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第2课时电解原理的应用一、电解饱和食盐水二、电镀1.定义:应用_____原理在某些金属表面镀上一薄层其他_____或合金的方法。2.目的:使金属增强_______能力,增加美观度和表面硬度。电解金属抗腐蚀3.实例(在铁件上镀铜):(1)阴极:①材料:___,②电极反应式:______________;(2)阳极:①材料:___,②电极反应式:_______________(3)电解质溶液:_____溶液。FeCu2++2e-====CuCuCu-2e-====Cu2+;CuSO4三、电解精炼铜四、电冶金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_____出来,如Mn++ne-====M电冶金电解是最强有力的氧化还原手段,适用于一些活泼金属单质的制取,如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属还原实例电解熔融的氯化钠。阳极反应:_________________;阴极反应:_______________;总反应:_________________________。2Cl--2e-====Cl2↑2Na++2e-====2Na2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑电解====【自主检测】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NaCl水溶液时,阳极放出氯气,阴极放出氢气,A错;滴加KI溶液后发生反应:Cl2+2I-====I2+2Cl-,溶液呈棕色,B对;阴极附近溶液显碱性,溶液变红,C错;电解产生NaOH,显碱性,D错。2.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是()A.电解时以硫酸铜溶液作电解液,精铜作阳极B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应C.阴极上发生的反应是Cu2++2e-====CuD.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥【解析】选C。根据电解原理,粗铜作阳极,比铜活泼的Zn、Fe等杂质发生氧化反应,比Cu不活泼的金属单质,如Ag、Au等在阳极底部沉积;精铜作阴极,只发生Cu2++2e-====Cu。3.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是()A.Ag和AgCl溶液B.Ag和AgNO3溶液C.Fe和AgNO3溶液D.Pt和Ag2SO4溶液【解析】选B。电镀槽中,镀件作阴极,可用镀层金属作阳极,利用其阳极金属溶解提供镀层金属阳离子,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由此A、D中AgCl和Ag2SO4均为沉淀,C中Fe作阳极,只有B符合要求。4.下列图示中关于铜电极的连接错误的是()【解析】选C。在电镀槽中,镀件做阴极,镀层金属做阳极,C中应该把镀件连接电源的负极,Cu与电源正极连接。知识点一电解原理的应用1.电解饱和食盐水的反应原理:在饱和食盐水中存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子,其中放电能力H+Na+,Cl-OH-,通电时,发生反应:阳极:2Cl--2e-====Cl2↑(阳极上生成Cl2)阴极:2H++2e-====H2↑(阴极上生成H2)在电解池的阴极区,H+放电,浓度减小,水的电离平衡向右移动,OH-浓度增大,同时Na+受阴离子负电性的吸引而移向阴极区,Na+与OH-组成了NaOH。电解饱和食盐水的总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑2.电镀铜与电解精炼铜的比较:电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料镀件纯铜电镀铜精炼铜阳极反应Cu-2e-====Cu2+Zn-2e-====Zn2+Cu-2e-====Cu2+等阴极反应Cu2++2e-====CuCu2++2e-====Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2+等,Cu2+浓度减小3.常见活泼金属的冶炼:金属电极反应式总反应式钠阳极:2Cl--2e-====Cl2↑阴极:2Na++2e-====2Na2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑铝阳极:6O2--12e-====3O2↑阴极:4Al3++12e-====4Al2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑电解====电解====金属电极反应式总反应式镁阳极:2Cl--2e-====Cl2↑阴极:Mg2++2e-====MgMgCl2(熔融)Mg+Cl2↑电解====【素养升华】科学探究:电镀和电解精炼的三个关键知识(1)电镀铜中电解质溶液的浓度保持不变,而电解精炼铜中Cu2+的浓度逐渐减小,Zn2+、Fe2+、Ni2+等的浓度逐渐增大,因此电解精炼铜时需要定期更换电解质溶液。(2)电镀中阳极减小的质量等于阴极增加的质量。而电解精炼中,阳极减小的质量与阴极增加的质量不相等。(3)不论电镀还是电解精炼,阳极失去电子的物质的量与阴极得到电子的物质的量必然相等。【知识拓展】离子交换膜电解槽(1)离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、阳离子交换膜、电解槽和导电碳棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。(2)电解槽的阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。(3)阳离子交换膜有一种特殊的性质,即它只允许阳离子通过,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溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。