高中化学人教版 (2019)选择性必修1简单的电镀实验导学案

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【实验目的】
1．认识电解原理及其在工业生产中的应用。
2．了解电镀的原理。
【实验用品】
烧杯、砂纸、导线、2～3 V的直流电源、电流表。
铁制镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1 ml·L－1 NaOH溶液、20%盐酸。
【实验原理】
Fe作阴极：Cu2＋＋2e－===Cu；
Cu作阳极：Cu－2e－===Cu2＋。
【实验步骤】
1．把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入1 ml·L－1 NaOH溶液中除去油污， 然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。
2．把铁制镀件与2～3 V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中，两极间距约5 cm, 5～10 min后取出，观察镀件表面发生的变化。
【问题和讨论】
1．电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，铁制镀件与直流电源的正极相连，通电后观察到的现象是什么？阴极和阳极发生的反应分别是什么？
2．查阅资料， 了解工业生产中电镀质量的影响因素。
既学既练
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
2．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
3．有关电镀铜的实验，下列说法正确的是( )
A．电镀铜电解质溶液的浓度不断减小
B．硫酸铜溶液加入氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮
C．阳极材料一般选择石墨等惰性材料
D．电镀使用的电压越大，反应速率快，提高效率
4．某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。
请回答下列问题：
（1）铜片为________金属，铁件为________金属，
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________________，铜片________。
（4）硫酸铜溶液浓度的变化是________。
一、电镀原理
1.概念：应用原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或的方法。
2.装置示意图：
待镀件作 ， 作阳极，含有 的溶液作为电解液。
3.工作原理：
电镀时，一般用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，把待镀的金属制品浸入电镀液中，与直流电源的负极相连，作为阴极；把镀层金属作为阳极，与直流电源的正极相连，通入低压直流电，阳极溶解，成为铜离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成，覆盖在待镀金属表面。
4.电极方程式：
阴极： ；
阳极： 。
5.电解质溶液浓度变化：
CuSO4溶液的浓度 。
实践应用
1.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铁作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
2.下列说法正确的是
A．在测定中和反应的反应热时，使用玻璃搅拌器应左右匀速搅拌
B．在润洗洁净的碱式滴定管时，先从滴定管上口加入待盛装碱液，然后轻轻挤压滴定管中的玻璃球，将液体从滴定管下部放入预置的烧杯中
C．在实验室不慎将酸沾到皮肤时，应立即用大量水冲洗，然后用的NaHCO3溶液冲洗
D．在给粗糙铁质镀件电镀时，用砂纸将镀件打磨干净后即可直接与直流电源负极相连
3.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述错误的是
A．电解时以粗铜作阳极
B．电解时阳极上金属的放电顺序为Zn、Fe、Cu
C．精铜连接电源负极，其电极反应为
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
4.为了防止铁制品受腐蚀，下述采取的措施中，错误的是（ ）
A．保持铁制品表面的洁净和干燥B．在铁制品表面涂上油
C．把铁制品浸在水里使它与空气隔绝D．电镀
5.依据甲、乙、丙三个图回答下列问题：
（1）甲装置为 ，乙装置为 ，丙装置为 。(填“原电池”“电镀池”或“精炼池”)
（2）甲、乙两装置中电极反应式分别为 、 。
基础达标
1.关于如图所示装置的叙述正确的是
A．甲乙装置中的锌片都作负极
B．甲乙装置中的溶液内的 H+在铜片上被还原
C．甲乙装置中锌片上发生的反应都是还原反应
D．甲装置中铜片上有气泡生成，乙装置中的铜片质量减小
2.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。下列说法不正确的是
A．甲装置为原电池
B．装置乙中的能量转化方式为：电能转化为化学能
C．可用湿润的淀粉KI试纸检验石墨电极产物
D．Cu电极的电极反应式：2H＋＋2e－=H2↑
3.下列操作或处理正确的是
A．NaOH溶液蘸在手上，先用大量水冲洗，再用稀盐酸擦拭
