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[明确学习目标]1.了解电解在氯碱工业中的应用。2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。3.学会电解的有关计算。23学生自主学习1.氯碱工业(1)阳离子交换膜电解槽示意图(2)电极反应阴极：(反应)阳极：(反应)总反应：□012H＋＋2e－===H2↑□02还原□032Cl－－2e－===Cl2↑□04氧化□052NaCl＋2H2O=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2．电镀以铁上镀银为例3．其他(1)利用电解熔融盐的方法制取比较活泼的金属，如电解熔融制取钠、电解熔融制取铝等。(2)金属的电解精炼。□13氯化钠□14氧化铝1．用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl溶液，如何通过实验现象判断阴、阳两极？提示：甲电极附近变红的一极为电解池的阴极，另一极为阳极，原因是H＋在阴极上放电(2H＋＋2e－===H2↑)，破坏了水的电离平衡，使此极附近c(OH－)c(H＋)，而碱会使酚酞变红乙有黄绿色刺激性气味气体产生的一极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；有无色无味气体产生的一极为电解池的阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑丙能产生使湿润的KI淀粉试纸变蓝的气体的一极为电解池的阳极，另一极为阴极提示2．若把铁件上镀铜的阴极材料换为小块精铜，阳极材料换为粗铜，能否通过电解方法由粗铜制精铜？提示：能。阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，而粗铜做阳极，比铜活泼的金属成为阳离子进入溶液，但不会在阴极上得电子成为单质(因Cu2＋得电子能力比它们要强)，不如Cu活泼的金属不失电子，会随Cu的消耗从粗铜上脱落沉入阳极区，成为阳极泥。这样阴极上就得到纯铜。提示3．为什么工业上用电解熔融Al2O3，而不是AlCl3的方法制铝？提示：AlCl3是共价化合物，熔融时不导电。提示23师生课堂互动一、电解池工作原理的应用1．氯碱工业中阳离子交换膜的作用阳离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。2．铜的电解精炼装置示意图电极材料阳极材料：粗铜(含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质)；阴极材料：精铜电解质溶液硫酸酸化的CuSO4溶液阴极Cu2＋＋2e－===Cu电极反应阳极Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋等3．电冶金电解法冶炼金属的实质是利用电解原理使金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来：Mn＋＋ne－===M。如Na、Mg、Al的制取：(1)电解熔融NaCl制取金属Na阴极：2Na＋＋2e－===2Na；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑电解反应：2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑(2)电解熔融MgCl2制取金属Mg阴极：Mg2＋＋2e－===Mg；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑电解反应：MgCl2(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑(3)电解熔融Al2O3制取金属Al阴极：4Al3＋＋12e－===4Al；阳极：6O2－－12e－===3O2↑电解反应：2Al2O3(熔融)=====通电4Al＋3O2↑[对点练习]1．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和NaCl溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A．a为正极，b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaClC．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl答案B答案解析电解氯化钠溶液时，阳极反应是氯离子失电子生成氯气，阴极反应是氢离子得电子生成氢气，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，应让氯气在下端产生，故下端电极为阳极，上端电极为阴极，则a为负极，b为正极。氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。解析2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B．电解液的成分都保持不变C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu解析A项，电镀时镀件作阴极；B项，电解精炼铜时电解液成分改变；C项，电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。解析答案D答案规律方法电镀和电解精炼铜的规律(1)电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性不如铜的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu强的金属(如Zn、Fe、Ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。(4)电解精炼铜时，Cu2＋的浓度会减小。二、电解的有关计算1．计算的原则(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。(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．计算的方法(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)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)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，从而确定计算所需的关系式。3．计算的步骤(1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。