2019-2020年高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解第2課時學(xué)案魯科版.doc
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2019-2020年高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解第2課時學(xué)案魯科版 [課標要求] 1.掌握工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿、氫氣和氯氣的原理。 2.了解電鍍、電解精煉的原理及應(yīng)用。 3.能夠應(yīng)用電解原理判斷離子的氧化性或還原性強弱并進行相關(guān)計算。 1.電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑ +Cl2↑,其中陽極產(chǎn)物為Cl2,陰極產(chǎn)物為NaOH和H2。 2.電解精煉銅時,粗銅做陽極,精銅做陰極,含有銅離子的溶液為電解 質(zhì)溶液。 3.電鍍時,鍍層金屬做陽極,鍍件做陰極,含鍍層金屬陽離子的電解質(zhì) 溶液做電鍍液。 以下為電解NaCl溶液的裝置示意圖,填寫下面空格。 (1)實驗現(xiàn)象 ①陽極上有黃綠色有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生。 ②陰極上有氣體產(chǎn)生,陰極附近溶液變紅色。 (2)實驗結(jié)論:用惰性電極電解飽和食鹽水,生成H2、Cl2和NaOH。 (3)放電順序及電極反應(yīng) ①陽極離子放電順序:Cl->OH-, 電極反應(yīng):2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng))。 ②陰極離子放電順序:H+>Na+, 電極反應(yīng):2H++2e-===H2↑(還原反應(yīng))。 (4)電解反應(yīng)的化學(xué)方程式 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。 離子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。 [特別提醒] 因為陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2會發(fā)生反應(yīng),Cl2和NaOH會發(fā)生反應(yīng),因此氯堿工業(yè)中常用特殊的電解槽電解飽和食鹽水,為避免電解產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)常用陽離子交換膜將兩極溶液分開,陽離子能通過陽離子交換膜,而陰離子不能通過。 1.關(guān)于電解NaCl水溶液,下列敘述正確的是( ) A.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈無色 B.若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色 C.電解時在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉 D.電解時鐵作陽極 解析:選B 陽極反應(yīng):2Cl--2e-===Cl2↑,因此陽極區(qū)加入KI,因Cl2將I-氧化為I2,溶液呈棕色;陰極反應(yīng):2H++2e-===H2↑,H+放電則OH-增多,溶液呈堿性,使酚酞溶液變紅;若用鐵作陽極,電極本身被氧化,不能得到氯氣。 2.某小組設(shè)計電解飽和食鹽水的裝置如右圖,通電后兩極均有氣泡產(chǎn)生,下列敘述正確的是( ) A.銅電極附近觀察到黃綠色氣體 B.石墨電極附近溶液先變紅 C.溶液中的Na+向石墨電極移動 D.銅電極上發(fā)生還原反應(yīng) 解析:選D A項,電解飽和食鹽水時,若電極為惰性電極,則兩極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣,而現(xiàn)在Cu作電極時仍產(chǎn)生兩種氣體,說明Cu為陰極,石墨為陽極,則石墨電極附近有氯氣產(chǎn)生,錯誤;B項,石墨為陽極,Cu為陰極,氫離子在陰極放電生成氫氣,則銅電極附近溶液先變紅,錯誤;C項,電解池中的陽離子向陰極移動,所以鈉離子向Cu極移動,錯誤;D項,銅電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),正確。 1.銅的電解精練 (1)裝置 (2)電極反應(yīng)式 陽極:Cu(粗銅)-2e-===Cu2+ 陰極:Cu2++2e-===Cu。 (3)雜質(zhì)變化 ①銅的電解精煉過程中,Zn、Ni、Fe等比銅活潑的金屬在陽極放電變成金屬陽離子進入溶液,電極反應(yīng)式分別為Zn:Zn-2e-===Zn2+;Ni:Ni-2e-===Ni2+; Fe:Fe-2e-===Fe2+。 ②不如銅活潑的銀、金、鉑等金屬不放電與其他不溶性雜質(zhì)混在一起沉積在電解池的底部,形成陽極泥。 [特別提醒] (1)粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質(zhì),同時間段內(nèi)兩電極質(zhì)量改變不相等,但兩電極通過電量相等。 (2)電解過程中,陰離子濃度不變,Cu2+濃度減小,F(xiàn)e2+、Zn2+、Ni2+濃度增大。 2.電鍍 (1)概念 應(yīng)用電解原理,在金屬或非金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金的過程稱為電鍍。 (2)目的 增強金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。 (3)示例 電鍍時,鍍層金屬做陽極,待鍍金屬制品做陰極,含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液。 鐵釘上鍍銅如下所示: 陰極 待鍍的金屬制品:鐵釘 陽極 鍍層金屬:銅 電鍍液 含有鍍層金屬離子的鹽溶液:CuSO4溶液 裝置圖 電極 反應(yīng) 陽極:Cu-2e-===Cu2+ 陰極:Cu2++2e-===Cu [特別提醒] 電鍍的特點:“一多、一少、一不變”。 (1)一多:是指陰極上有鍍層金屬沉積; (2)一少:是指陽極上有鍍層金屬溶解; (3)一不變:是指電鍍后,電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。 1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“”)。 (1)精煉銅裝置中,粗銅做陰極,精銅做陽極。() (2)精煉銅后,電解質(zhì)溶液中含Zn2+、Cu2+、Ag+、Fe2+等陽離子。() (3)精煉銅過程中,電解質(zhì)溶液中Cu2+不變。() (4)精煉銅裝置中,陰極得到32 g銅,陽極電子轉(zhuǎn)移1 mol。(√) (5)精煉銅過程中,OH-在陽極放電,Cu2+在陰極放電。() 2.下列關(guān)于電解法精煉粗銅的敘述中不正確的是( ) A.粗銅板作陽極 B.電解時,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極反應(yīng)為 Cu2++2e-===Cu C.粗銅中所含Ni、Fe、Zn等金屬雜質(zhì),電解后以單質(zhì)形式沉積槽底,形成陽極泥 D.電解銅的純度可達99.95%~99.98% 解析:選C Fe、Zn、Ni比Cu活潑,電解時首先放電,不會形成陽極泥。 3.在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層,以下方案設(shè)計正確的是( ) A.鋅做陽極,鐵制品做陰極,溶液中含有鋅離子 B.鉑做陰極,鐵制品做陽極,溶液中含有鋅離子 C.鐵做陽極,鐵制品做陰極,溶液中含有亞鐵離子 D.鋅做陰極,鐵制品做陽極,溶液中含有亞鐵離子 解析:選A 根據(jù)電鍍原理,應(yīng)用鍍層金屬做陽極,鍍件做陰極,含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液做電鍍液。 4.關(guān)于鍍銅和電解精煉銅,下列說法中正確的是( ) A.都用粗銅作陽極、純銅作陰極 B.電解液的成分都保持不變 C.陽極反應(yīng)都只有Cu-2e-===Cu2+ D.陰極反應(yīng)都只有Cu2++2e-===Cu 解析:選D A項電鍍時鍍件作陰極;B項電解精煉銅時電解液成分改變;C項電解精煉銅時,若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)(如鋅),則陽極還會發(fā)生Zn-2e-===Zn2+的反應(yīng)。 1.計算方法 有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質(zhì)量、溶液的pH及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計算,均可概括為下列三種方法: 電子守恒 法計算 用于串聯(lián)電路,通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等 總反應(yīng) 式計算 先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算 關(guān)系式 計算 根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁,建立計算所需要的關(guān)系式 2.等量關(guān)系 (1)當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時, 它們皆處于同一閉合電路中,所以各池的電流強度相等,同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。 (2)常見電化學(xué)計算的對應(yīng)關(guān)系: H2~Cl2~O2~Cu~2Ag~2H+~2OH-。 