高中人教版 (2019)第二节 电解池背景图课件ppt

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1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析,认识电能与化学能之间的能量转化,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型,加深对电解原理的理解和应用,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
一、电解饱和食盐水1.装置
2.原理(1)电极反应阳极:发生氧化反应,电极反应为　 。 阴极:发生还原反应,电极反应为　 。 (2)总反应化学方程式:　 。 离子方程式:　 。 
2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O+2e-===H2↑+2OH-　
2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑
2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑
二、电镀　电冶金1.电镀(1)定义:电镀是一种利用　　　　原理在某些金属表面镀上一薄层其他　　　　或　　　　的加工工艺。 (2)电镀原理①实例(在铁件上镀铜):阴极材料:　　,电极反应:　　　　　　　　　　　　; 阳极材料:　　,电极反应:　　　　　　　　　　　　　; 电解质溶液:　　　　　　　　　溶液。 ②电镀的目的主要是增强金属的　　　　能力,增加表面硬度和美观。 
Cu2++2e-===Cu
Cu-2e-===Cu2+
2.电解精炼铜(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质,常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用　　　　作阳极,用　　　　作阴极,用　　　　　作电解质溶液。 (2)电极反应阳极:Cu-2e-=== Cu2+(主要反应)、Fe-2e-=== Fe2+、Zn-2e-=== Zn2+等;阴极:Cu2++2e-=== Cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中的铜以及比铜　　　　的金属Zn、Fe等失去电子,产生的阳离子进入溶液中,没有铜活泼的金属　　　　等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部,形成　　　　　,溶液中Cu2+在纯铜上析出。 
3.电冶金(1)金属冶炼的本质使矿石中的金属离子　　　　　　变成金属单质的过程:Mn++ne-=== M。 (2)电冶金电解是最强有力的氧化还原手段,适用于制取一些　　　　　　单质,如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。 (3)电解熔融的氯化钠阳极反应:　　　　　　　　　　　　; 阴极反应:　　　　　　　　　　　　; 总反应:　 。 
2Cl--2e-===Cl2↑　
2Na++2e-===2Na　
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑
微思考观察教材“图4-13　离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图”。思考:该装置中使用了阳离子交换膜,阳离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子、气体通过,该装置使用阳离子交换膜有哪些作用?
提示 只允许Na+等阳离子通过,不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。
易错辨析1(1)电解饱和食盐水时,阳极发生氧化反应:2Cl--2e-=== Cl2↑。(　　)(2)向氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液,变红色的区域为阴极区。(　　)(3)电解饱和食盐水时,阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)。(　　)
提示 电解饱和食盐水时,阳极不能选用铁等活性电极,若选用活性电极,则阳极金属单质放电,而不是溶液中的Cl-放电。
深化理解电镀规律口诀镀层阳极待镀阴,镀层离子溶液跟。本与电解同原理,浓度不变一条心。知识拓展用电解法制取金属单质时,由于金属氯化物一般熔点低,廉价易得,像Na、Mg都是通过电解其熔融氯化物得到,但金属铝则是通过电解熔融的Al2O3制取,主要原因是AlCl3是共价化合物,熔融状态不导电。
易错辨析2(1)用电解法精炼粗铜时,用纯铜作阴极。(　　)(2)在Fe上电镀Cu,应用Cu作阳极,用CuSO4溶液作电镀液。(　　)(3)电解精炼铜时,粗铜作阳极,活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区。(　　)(4)工业冶炼金属铝时,电解熔融态AlCl3。(　　)
提示 AlCl3为共价化合物,在熔融状态下不能导电,因此不能通过电解熔融态AlCl3制取金属铝。
探究一　电解原理的应用
1.电解饱和食盐水的产物的检验方法
2.离子交换膜法电解饱和食盐水的原理
3.电镀与电解精炼的比较
视角1氯碱工业原理和产物的检验1.[氯碱工业原理]如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)
A.从E口逸出的气体是H2B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性C.标准状况下每生成22.4 L Cl2,便产生2 ml NaOHD.通电一段时间后加入适量盐酸可以使电解质溶液恢复到通电前的浓度
解析 由Na+的移动方向可以确定左边电极为阳极,右边电极为阴极。阴极发生还原反应,氢气从E口逸出,B口应补充水,同时加入少量NaOH以增强溶液导电性。D口得到氢氧化钠浓溶液,A、B项正确。电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,当有1 ml Cl2生成时,有2 ml NaOH生成,C项正确。通电过程中减少的是氢气和氯气且二者物质的量之比为1∶1,因此补充适量的氯化氢气体可以使电解质溶液恢复到通电前的浓度,D项错误。
【变式设问】如图所示,A、B、C、D、E、F表示的物质分别是什么?
