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第四章电化学基础第2课时电解原理的应用第四章电化学基础1．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼和电冶金的原理。2.学会利用守恒法、关系式法进行电解的相关计算。电解原理的应用1．氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。(1)电极反应式(并注明反应类型)阳极：()；阴极：()。其中阴极反应中的H＋是由水电离产生的。2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑氧化反应还原反应(2)总反应式：。2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑2．电镀(1)电镀是应用原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或的方法。(2)电镀阳极：金属，电极本身发生反应阴极：金属制品电镀液：含有金属离子的溶液电解合金镀层氧化待镀镀层3．电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)(1)做阳极，主要的电极反应为；做阴极，电极反应为；电解质溶液为溶液。(2)活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的形成阳极泥。粗铜Cu－2e－===Cu2＋纯铜Cu2＋＋2e－===CuCuSO4金、银4．电冶金等活泼金属，很难用还原剂还原它们的化合物得到其单质，因此必须通过电解其熔融化合物的方法得到。如电解熔融氯化钠可以得到金属钠：阴极电极反应式为；阳极电极反应式为；总反应式为。K、Na、Ca、Mg、Al2Na＋＋2e－===2Na2Cl－－2e－===Cl2↑2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑1．正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)在镀件上电镀铜时，可用金属铜做阳极(2)电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变语句描述正误阐释错因或列举反例(3)电解精炼铜时，用纯铜做阳极，粗铜做阴极(4)工业上用电解熔融氧化镁的方法制取Mg答案：(1)√(2)×反应后电解质溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋的浓度减小(3)×纯铜做阴极，粗铜做阳极(4)×MgO的熔点高，耗费大量能量，工业上用电解熔融MgCl2的方法制取Mg2．你能从阴阳极材料、阴阳极反应、电解质溶液浓度变化等方面列表比较一下电镀铜与电解精炼铜的差别吗？答案：电镀铜电解精炼铜阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应Cu2＋＋2e－===CuCu2＋＋2e－===Cu电解质溶液浓度变化硫酸铜溶液浓度保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小训练一电解饱和食盐水1．工业上电解饱和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：选C。用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。2．关于电解饱和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解析：选B。电解饱和NaCl水溶液，阳极析出氯气，阴极析出氢气，A错误；若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，将析出I2，得到I2的水溶液，故呈棕色，B正确；阴极附近的溶液显碱性，加酚酞溶液则呈红色，C错误；电解一段时间后，得到的是含有NaOH的溶液，呈碱性，D错误。训练二电镀和电解精炼3．关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()A．都用粗铜做阳极、纯铜做阴极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：选D。A项电镀铜时，纯铜做阳极、镀件做阴极；B项电解精炼铜时，反应后电解液中混有Zn2＋等；C项电解精炼铜时，因粗铜中含有比铜活泼的金属杂质如锌，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。4．(2019·承德高二测试)在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是()A．锌做阳极，镀件做阴极，溶液中含有锌离子B．铂做阴极，镀件做阳极，溶液中含有锌离子C．铁做阳极，镀件做阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌做阴极，镀件做阳极，溶液中含有锌离子解析：选A。电镀时，镀件做阴极，镀层金属做阳极，含有镀层金属离子的溶液做电镀液。题组三电冶金5．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是()A．都是轻金属B．都是活泼金属C．成本低廉D．这些金属的化合物熔点较低解析：选B。金属冶炼方法的选取主要依据的是金属的活泼性强弱，不活泼的金属用热分解法制备，如加热氧化汞制汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼金属的离子很难被其他还原剂还原，只能用电解法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法制备。6．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中，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，阴极必须用惰性电极C．电解熔融状态的氯化镁D．电解氯化镁的水溶液解析：选C。电解MgCl2获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中进行，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到电子的反应，对其电极材料没有要求；在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极，阳极本身会失电子，所以阳极必须用惰性电极。电解的相关计算1．电解计算的依据(1)阳极失去的电子数＝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．电解计算的方法(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：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)根据关系式计算：根据得失电子守恒的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。电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。3．电解计算的步骤(1)正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。(2)注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。(3)根据得失电子守恒，列出关系式进行计算。训练一电子守恒在电解计算中的应用1．(2019·张家界高二测试)用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是()A.22.4axbB.11.2axbC.5.6axbD.2.8axb解析：选C。生成bLO2(标准状况)转移电子为b×422.4mol，据电子守恒得到M的物质的量为4b22.4xmol＝b5.6xmol，则M的摩尔质量为ag÷b5.6xmol＝5.6axbg/mol，M的相对原子质量为5.6axb。2．用石墨做电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为()A．1mol/LB．2mol/LC．3mol/LD．4mol/L解析：选A。根据题设条件，两极上的电极反应式为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。阴极上收集到气体即H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于阳极上OH－失电子总数。放出0.1molH2得到0.2mol电子，放出0.1molO2失去0.4mol电子，所以阴极上还有0.1molCu2＋放电，得到0.2mol电子，则c(Cu2＋)＝0.1mol0.1L＝1mol/L。训练二关系式在电解计算中的应用3．将两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解质溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有H2逸出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是()A．27mgB．54mgC．108mgD．216mg解析：选B。题中pH＝6.0可理解成由于Ag＋的水解而使溶液显弱酸性，当pH变为3.0时，n(H＋)＝1×10－3mol·L－1×0.5L＝5×10－4mol，根据关系式Ag＋～H＋～e－得，n(Ag)＝n(H＋)＝5×10－4mol，m(Ag)＝5×10－4mol×108g·mol－1＝5.4×10－2g＝54mg。4．把分别盛有熔融的KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，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∶2解析：选D。该题考查了电解中转移电子的物质的量与析出金属的化合价及物质的量的关系。在氯化钾、氯化镁、氧化铝中K、Mg、Al分别为＋1价、＋2价、＋3价，在串联电路中，相同时间通过的电量相同，当都通过6mol电子时，根据关系式6K＋～3Mg2＋～2Al3＋～6e－得，析出K、Mg、Al的物质的量分别为6mol、3mol、2mol，则n(K)∶n(Mg)∶n(Al)＝6∶3∶2。学习小结1.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2.电镀时，待镀的金属制品做阴极，镀层金属做阳极，用含镀层金属离子的溶液做电镀液。3.电解精炼铜时，用纯铜做阴极，粗铜做阳极，用CuSO4溶液做电解液。4.电解熔融NaCl制取钠，电解熔融MgCl2制取镁，电解熔融Al2O3制取铝。