(2)当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。(3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。[对点练习]3．按如图所示的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质溶液中含有足量的Cu2＋。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则A极合金中Cu、Zn的原子个数比为()A．4∶1B．3∶1C．2∶1D．5∶3答案B答案解析由题意可写出两电极发生的电极反应，阳极(A极)：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋，阴极(B极)：Cu2＋＋2e－===Cu。B电极上析出的铜为7.68g，物质的量为0.12mol，所以电解过程中共转移电子0.24mol；溶液质量增加的原因是进入溶液的锌的质量比同时在阴极上析出的铜的质量大，设n(Zn)＝xmol，则此时析出的n(Cu)＝xmol，根据题意可得65x－64x＝0.03，解得x＝0.03，根据电子守恒可知合金中n(Cu)＝(0.24－0.03×2)/2＝0.09mol。综上可知，A极合金中n(Cu)∶n(Zn)＝0.09mol∶0.03mol＝3∶1。解析4．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，b电极上有64gCu析出。下列说法不正确的是()A．甲中a电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2OB．电解时向乙中滴入酚酞试剂，d电极附近溶液首先变红C．向乙中通入2molHCl气体，溶液组成可以恢复D．c电极产生2g气体答案D答案解析在甲中a为阳极，b为阴极，溶液中阴离子(OH－)在阳极上放电，A项正确；在乙中c为阳极，d为阴极，阴极(d)电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极的电极产物为H2、NaOH，加入酚酞试剂，阴极附近溶液首先变红，B项正确；b极有64gCu析出，则电子转移的物质的量为2mol，由于串联电路中电子转移守恒，结合关系式Cu～2e－～H2～Cl2～2HCl可得：通入HCl的物质的量为2mol时，乙中溶液组成可复原，C项正确；c电极产生的是1molCl2，其质量为71g，D项错误。解析规律方法分析电解应用问题的思维模型(1)看电池(所给装置是电解池还是电镀池)，分电极(由电源的正极和负极确定)；(2)析溶液(电解质溶液中含有的离子)，判流向(电子的流向、离子移动方向)；(3)定微粒(确定两极上发生反应的微粒)，写反应(电极反应式、总反应方程式)。本课归纳总结23学习效果检测1．下列描述错误的是()A．从海水中可以提取镁、溴、碘等物质B．电解精炼铜(含少量Fe、Zn、Pt)后的溶液中，存在的金属阳离子只有Fe2＋、Zn2＋C．电解饱和食盐水可以制取烧碱、氯气、氢气D．在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量答案B答案解析海水中含有镁、溴、碘等元素，因此从海水中可以提取镁、溴、碘等物质，A项正确；电解精炼铜(含少量Fe、Zn、Pt)后的溶液中，存在的金属阳离子除Fe2＋、Zn2＋外，还可能有Cu2＋，B项错误；电解饱和食盐水时阳极是氯离子放电，其产物是氯气，阴极是氢离子放电，其产物是氢气，阴极区OH－与Na＋结合生成氢氧化钠，C项正确；电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，所以在镀件上电镀铜的过程中，阳极减少的质量等于阴极增加的质量，D项正确。解析2．工业上电解食盐水的阴极区产物是()A．氯气B．氢气和氯气C．氢气和氢氧化钠D．氯气和氢氧化钠解析电解食盐水生成三种产物，在阴极区生成氢气和氢氧化钠，在阳极区生成氯气。解析答案C答案3．要在铁制品上镀上一定厚度的铜，以下电镀方案中正确的是()A．铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋B．铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Cu2＋C．铜作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Fe3＋D．铜作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Cu2＋答案D答案解析在电镀过程中，电镀液应该选择含镀层金属阳离子的可溶性盐溶液，镀层金属作阳极，待镀制品作阴极，由于题目要求的是在铁制品上镀铜，故电镀液中应含Cu2＋，铜作阳极，铁制品作阴极，D项正确。解析4．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是()①粗铜与直流电源的负极相连②阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu③电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16g④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽底部形成阳极泥A．①③B．②④C．③④D．②③答案D答案解析粗铜作阳极，与电源正极相连，发生反应：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋，Ag以单质的形式沉入电解槽底部形成阳极泥，①④错误；阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电路中通过3.01×1023个即0.5mol电子时，析出铜0.25mol，其质量为16g，②③正确。解析5．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1L0.05mol·L－1的氯化铜溶液，B池中加入1L0.1mol·L－1的硝酸银溶液，进行电解。当电路中通过0.1mol电子时，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∶1B．1∶1∶2∶1C．2∶1∶1∶1D．2∶1∶2∶1答案A答案解析由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出铜，b极上析出氯气，c极上析出银，d极上析出氧气。由得失电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～12O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。解析