B．检验氯气可以用扇闻法
C．用电石和饱和食盐水制取乙炔，直接点燃导气管中的气体，有大量黑烟
D．用电镀的方法在钢铁制品表面镀铬、镍等金属防锈
4.我国嫦娥三号月球探测器应用了众多先进材料和技术，其中镁锂合金材料发挥了重要作用。下列说法不正确的是
A．电镀镁锂时，镀件接外接电源的负极
B．电镀镁锂时，用含Mg2+和Li+的水溶液作为电镀液
C．为防止镁锂合金被腐蚀可在表面进行喷涂处理
D．锂电池放电时的负极反应：Li - e-=Li+
5.化学源于生活又服务于生活。化学在古代生活中就已有诸多高光时刻，下列说法正确的是
A．西汉鎏金铜马采用的鎏金工艺，即铜上镀金，采用的是电镀原理
B．青花瓷作为我国主流瓷器，耐酸、碱和高温，不会被任何物质腐蚀
C．秦兵马俑出土前具有鲜艳的彩绘，可利用光谱分析获知彩绘中含有的元素种类
D．敦煌壁画颜料中含有孔雀石等，其属于碱
6.下列叙述中错误的是
A．电镀时，电镀池里的阴极材料为镀件
B．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应
C．原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极
D．电解饱和食盐水时，阴极反应式为：
7.化学与生产、生活息息相关。下列说法正确的是
A．在轮船的船壳水线以下部位装上锡锭是牺牲阳极法
B．电镀时通常把待镀的金属制品一端作阴极，镀层金属一端作阳极
C．工业上常通过电解溶液来制备金属
D．金属腐蚀过程中只发生电化学腐蚀
8.餐具表面镀银既能增强抗腐蚀性，又美观。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是
A．电路中每通过1ml，阴极析出1ml银
B．电镀液需要不断更换
C．阳极反应式为
D．铁电极应与电源负极相连
9.甲、乙两组同学在铁片上镀铜的实验装置如图所示。下列说法正确的是
A．两组电镀装置中铜片都是与直流电源的负极相连
B．甲、乙实验的阴极反应分别为和
C．甲、乙两组实验结束后，甲组所得镀件的镀层更光亮
D．电镀前铁片用热的纯碱溶液洗涤，目的是除去表面的铁锈
10.下列说法错误的是
A．电镀时，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极
B．电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极材料因被氧气氧化需定期更换
D．用惰性电极分别电解稀硫酸和溶液，一段时间后溶液的pH均减小
11.电镀可以在金属材料表面形成镀层，是一种重要的材料表面加工方法。实验室在铜钥匙的表面镀锌，装置如下图所示：
（1）电极B的材料应是___________。
A．铜B．锌C．石墨D．铂
（2）钥匙应与电源的___________相连。
A．阴极B．阳极C．正极D．负极
（3）影响正离子在阴极放电顺序的因素有：溶液的酸碱性、离子浓度及 等。
A．离子的还原性 B．离子的氧化性
12.钢铁很容易因生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一、在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置原理如图所示。
请回答下列问题：
（1）A电极对应的金属是 (写元素名称)，B电极的电极反应式是 。
（2）若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为，则电镀时电路中通过的电子为 。
（3）若利用上述装置保护钢铁不被腐蚀，则钢铁应为 (选填“A”或“B”)极，此方法名称为 。
（4）下列常见金属材料中镀层破损后，铁被腐蚀速率由快到慢的顺序为 (填字母)。
a．镀铜铁 b．镀锌铁 c．镀锡铁
综合应用
13.某兴趣小组用如图装置先闭合K1工作一段时间，断开K1然后再闭合K2，电流表指针向左偏转。下列有关该实验的说法正确的是（ ）
A．闭合K1工作时，C1是正极
B．闭合K1工作一段时间，溶液的pH不变
C．闭合K2工作时，电子由C1流向C2
D．闭合K2工作时，C2上的电极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O
14.某实验小组尝试在钢制钥匙上镀铜。
实验1：将钥匙直接浸入溶液中，后取出，钥匙表面变红，但镀层疏松，用纸即可擦掉。
实验II：用下图装置对钥匙进行电镀铜。钥匙表面迅速变红，同时有细小气泡产生，精铜表面出现少量白色固体。后取出钥匙检验，镀层相对实验I略好，但仍能用纸巾擦掉一部分。经调整实验条件后获得了较好的电镀产品。
实验III：用溶液代替溶液重复实验II，精铜表面未出现白色固体。
回答下列问题：
（1）实验I反应的化学方程式是 。
（2）实验II中钥匙应与电源的 极连接。
（3）钥匙表面产生的气体是 ，此电极上的电极反应式是 。
（4）常见化合物中铜元素有、两种价态，结合实验III推测实验II中精铜表面产生的白色固体的电极反应式是 。(已知是一种难溶于水的黄色固体)
15.Ⅰ．如图所示装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的浓度和体积都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色。
回答下列问题：
（1）B极是电源的 极；一段时间后，装置丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明胶粒带 (填“正”或“负”)电荷。