提示 精制饱和食盐水、NaOH的稀溶液、淡盐水、NaOH的浓溶液、H2、Cl2。
2.[氯碱工业产物的检验]如图,能验证饱和食盐水(含酚酞)的电解产物的装置是(下列各图中的电极均为惰性电极)(　　)
解析 要验证电解饱和食盐水的电解产物,阳极产物是Cl2,可用碘化钾淀粉溶液检验,NaOH溶液可用于吸收Cl2,不能用于检验氯气,A、B装置错误;阴极产物是H2、NaOH,H2用向下排空气法收集后可点燃检验,NaOH用酚酞检验。根据图中的电子流向先确定装置中电源的正、负极,D中直流电源左侧为负极,U形管左侧电极为阴极,反应产生H2;电源右侧为正极,U形管右侧电极为阳极,反应产生Cl2,D选项符合题意。
视角2金属的电解精炼3.锡(Sn)是生活中常用的金属,电解精炼锡精矿(单质Sn占70%,单质Cu、Pb、Fe、Zn共占28%)可获得Sn,装置如下(已知H2SiF6为强酸):
下列说法正确的是(　　)A.a为外加电源的正极B.A是阳极泥,其成分为Cu、Fe、PbC.电路中每转移2 ml电子,d电极质量减少119 gD.H2SiF6的作用是为了抑制Sn2+的水解
解析 电解过程中若要从锡精矿中获得Sn,则需要将比Sn活泼的金属单质转化为金属阳离子,因此锡精矿作阳极,阳极与电源正极相连,因此b为电源正极,a为电源负极,故A项错误;金属活泼性:Zn>Fe>Sn>Pb>Cu,因此阳极泥固体A为Pb、Cu等混合物,故B项错误;电解过程中d电极上Zn、Fe、Sn均可反应,而且Pb、Cu还可形成阳极泥,因此电路中每转移2 ml电子,d电极质量减少不可能是119 g,故C项错误;Sn(OH)2为弱碱,因此Sn2+在水中会发生水解,而溶液中H2SiF6电离出的H+能抑制Sn2+水解,故D项正确。
【变式设问】(1)写出c、d电极上可能发生的电极反应。
(2)电解过程中溶液中的Sn2+浓度如何变化?电路中每转移2 ml电子,c电极质量增加是不是119 g?
提示 c电极:Sn2++2e-===Sn,d电极:Zn-2e-===Zn2+,Fe-2e-===Fe2+,Sn-2e-===Sn2+。
提示 Sn2+浓度减小。每转移2 ml电子,c电极质量增加119 g。
视角3电冶金4.[2022广东卷]以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)A.阴极发生的反应为Mg-2e-=== Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等
解析 根据电解原理可知,电解池中阳极发生失电子的氧化反应,阴极发生得电子的还原反应,该题中以熔融盐为电解液,含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,通过控制一定的条件,从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应,分别生成Mg2+和Al3+,Cu和Si不参与反应,阴极区Al3+得电子生成Al单质,从而实现Al的再生。Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;因为阳极除了铝失电子外,镁也失电子,且还会形成阳极泥,而阴极只有Al3+得电子生成Al单质,因此阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。
视角4电镀原理5.塑料电镀制品既有塑料质量小、易成型的特点,又有金属镀层的美观等特点,因此塑料电镀被广泛用于汽车、摩托车、家用电器的零部件和水暖器材的生产。已粗化(塑料表面有许多微孔)的塑料勺电镀银的装置如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.a为电源的负极B.保持其他条件不变,若将电极X的材料换成Cu,塑料勺首先镀上的金属仍为银C.电镀一段时间后,溶液的pH变小D.电极Y上发生还原反应,失去电子
解析 电镀时,待镀镀件与电源的负极相连作阴极,故电源b电极为负极,Y电极反应为Ag++e-===Ag,镀层金属与电源的正极相连作阳极,故电源a电极为正极,X电极反应为Ag-e-===Ag+,A错误;保持其他条件不变,若将电极X的材料换成Cu,X电极反应为Cu-2e-===Cu2+,由于Ag+的氧化性强于Cu2+,故塑料勺首先镀上的金属仍为银,B正确;电镀过程中,溶液中AgNO3的浓度保持不变,故溶液的pH不变,C错误;电极Y为阴极,得到电子,发生还原反应,D错误。
探究二　电解的有关计算
运用如图所示装置电解KCl溶液、CuSO4溶液、AgNO3溶液。
(1)电解过程中Pt2、Pt3、Cu1分别是什么电极?