如電解中析出氣體時,在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。 1.把兩個惰性電極插入500 mL的AgNO3溶液中,通入直流電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設(shè)電解時陰極沒有氫氣析出,且電解液在電解前后體積變化可以忽略),電極上析出銀的質(zhì)量大約是( ) A.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg 解析:選B 由題意知電解AgNO3溶液時,陽極生成O2和HNO3,陰極生成Ag,n(H+)=cV=10-30.5=510-4 (mol),若設(shè)生成Ag為x,則 Ag ~ H+ 1 mol 1 mol x 510-4 mol x=510-4 mol,m(Ag)=510-4 mol108 gmol-1=0.054 g=54 mg。 2.如圖所示,若電解5 min時,測得銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答: (1)電源中X極是________(填“正”或“負”)極。 (2)通電5 min時,B中共收集到224 mL(標準狀況)氣體,溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計),則通電前c(CuSO4)=_____________________________ molL-1。 (3)若A中KCl溶液的體積也是200 mL,則電解后溶液的c(OH-)=________ molL-1。 解析:(1)銅極增重,說明銀在銅極析出,則銅極為陰極,X為負極。 (2)C中銅極增重2.16 g,即析出0.02 mol Ag,線路中通過0.02 mol電子。由4e-~O2,可知B中產(chǎn)生的O2只有0.005 mol,即112 mL。但B中共收集到224 mL氣體,說明還有112 mL氣體是H2,即Cu2+全部在陰極放電后,H+接著放電產(chǎn)生了112 mL H2,則通過0.01 mol 電子時,Cu2+已完全變?yōu)镃u單質(zhì)。 由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005 mol, 則c(CuSO4)==0.025 molL-1。 (3)由4e-~4OH-知,A中生成0.02 mol OH-, c(OH-)=0.1 molL-1。 答案:(1)負 (2)0.025 (3)0.1 [三級訓(xùn)練節(jié)節(jié)過關(guān)] 1.下列描述中,不符合生產(chǎn)實際的是( ) A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,用鐵作陽極 B.電解法精煉粗銅,用純銅作陰極 C.電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 D.在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽極 解析:選A 電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)。電解熔融的Al2O3制Al時,若用Fe作陽極,會發(fā)生Fe-2e-===Fe2+,F(xiàn)e2+移動到陰極上發(fā)生Fe2++2e-===Fe,使得到的Al不純。 2.電鍍在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用,可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌,即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說法中正確的是( ) A.通電后,Ag+向陽極移動 B.銀片與電源負極相連 C.該電解池的陰極反應(yīng)可表示為Ag++e-===Ag D.當電鍍一段時間后,將電源反接,銅牌可恢復(fù)如初 解析:選C 銅牌上鍍銀,銀為陽極,Ag+向陰極移動,陰極反應(yīng)為Ag++e-===Ag。由于實驗中鍍層不可能非常均勻致密,所以將電源反接,陽極上Cu、Ag均能溶解,銅牌不可能恢復(fù)如初。 3.按下面甲圖裝置進行實驗,若圖乙的x軸表示流入電極的電子的量,則y軸不可能表示的情況是( ) A.c(Ag+) B.c(NO) C.溶液的pH D.銀棒質(zhì)量 解析:選D 此裝置為鐵上鍍銀,電鍍一段時間后,c(Ag+)、c(NO)、溶液的pH基本不變,而銀棒質(zhì)量減小。 4.粗銅性脆,要加工成銅絲非常困難,粗銅必須經(jīng)過電解精煉方能被廣泛利用。下列關(guān)于粗銅精煉的敘述中正確的是( ) A.粗銅與電源的正極相連 B.電解過程中,電解質(zhì)溶液中的Cu2+濃度保持不變 C.電解后,溶液中存在的陽離子只有H+ D.