【典题通关】【典例】(2018·云浮高二检测)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。回答下列问题:(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式__。(2)离子交换膜的作用为______、______。(3)精制饱和食盐水从图中______位置补充,氢氧化钠溶液从图中______位置流出(选填“a”“b”“c”或“d”)。(4)KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2,还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式______。【解析】(1)电解饱和食盐水时,溶液中水电离的H+在阴极得到电子形成H2。导致阴极附近水溶液呈碱性,溶液中的Cl-在阳极失去电子形成Cl2,反应的离子方程式是2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。电解====(2)图中为阳离子交换膜,可以允许阳离子通过,不能使阴离子通过,避免了阴极溶液中的OH-进入阳极室与氯气反应,阻止Cl-进入阴极室,使阴极区产生的NaOH纯度更高。也阻止阳极产生的氯气和阴极产生的氢气混合爆炸。(3)随着电解进行,NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的a位置补充。由于阴极H+不断放电,负极溶液呈碱性,氢氧化钠从图中d位置流出。(4)由题意可知KClO3有氧化性被还原为ClO2,草酸有还原性被氧化为CO2,根据电子和原子守恒可解答案:(1)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑(2)阻止OH-进入阳极室与氯气发生副反应阻止阳极产生的氯气和阴极产生的氢气混合爆炸(3)ad(4)2KClO3+H2C2O4+2H2SO4====2ClO2↑+2CO2+2KHSO4+2H2O电解====【延伸探究】(1)为了保证产物纯净,阴极室b入口应加入什么?提示:阴极室发生2H++2e-====H2↑,在阴极生成NaOH,故往b入口加入NaOH稀溶液提高溶液的导电能力。(2)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH为2～3,用化学平衡移动原理解释盐酸的作用。提示:氯气与水反应:Cl2+H2OHCl+HClO,增大盐酸浓度可以使平衡逆向移动,减少氯气在水中的溶解,有利于氯气逸出。【过关训练】1.(2018·广州高二检测)在铁皮上镀一层锌时,可用如图的装置。以下叙述错误的是()A.电镀前,铁皮可用热碱溶液除油渍,盐酸除铁锈B.c为铁,d为锌C.用含Zn2+的可溶性盐配成电解质溶液D.电镀时,发生氧化和还原反应的都是锌元素【解析】选B。A.油渍在碱性条件下易水解,洗净后便于金属附着上去,再用盐酸除铁锈,正确。B.由电流方向可知c是阳极,电镀时镀件铁要作阴极,错误。C.用含Zn2+的盐配成电解质溶液,正确。D.电镀时,发生氧化和还原反应的都是锌元素,正确。2.(2018·全国卷Ⅲ节选)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。回答下列问题:世纪金榜导学号(1)写出电解时阴极的电极反应式_____________。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是________。【解析】(1)该装置为电解池,电解时阴极电解质为KOH,水中氢离子放电,故电极反应式为2H2O+2e-====2OH-+H2↑。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极,故K+由a到b。答案:(1)2H2O+2e-====2OH-+H2↑(2)K+a到b3.用电解法可制备Cu2O,原理如图所示。两电极反应式分别为阳极(有Cu2O生成)________________________,阴极____________________________________。【解析】制备Cu2O,电极材料Cu失电子,Cu作阳极,由于在强碱性溶液中,故电极反应式为2Cu-2e-+2OH-====Cu2O+H2O,阴极H+得电子生成H2,电极反应式为2H2O+2e-====H2↑+2OH-。答案:2Cu-2e-+2OH-====Cu2O+H2O2H2O+2e-====H2↑+2OH-【补偿训练】1.(2018·焦作高二检测)下列关于工业冶金的描述中不正确的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,阳极反应式为2O2--4e-====O2↑B.电解法精炼铜,用粗铜作为阴极C.电解冶炼金属钠与电解饱和食盐水的阳极产物相同D.在镀件上电镀锌,用锌盐(如硫酸锌)溶液作为电镀液【解析】选B。在电解熔融的氧化铝的电解池中,阳极上是氧离子发生失电子的氧化反应:2O2--4e-====O2↑,故A正确;B.电解精炼铜的阳极材料是粗铜,阴极材料是纯铜,故B错误;C.电解熔融的氯化钠阴极上可以获得金属钠,阳极上产生氯气,电解氯化钠溶液阴极区域可以获得氢氧化钠和氢气,阳极上产生氯气,故C正确;D.在镀件上电镀锌,必须用锌盐(如硫酸锌)溶液作为电镀液,故D正确;故选B。2.利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式),阳极电极反应式为____________________,电解过程中Li+向________电极迁移(填“A”或“B”)。【解析】B极区产生H2,同时生成LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液;电极A为阳极,阳极区电解液为LiCl溶液,根据放电顺序,阳极上Cl-失去电子,则阳极电极反应式为2Cl--2e-====Cl2↑;根据电流方向,电解过程中Li+向B电极迁移。答案:LiOH2Cl--2e-====Cl2↑B知识点二电解的有关计算1.电解计算的原则:(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.电解计算的常用方法:3.电化学计算中注意的几个等量关系式:(1)当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相