鲁科版高中化学选择性必修第一册第1章第3节第2课时电解原理的应用基础课课件

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第2课时　电解原理的应用(基础课)第1章　化学反应与能量转化 第3节　电能转化为化学能——电解1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3．能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式，并能利用守恒法进行计算。 一、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气必备知识　自主预习2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑ H2↑＋Cl2↑＋2NaOH H2↑＋Cl2↑＋2OH－判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。 (　　)(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。 (　　)(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。 (　　) ×××二、铜的电解精炼1．装置 2．粗铜成分(1)主要成分：_____。(2)杂质金属：比铜活泼的有________________等，比铜不活泼的有_______________等。CuZn、Fe、NiAg、Pt、Au3．电极反应 Cu(粗铜)－2e－===Cu2+Ag、Pt、AuCu2+＋2e－===Cu(精铜)判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。 (　　)(2)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2+、Cu2+、Ag＋、Fe2+等阳离子。 (　　)(3)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。 (　　) √×√三、电镀　钒液流电池1．电镀(1)定义：应用______原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。(2)目的：提高金属的________能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。电解抗腐蚀(3)根据电解原理，设计在铁钉上镀铜的实验方案 Cu2+＋2e－===Cu铜片铁钉CuSO42．钒液流电池  VO2+  V2+可再生能源想一想　白铁，我们日常生活中常用的一种金属材料，是一种镀锌铁。在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，应怎样设计电镀池？ 提示：根据电镀的要求，应将锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子。模拟电解原理应用的实验装置如图所示：关键能力　情境探究应用电解原理解决实际问题1．若用如图所示装置，模拟氯碱工业，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式和总反应式分别是什么？用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？ 2．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？ 提示：若用题图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电极a是Cu，电极b是铁制品，电解质溶液c是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。3．若用如图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c、电极a的电极材料、电极b的电极材料分别是什么？电极反应式分别是什么？电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化？提示：若用题图所示装置，模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质)，则电解质溶液c为CuSO4溶液、电极a为粗铜、电极b为纯铜。电解精炼过程中，阳极上发生的反应依次为Zn－2e－===Zn2+、Fe－2e－===Fe2+、Cu－2e－===Cu2+，阴极上发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu，电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度先减小后保持不变。1．工业电解食盐水制备烧碱工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，可知溶液A的溶质是NaOH。2．铜的电解精炼与电镀铜对比 3．常见活泼金属的电冶法 1．如图是离子交换膜电解槽，电解饱和食盐水时，离子交换膜只允许阳离子通过，下列说法错误的是(　　)A．a是电源的正极B．X处产生的是氯气C．可用铁作电极A的材料D．Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液√2．(双选)中学阶级介绍的电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电解冶金。下列关于这三个工业生产的描述中不正确的是(　　)A．电解精炼铜时，负极反应：Cu2+＋2e－===CuB．氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2和NaOHD．电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液√√AB　[电解精炼铜时，阴极电极反应为Cu2+＋2e－===Cu ，A项错误；在氯碱工业，阳极是Cl－放电生成氯气，电解精炼铜时，阳极是粗铜失电子，生成Cu2+和少量其他金属离子，B项错误；水中存在H2O⥫⥬H＋＋OH－，在氯碱工业中，电解池的阴极上氢离子放电生成氢气，并得到NaOH，C项正确；电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液，D项正确。]  负 H2 1．将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起，均用惰性电极进行电解，电解一段时间后，试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。有关电解计算的方法提示：根据得失电子守恒及元素的化合价可得出，电极产物物质的量的关系式：2H2～O2～2Cl2～2Cu～4e－，即H2、O2、Cl2、Cu的物质的量之比为2∶1∶2∶2。2．已知一个电子的电量是1.602×10-19 C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105 C的电量时，生成NaOH的质量是多少？  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)根据得失电子守恒法计算：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，其依据是电路上转移的电子数相等。(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。  √ [母题发散](1)上题电解后溶液中的溶质为________。(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为________。 提示：(1)HNO3、NaNO3　(2)2.24 L易错提醒(1)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。(2)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们均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等。 1．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入足量0.05 mol·L-1的氯化铜溶液，B池中加入足量0.1 mol·L-1的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比是(　　)A．2∶2∶4∶1　　 B．1∶1∶2∶1C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1√ 2．用含有少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，通电一段时间后，阳极的质量减轻了6.4 g，下列说法正确的是(　　)A．电解质溶液的质量增加了6.4 gB．阴极的质量增加了6.4 gC．阴极增加的质量小于6.4 gD．溶液中Cu2+浓度完全保持不变√C　[在阳极上有锌与铜两种单质放电，而在阴极上只有Cu2+放电且锌的摩尔质量大于铜的摩尔质量，当阳极的质量减轻6.4 g时，转移的电子少于0.2 mol，故在阴极上析出的铜少于0.1 mol，增加的质量小于6.4 g；由于相同时间内两极上转移的电子数目相等，阴极上析出的铜比阳极上溶解的铜多，故溶液中Cu2+浓度减小，C项符合题意。]  1．下列图示中关于铜电极的连接，错误的是(　　)5学习效果　随堂评估√243题号1A．铜锌原电池B．电解精炼铜C．镀件上镀铜D．电解氯化铜溶液C　[A.原电池中易失电子的金属作负极，Cu、Zn、稀硫酸原电池中，锌易失电子作负极、Cu作正极，A正确；B.电解精炼铜时，粗铜作阳极、精铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液，其连接正确，B正确；C.电镀时，镀层作阳极、镀件作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液，其连接错误，C错误；D.