提示 Pt2为阳极,Pt3为阴极,Cu1为阴极。
(2)试写出电解开始时各电极上发生的电极反应。
(3)若电解过程中溶液中的溶质均过量,则除了Cu2电极外,从左往右各电极上产生的单质的物质的量之比是多少?
提示 Pt1:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,Pt2:2Cl--2e-===Cl2↑;Pt3:2Cu2++4e-===2Cu,Pt4:2H2O-4e-===O2↑+4H+;Cu1:2Ag++2e-===2Ag,Cu2:Cu-2e-===Cu2+。
提示 n(H2)∶n(Cl2)∶n(Cu)∶n(O2)∶n(Ag)=2∶2∶2∶1∶4。
电化学的有关计算(1)计算原则①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。②串联电路中通过各电极的电子总数相等。③电源输出的电子总数=电解池中转移的电子总数。(2)计算方法
视角1同一溶液中的电解计算1.500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c( )=0.3 ml·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到1.12 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是(　　)A.原混合溶液中c(Na+)=0.1 ml·L-1B.电解后溶液的pH=1C.上述电解过程中共转移0.4 ml电子D.电解后得到的Cu的物质的量为0.1 ml
解析 根据题给信息,阳极一定是水电离产生的OH-放电,电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,生成0.05 ml O2,转移0.2 ml电子;阴极离子放电能力:Cu2+>H+>Na+,所以Cu2+先放电,然后是H+放电,电极反应依次为Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑,阴极生成0.05 ml H2时转移0.1 ml电子,根据得失
-lg 0.2=1-lg 2,B项错误;电解过程中共转移0.2 ml电子,C项错误;电解过程中生成0.05 ml Cu,D项错误。
【变式设问】(1)上题电解后溶液中的溶质是什么物质?
(2)若为上述过程提供电能的是氢氧燃料电池,则消耗标准状况下的氢气的体积是多少?
提示 HNO3和NaNO3。开始阶段电解Cu(NO3)2溶液,生成HNO3,后来电解水,溶质NaNO3不变。
提示 2.24 L。电解过程转移0.2 ml电子,在燃料电池中也转移0.2 ml电子,则消耗0.1 ml H2,标准状况下的体积为2.24 L。
视角2溶液复原的计算2.用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,电解一段时间后,向电解质溶液中加入0.1 ml碱式碳酸铜晶体(不含结晶水),恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH。下列有关叙述不正确的是(　　)A.电解过程中阳极产生的气体体积(在标准状况下)为3.36 LB.电解过程只发生了2CuSO4+2H2O 2Cu↓+O2↑+2H2SO4C.电解过程转移的电子数为3.612×1023D.加入的碱式碳酸铜的反应是Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=== 2CuSO4+CO2↑+3H2O
解析 电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性,向电解后的溶液中加入Cu2(OH)2CO3能恢复原溶液,Cu2(OH)2CO3和H2SO4反应生成CuSO4、H2O和CO2,将Cu2(OH)2CO3改写为2CuO·H2O·CO2,可以看出加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3就相当于加入0.2 ml CuO和0.1 ml H2O。所以实际上电解硫酸铜溶液分两
2H2↑+O2↑,B错误;电解过程中,阳极只有O2生成,根据氧原子守恒,则阳极产生O2的物质的量是0.15 ml,气体在标准状况下的体积为0.15 ml×22.4 L·ml-1=3.36 L,A正确;反应中每产生1 ml O2,转移4 ml电子,则电解过程中转移电子的物质的量为0.15 ml×4=0.6 ml,则电解过程转移的电子数为0.6 ml×6.02×1023 ml-1=3.612×1023,C正确;加入碱式碳酸铜发生的反应是Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O,D正确。
视角3串联电路的计算3.如图所示,某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电解CuSO4溶液,根据要求回答相关问题:
(1)通入甲烷的电极电极反应为 　 , 铁电极为　　　　　(填“阳极”或“阴极”)。 (2)乙装置中电解的总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)乙中装有2 L饱和氯化钠溶液,若在标准状况下有1.12 L氧气参加反应,乙中溶液的pH=　　　　　,丙装置中阴极增加的质量为　　　　　 g。 
2H2O+2Cl- 2OH-+H2↑+Cl2↑