高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池学案设计，共12页。学案主要包含了 能力打底　概念辨析， 电解饱和食盐水， 电镀和电解精炼铜， 电冶金， 电解的相关计算等内容，欢迎下载使用。
1. 认识电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2. 掌握电解原理的有关计算。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氯碱工业是非常重要的化工产业，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH。( √ )
(2) 电解饱和食盐水制烧碱，用铁作阳极。( × )
(3) 电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极。( × )
(4) 在镀件上电镀锌，用锌作阳极。( √ )
(5) 电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。( × )
(6) 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。( × )
二、 电解饱和食盐水
氯碱工业：电解饱和食盐水的工业叫作氯碱工业。
1. 电极反应
阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑ (反应类型： 氧化 反应)。
阴极： 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (反应类型： 还原 反应)。
2. 总反应式
化学方程式： 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 。
离子方程式： 2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 。
3. 装置与应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
三、 电镀和电解精炼铜
四、 电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
五、 电解的相关计算
1. 计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：
2. 等量关系
(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，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
(2) 常见电化学计算的对应关系： H2～Cl2～eq \f(1,2)O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
类型1 电解原理的基本应用
关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( D )
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] 电镀时镀件作阴极，A错误；电解精炼铜时，电解液成分发生变化，B错误；电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)更易被氧化，C错误。
类型2 电解原理的综合应用
(2023·海安模拟)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H＋浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如右图所示。下列说法错误的是( A )
A. 电解时只允许H＋通过离子交换膜
B. 生成O2和H2的质量比为8∶1
C. 电解一段时间后，阴极区OH－的浓度增大
D. 生成CrO3的反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O
[解析] 根据左侧电极上生成O2，右侧电极上生成H2，可知左侧电极为阳极，发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，右侧电极为阴极，发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H＋浓度增大转化为CrO3：Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，因此阳极生成的H＋不能通过离子交换膜。由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是Na＋，A错误；根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应可知生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B正确；根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大，C正确；电解过程中阳极区H＋的浓度增大，Na2Cr2O2转化为CrO3∶Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，D正确。
类型3 电解规律的综合应用
(2022·梁丰中学)我国科学家最新研发的固体透氧膜提取金属钛工艺，装置如图所示。将TiO2熔于NaCl－NaF融盐体系，以石墨为阴极，覆盖氧渗透膜的多孔金属陶瓷涂层为阳极，固体透氧膜把阳极和熔融电解质隔开，只有O2－可以通过。下列说法错误的是( D )
A. a极是电源的正极，O2－在熔融盐中从右往左迁移
B. 阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
C. NaCl－NaF融盐的作用是降低熔化TiO2需要的温度
D. 阳极每产生4.48 L的O2，理论上能生成0.1 ml钛
[解析] 连接阳极的电源电极是正极，连接阴极的电源电极是负极，电解质中阴离子向阳极移动，所以a是正极、b是负极，O2－在熔融盐中从右往左迁移，A正确；阳极上氧离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，B正确；NaCl－NaF融盐的温度较高，它能降低熔化TiO2需要的温度，从而减少能量损失，C正确；温度和压强未知，导致气体摩尔体积未知，无法计算O2的物质的量，则无法计算生成的钛的物质的量，D错误。
1. (2022·木渎中学)右下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中错误的是( C )
A. 装置出口①处的物质是氯气
B. 出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C. 装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋eq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑
D. 该装置是将电能转化为化学能
[解析] 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D正确。
2. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列说法中正确的是( D )
A. 电解时以精铜作阳极
B. 电解时阴极发生氧化反应
C. 粗铜连接电源负极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D. 电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
3. 用LiOH可制备锂离子电池的正极材料。LiOH可由电解法制备，如图所示，两极区电解质溶液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中错误的是( C )
A. B极区电解质溶液为LiOH溶液
B. 阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C. 电解过程中主要是H＋通过阳离子交换膜向B极区迁移
D. 电极A连接电源的正极
[解析] B极区生成H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液， A正确；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，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以电解过程中主要是Li＋向B极区迁移， C错误；电极A为阳极，所以电极A连接电源的正极， D正确。
4. (2023·徐州模拟)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( C )
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，据此分析解答。阴极发生得电子的还原反应，实际上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；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。

1. 工业上电解食盐水的阴极区产物是( C )
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
2. (2022·前黄中学)用电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( C )
A. 电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B. 粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应
C. 阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D. 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] 电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B错误；阴极上Cu2＋得电子，被还原为Cu，C正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu，在阳极失电子，以离子的形式进入电解液中，而不活泼的Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D错误。
3. 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍。下列说法中正确的是(已知：氧化性Fe2＋