电解氯化铜溶液时，可以用石墨作阳极、铜作阴极，石墨连接电池正极、铜连接电池负极，D正确。]5243题号12．如图所示，某同学设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合溶液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是(　　)A．铅笔端作为阳极，发生还原反应B．铂片端作为阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a极是直流电源负极，b极是直流电源正极523题号14√D　[电极反应为阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。若要能够出现“黑笔写红字”的现象，必须是铅笔作为阴极，这样铅笔附近产生的OH－会使酚酞溶液变红，因此与铅笔相连的a极是直流电源的负极。]523题号143．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为(　　)A．1 mol·L-1　B．2 mol·L-1　C．3 mol·L-1 　D．4 mol·L-1523题号41√ 523题号41 5243题号1√√ 5243题号15．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。243题号15(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的______，材料是______，电极反应为__________________；B极是电解池的_________，材料是_________，主要电极反应为__________________。(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈____色。(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________(不考虑气体溶解情况)。243题号15阴极纯铜Cu2+＋2e－===Cu阳极粗铜Cu－2e－===Cu2+红4.48 L 243题号15(选择题只有一个选项符合题目要求)1．下列有关电化学的示意图中正确的是(　　)课时分层作业(八)　电解原理的应用题号135246879√ABC　　D√D　[A项，Zn应作负极，错误；B项，Zn应放在ZnSO4溶液中，Cu应放在CuSO4溶液中，图示装置不会构成原电池，而是在左烧杯中直接发生化学反应，错误；C项，电解精炼铜，应将粗铜与电源正极相连，错误；D项，电解饱和食盐水，在阴极产生H2，阳极产生Cl2，正确。]题号1352468792．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　)A．通电后，Ag＋向阳极移动B．银片与电源负极相连C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===AgD．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初题号135246879√C　[铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。]3．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是(　　)A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理题号135246879√ 题号135246879√C　[A项，每生成1 mol NCl3，转移6 mol e－，理论上有6 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；B项，M为H2，不能用湿润的淀粉-KI试纸检验，B错误；D项，右侧pH会增大，D错误。]题号1352468795．如图在A、B、C三只烧杯中各盛放稀硫酸、氯化钠溶液和硝酸银溶液。题号135246879(1)图中A池是________(填“原电池” “电解池”或“电镀池”)。(2)石墨1电极的名称是________，检验该电极反应产物的方法是_________________________________________________________。(3)写出以下电极的电极反应。B池：石墨1电极_________________________________________。石墨2电极_______________________________________________。C池：Ag电极____________________________________________。Cu电极__________________________________________________。题号135246879原电池阳极将湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极上方，试纸变蓝2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)Ag－e－===Ag＋Ag＋ ＋e－===Ag[解析]　根据图中装置连接及电化学原理可判断出，图中A池为原电池，Zn作负极，发生失电子的氧化反应，Cu作正极，氢离子发生得电子的还原反应；则B池与C池均为电解池，B池石墨1连接原电池的正极，作电解池的阳极，氯离子发生失电子的氧化反应生成氯气，石墨2作电解池的阴极，水中氢离子发生得电子的还原反应生成氢气；C池Cu电极连接负极，作电解池的阴极，Ag＋发生得电子的还原反应生成Ag，Ag电极作电解池的阳极，发生失电子的氧化反应生成Ag＋。(1)图中A池是原电池。(2)B池为电解池，石墨1电题号135246879极的名称是阳极；发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，可用湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极上方，若试纸变蓝，则产生的为氯气。(3) B池：石墨1连接原电池的正极，作电解池的阳极，氯离子发生失电子的氧化反应生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；石墨2作电解池的阴极，水中氢离子发生得电子的还原反应生成氢气，2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；C池：Ag电极作电解池的阳极，发生失电子的氧化反应生成Ag＋，电极反应为Ag－e－===Ag＋；Cu电极连接负极，作电解池的阴极，Ag＋发生得电子的还原反应生成Ag，电极反应为Ag＋ ＋e－===Ag。题号135246879 题号135246879√ 题号1352468797．H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为 5∶1，下列说法正确的是(　　)A．Y电极电势低于X电极B．膜为阴离子交换膜C．生成H2O2的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2D．X极处可能还存在其他副反应题号135246879√√CD　[Y电极O元素从－2价升至0价，是阳极，电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，3H2O－6e－===O3↑＋6H＋，X电极是阴极，电极反应：O2＋2e－＋2H＋===H2O2；A项，Y电极是阳极，X电极是阴极，Y电极电势比X电极高，A错误；B项，H＋由Y电极向X电极移动，则膜为质子交换膜，B错误；C项，X电极是阴极，生成H2O2的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正确；D项，X电极也可发生O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D正确。]题号1352468798．如图中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色。请填空：题号135246879(1)电源A中a为______极。(2)滤纸B上发生的总反应的化学方程式为_______________________________________。(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为________________________，电极f上发生的反应为___________________，槽中盛放的电镀液可以是_____________或______________________________(只要求填两种电解质溶液)。题号135246879正 ＋Cl2↑ ＋2NaOHZn－2e－===Zn2+Zn2+＋2e－===ZnZnSO4溶液ZnCl2溶液(其他合理答案也可) 题号1352468799．(1)在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图甲所示。题号135246879①阳极的电极反应为_______________________________________。②铜电极上产生CH4的电极反应为__________________________________，若铜电极上只生成5.6 g CO，则铜极区溶液质量变化了________g。③若铜极上只生成0.3 mol CH3CHO和0.4 mol HCOOH，则电路中转移________mol电子。题号1352468792H2O－4e－===4H＋＋O2↑CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O3.63.8(2)我国科学家报道了机理如图乙所示的电化学过程。题号135246879①Ni电极为__________，其电极反应为_________________________。②理论上，每有1 mol CO2与O2-结合，电路中转移电子数为____(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。阴极 4NA 题号135246879