2H++2e-H2↑有气泡冒出,溶液变红②2Cl--2e-Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色(2)①纯铜Cu2++2e-Cu②粗铜Cu-2e-Cu2+金属的精炼:阳极——杂质金属;阴极——纯金属;电解质溶液——含纯金属离子的盐溶液;过程中的变化:纯金属离子的盐溶液浓度一般会降低。4.电冶金活动与探究4阅读教材81~82页,请你自主完成如图电解熔融氯化钠制钠图示中的空格处内容的填写工作。思考与交流请你写出金属活动性顺序,并标出各种金属的冶炼方法。答案:迁移与应用下列描述中,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,用锌作阳极解析:电解池的阳极发生失电子氧化反应、阴极发生得电子还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时,若用Fe作阳极,会发生Fe-2e-Fe2+,Fe2+移动到阴极上发生Fe2++2e-Fe,使得到的Al不纯。答案:A(1)电解熔融MgCl2制单质Mg[工业上利用海水中的Mg2+,先生成Mg(OH)2,再制得MgCl2溶液,最后得熔融态MgCl2,再进行电解]。(2)电解熔融Al2O3制单质Al(为降低Al2O3的熔点,工业上加入冰晶石Na3AlF6作助熔剂)。5.电解电解质溶液的规律探究活动与探究5以惰性电极电解下列表中的电解质溶液,合作完成表中空格部分内容。迁移与应用用惰性电极实现电解,下列说法正确的是()A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2D.电解硫酸铜溶液,一段时间后,加入适量CuO能使电解质溶液恢复到电解前的组成和浓度解析:电解稀硫酸,实质上是电解水,硫酸浓度变大,溶液的pH减小;电解稀NaOH溶液,溶液的pH增大;电解Na2SO4溶液,阴极和阳极上分别析出H2和O2,物质的量之比为2∶1;电解CuSO4溶液,阴、阳极分别析出Cu、O2,溶液中生成H2SO4,加入适量的CuO能使溶液恢复到电解前的组成和浓度。答案:D电解化学方程式的书写(1)必须在长等号上标明“通电”。(2)只是电解质被电解,电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液:CuCl2Cu+Cl2↑。(3)只有水被电解,只写水及电解产物即可。如:电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时,化学方程式可以写为:2H2O2H2↑+O2↑。(4)电解质、水同时被电解,则都要写进方程式。如电解饱和食盐水:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。当电解过程中电解的是水和电解质时,电极反应中出现的是H+或OH-放电,但在书写总反应时要将反应物中的H+或OH-均换成水,在生成物中出现的是碱或酸。使阴极、阳极反应得失电子数目相同,将两个电极反应式相加,即得到总反应的化学方程式。当堂检测1.下列关于铜电极的叙述正确的是()A.铜锌原电池中铜是负极B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极解析:铜锌原电池中,铜不活泼,应作正极,A项错。在电镀或电解精炼铜时,需要将溶液中的Cu2+还原成金属铜析出,用作向溶液供给Cu2+的粗铜则必须作阳极,B项错误,C项正确。电解硫酸溶液时,金属铜如果作阳极,它将以Cu2+的形式被溶解而进入电解质溶液,当电解质溶液内有H+和Cu2+时,后者将在阴极上放电,D项错误。答案:C2.工业上由二氧化锰制备KM