（2）①电解饱和NaCl溶液的总反应化学方程式为 。阳极上产生气体的颜色为 。
②若C、F两电极共产生标准状况下6.72L的气体，则D电极的质量增加 g。
（3）若在丙池中进行铁制品表面镀镍，电镀液用硫酸镍溶液，则镍应为 电极(填“G”或“H”)。通电一段时间后，欲使甲装置中电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 [填“CuO”或“”]。
II．某小组运用离子交换膜法制碱的原理，用如图所示装置电解溶液。
（4）左侧的离子交换膜为 (填“阴”或“阳”)交换膜，该电解槽的阳极反应式为 。
拓展培优
16.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)。下列说法正确的是( )
A．原电池正极区，发生反应H2R+O2 = H2O2+R R+2e-+2H+=H2R
B．工作一段时间后，负极区的pH变大
C．用该装置在铜上镀银，电极d为纯银
D．若消耗标准状况下112mL O2，则电解后恢复至常温CuSO4 溶液的pH约为1
17．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
回答下列问题：
（1）甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为 。
（2）丙池中F电极为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，写出电解时总反应的离子方程式： 。
（3）当乙池中C极质量变化10.8g时，甲池中B电极理论上消耗的体积为 (标准状况)；若电解后丙池中溶液的体积为，生成的 。
（4）一段时间后，断开电键。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是___________(填标号)。
A．B．C．D．
（5）若将丙池改为精炼铜装置(粗铜含、、、、等杂质)，电解质溶液为溶液，则下列说法正确的是___________(填标号)。
A．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
B．丙池左侧电极为粗铜，发生氧化反应
C．溶液的浓度保持不变
D．杂质中、、以单质的形式沉淀到池底
18.科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2-离子(O2+4e-=2O2-)。
（1）c电极为 极，d电极上的电极反应式为
（2）如图所示为用惰性电极电解100mL0.5ml·L-1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为 若a电极产生56mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH= (不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入 (填序号)
a.CuO b.Cu(OH)2 c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3
（3）用该电池电解KHCO3溶液可使K2CO3溶液再生，其原理如图所示。简述再生K2CO3的原理： 。
19.（1）如图为氯碱工业电解饱和氯化钠溶液的装置示意图。
①电解时，阳极的电极反应式为 。
②逸出的气体E是 ；流出物质G的溶质是 （写出化学式）。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图所示。通过控制开关连接或，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接 。产生H2的电极反应式是 。
②改变开关连接方式，可得O2，写出此时电极3的电极反应式： 。
（3）酒驾的检验：目前最常用的是燃料电池型呼气酒精检测仪，其原理是乙醇被氧化为乙酸的过程中化学能转化为电能，用电压表测其电压示数越高，乙醇浓度越高。反应原理如图所示，写出测定酒驾时负极的电极反应式： 。
20.沼气的主要成分是CH4，还含有CO2、H2S等。J De Vrieze等设计了利用膜电解法脱除沼气中的CO2和H2S，并将阴极处理后气体制成高纯度生物甲烷，其流程如图所示。
（1）需控制电解槽中阴极室pH>7，其目的是 。
（2）阳极室逸出CO2和 (填化学式)；H2S在阳极上转化为SO42－而除去，其电极反应式为 。
（3）在合成塔中主要发生的反应为：
反应I：CO2(g)＋4H2(g)＝CH4(g)＋2H2O(g) △H1
反应II：CO2(g)＋H2(g)＝CO(g)＋H2O(g) △H2
调节＝4，充入合成塔，当气体总压强为0.1MPa，平衡时各物质的物质的量分数如图1所示；不同压强时，CO2的平衡转化率如图2所示：
①反应CO2(g)＋CH4(g)＝2CO(g)＋2H2(g)的△H＝ (用△H1、△H2表示)。
②图1中，200～550℃时，CO2的物质的量分数随温度升高而增大的原因是 。
③图2中，相同温度下，压强越大，CO2的平衡转化率越大，其原因是 。
学习目标
1.运用电解原理解决实际问题--在铁片表面镀铜。
2.利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电镀问题的思维模型，并利用模型设计在铁片表面镀铜的实验装置。
3.了解提高电镀质量的方法，同时防止电镀污染
重点和难点
重点:了解电镀在生产、生活中的应用。
难点:掌握电镀在生产、生活中的应用。