人教版 (2019)选择性必修1电解池第2课时学案

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1.氯碱工业概念
习惯上把电解 的工业生产叫做氯碱工业。
2.原理
(1)通电前,氯化钠溶液中含有的离子是 。
通电时,移向阳极的离子是 ,移向阴极的离子是 。
(2)阳极反应式为 ;
阴极反应式为 ;
因H+放电,促进了水的电离,使阴极区溶液显碱性。
(3)电解的总反应式
化学方程式为 ;
离子方程式为 。
3.氯碱工业生产流程
(1)离子交换膜电解槽
(2)离子交换膜的作用
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溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量。
4.氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、HCl、含氯漂白剂等。
(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中应用广泛。
[题点多维训练]
1.用惰性电极通过阳离子交换膜电解饱和食盐水时,下列说法错误的是( )
A.电解过程中,Na+向阴极方向移动
B.电解一段时间后,阴极附近溶液的pH增大
C.电解池中的阳极发生反应的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
D.电解过程中,阴极和阳极产生的氢氧化钠和氯气会反应生成次氯酸钠
2.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法中不正确的是( )
A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气
B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过
C.装置中发生反应的离子方程式为2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑
D.该装置是将电能转化为化学能
3.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是( )
A.阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 ml Fe2O3,阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 ml Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g
新知探究(二)——电镀 电冶金
1.电镀
(1)电镀的概念:利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或 的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。
(2)电镀铜
实验装置(电镀池)如图所示
①铜片为 金属,与直流电源的 相连,作阳极;
铁件为 金属,与直流电源的 相连,作阴极;
硫酸铜溶液为 ,含有镀层金属离子。
②阳极反应式为 ;
阴极反应式为 。
③可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜,铜片不断溶解。
④硫酸铜溶液浓度 。
(3)电镀的特点:阳极参与电极反应,电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
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。电解池的构成是用粗铜作阳极,用 作阴极,用 作电解质溶液。
(2)阳极反应式为 、 、 等;阴极反应式为 。
(3)电解精炼铜的原理:粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等,失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中);比铜不活泼的金属 等,以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥);粗铜中的铜在纯铜上析出。
3.电冶金
(1)金属冶炼就是使矿石中的 获得电子变成金属单质的过程,从它们的化合物中 出来。如Mn++ne-M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钙、钠、镁、铝等)。
如:电解熔融的氯化钠可制取金属钠:
阳极反应式为 ;
阴极反应式为 ;
总反应式为2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
应用化学
铝虽然储藏量比铁多,但是,人们炼铝比炼铁晚得多。这是因为铝的化学性质比铁活泼,不易还原,因此从矿石中冶炼铝也就比较困难。这样,铝一向被称为“年轻的金属”。Al(OH)3经过一系列反应可获得粗铝,利用熔融状态下物质密度不同,通过三层液电解精炼法可由粗铝获得高纯铝(装置如图所示)。
1.该装置工作时,电极A是电解池的阴极还是阳极?
2.熔融粗铝时加入铜的作用是什么?
[题点多维训练]
1.若要在铜片上镀银时,下列叙述中错误的是( )
①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铜片上发生的反应是Ag++e-Ag ④在银片上发生的反应是2H2O-4e-O2↑+4H+ ⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液
A.①③⑥B.②③⑥
C.①④⑤D.②③④⑥
2.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛用于工业生产。
下列说法中不正确的是( )
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,Y附近能得到氢氧化钠
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,Y是待镀金属, X是镀层金属
D.若用惰性电极电解饱和食盐水,两极得到气体在相同状况下体积之比为1∶1
3.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正确的是( )
A.两个电极必须都用惰性电极
B.阳极可以用金属电极,阴极必须是惰性电极
C.电解熔融状态的氯化镁
D.电解氯化镁的水溶液
4.(2025·深圳高二检测)分别以ZrO2、石墨为电极,以熔融CaCl2为电解质,采用熔盐电脱氧法电解制备金属Zr。下列说法不正确的是( )
A.石墨电极接电源正极
B.阴极有O2生成
C.O2-向石墨电极迁移
D.Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原
课下请完成课时跟踪检测(三十二)
第2课时 电解原理的应用
新知探究(一)
1.饱和食盐水
2.(1)Na+、Cl-、H+、OH- Cl-、OH- Na+、H+
(2)2Cl--2e-Cl2↑ 2H2O+2e-H2↑+2OH-
(3)2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
[题点多维训练]
1.选D 电解过程中,阳离子移向阴极,A正确;电解时阴极电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,阴极附近溶液的pH增大,B正确;阳极发生反应的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,C正确;阳离子交换膜只允许阳离子通过,可以避免在阴极生成的氢氧化钠和在阳极生成的氯气反应,D错误。
2.选C 由图知①处为电解池阳极产生氯气,②处为电解池阴极产生氢气,A对;该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与碱反应,且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液,B对;电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式,C错;该电解装置是将电能转化为化学能的装置,D对。
3.选C 右侧溶液为饱和食盐水,右侧电极产生气体,则右侧电极为阳极,Cl-放电产生氯气,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑;左侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-;中间为阳离子交换膜,Na+由阳极向阴极移动。由分析可知,A、B正确。由分析可知,理论上每消耗1 ml Fe2O3,转移6 ml电子,产生3 ml Cl2,同时有6 ml Na+由阳极转移至阴极,则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g,阴极室物质最多增加6×23 g=138 g,C错误,D正确。
新知探究(二)
1.(1)电解 金属 合金 (2)①镀层 正极 待镀 负极 电镀液 ②Cu-2e-Cu2+ Cu2++2e-Cu ④不变
2.(1)纯铜 硫酸铜溶液 (2)Cu-2e-Cu2+ Zn-2e-Zn2+ Fe-2e-Fe2+ Cu2++2e-Cu (3)银、金
3.(1)金属离子 还原
(2)2Cl--2e-Cl2↑ Na++e-Na
[应用化学]
1.提示:粗铝作阳极,失电子发生氧化反应,高纯铝作阴极,铝离子得到电子发生还原反应,A为电解池阴极,B为电解池阳极。
2.提示:利用熔融状态下物质密度不同,通过三层液电解精炼法可由粗铝获得高纯铝,熔融粗铝时加入铜的作用是增大阳极熔融物的密度。
[题点多维训练]
1.选C 根据电镀原理,若在铜片上镀银时,铜作电解池的阴极与电源负极相连,电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银;银作电解池的阳极和电源正极相连,银失电子发生氧化反应生成银离子;电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上,故①错误;银片应接在电源的正极上,故②正确;铜片上发生的反应是Ag++e-Ag,故③正确;银片上发生的反应是Ag-e-Ag+,故④错误;用硫酸铜溶液作电镀液,阴极析出铜,故⑤错误;应用硝酸银溶液作电镀液,故⑥正确。
2.选B 图示装置为电解池,X为阳极,发生氧化反应,Y为阴极,发生还原反应,据此分析判断。氯碱工业中,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阴极附近得到氢氧化钠,即Y附近能得到氢氧化钠,故A正确;铜的精炼中,粗铜作阳极X,纯铜作阴极Y,硫酸铜溶液作电解质溶液,故B错误;电镀工业中,待镀金属作阴极,镀层金属作阳极,因此Y是待镀金属,X是镀层金属,故C正确;若用惰性电极电解饱和食盐水,两极得到气体物质的量之比为1∶1,所以两极得到气体在相同状况下体积之比为1∶1,故D正确。
3.选C 电解氯化镁获取金属镁,也就是说镁离子需要得电子,如果在水溶液中,水电离的氢离子会优先得电子,因此只能电解熔融状态的氯化镁;在阴极发生的是镁离子得电子的反应,对电极材料没有要求,在阳极上发生失电子的反应,如果使用活泼性电极,电极材料会优先失电子,所以阳极必须用惰性电极。
4.选B 由于制备金属Zr,Zr的化合价降低,ZrO2电极为阴极,石墨电极为阳极,接电源正极,故A正确;阳极有O2生成,故B错误;O2-向石墨电极,即向阳极迁移,故C正确;根据题意可知,Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原,故D正确。