電解后,電解槽底部的陽極泥毫無價值 解析:選A 當粗銅中的雜質(zhì)Zn、Fe、Ni等在陽極溶解時,Cu2+在陰極上被還原,因而溶液中Cu2+的濃度有所降低,B項錯誤;電解后,溶液中存在的Fe2+、Zn2+和Ni2+等陽離子的氧化性弱于Cu2+而不被還原,C項錯誤;陽極泥的成分是在陽極上沒有放電的Ag、Au、Pt,它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底,可以作為提煉這些重金屬的原料,D項 錯誤。 5.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池,其中a為電解質(zhì)溶液,X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題: (1)X的電極名稱是________(填寫“陽極”或“陰極”)。 (2)若X、Y都是惰性電極。a是飽和食鹽水,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液,一段時間后,Y極上的電極反應(yīng)式為_____________________________________。 (3)若X、Y都是惰性電極,a是CuSO4溶液,電解一段時間后,陽極上產(chǎn)生氣體的體積為0.224 L(標準狀況下),則陰極上析出金屬的質(zhì)量為________g。 (4)若要用該裝置電解精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則Y電極的材料是________。 (5)若要用電鍍方法在鐵表面鍍一層金屬銀,應(yīng)該選擇的方案是________。(填字母編號) 方案 X Y a溶液 A 銀 石墨 AgNO3 B 銀 鐵 AgNO3 C 鐵 銀 Fe(NO3)3 D 鐵 銀 AgNO3 解析:(1)X電極與電源的負極相連,為陰極。(2)Y電極連接電源的正極,故為電解池的陽極,發(fā)生氧化反應(yīng):2Cl--2e-===Cl2↑。(3)陽極反應(yīng)為4OH--4e-===O2↑+2H2O,生成0.224 L氧氣,失去電子的物質(zhì)的量為4=0.04 mol,陰極反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu,根據(jù)得失電子守恒,析出銅的質(zhì)量為64 gmol-1=1.28 g。(4)電解精煉銅時,粗銅為陽極連接電源的正極,即Y電極為粗銅。(5)電鍍時,鍍件為陰極,A、B項錯誤;鍍層金屬為陽極,而含鍍層金屬離子的溶液為電鍍液,C項錯誤,D項正確。 答案:(1)陰極 (2)2Cl--2e-===Cl2↑ (3)1.28 (4)粗銅 (5)D 1.化學(xué)在生產(chǎn)和日常生活中有著重要的應(yīng)用。下列說法正確的是( ) A.鐵表面鍍鋅,鐵作陽極 B.工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng): 2Cl--2e-===Cl2↑ C.電解法精煉粗銅,用精銅作陽極 D.電解MgCl2飽和溶液,可制得金屬鎂 解析:選B 選項A,鐵應(yīng)該作陰極。選項B,電解飽和食鹽水時,Cl-在陽極失去電子變?yōu)镃l2。選項C,電解法精煉粗銅,應(yīng)該用精銅作陰極,粗銅作陽極。選項D,電解MgCl2飽和溶液,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為MgCl2+2H2OMg(OH)2+Cl2↑+H2↑,不會產(chǎn)生金 屬鎂。 2.利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純,下列敘述正確的是( ) A.電解時以精銅為陽極,以CuSO4溶液為電解液 B.電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng) C.粗銅連接電源負極,其電極反應(yīng)是Cu-2e-===Cu2+ D.電解結(jié)束后,電解質(zhì)溶液的濃度保持不變 解析:選B 電解時精銅為陰極,粗銅為陽極,A項錯誤;溶液中Cu2+在陰極上得電子,發(fā)生還原反應(yīng),B項正確;粗銅應(yīng)該連接電源正極,C項錯誤;陽極上Fe、Zn、Cu失電子,陰極上只有Cu2+得電子,電解結(jié)束后,電解質(zhì)溶液中的Cu2+濃度減小,D項錯誤。 3.如圖是電解飽和NaCl溶液的實驗裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)判斷中正確的是( ) A.a(chǎn)為正極、b為負極 B.c為陰極、d為陽極 C.電解過程中,d電極質(zhì)量增加 D.電解過程中,氯離子濃度不變 解析:選A 由電子流向可知,a為正極,b為負極,c為陽極,d為陰極,c極:2Cl--2e-===Cl2↑;d極:2H++2e-===H2↑,因此,B、C、D項均錯。 4.用電化學(xué)方法提取廢棄定影液中的銀,同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子,下列方案正確的是( ) 解析:選D 要用電化學(xué)方法提取廢棄定影液中的銀,同時使處理后的溶液中不引入其他新的重金屬離子,則應(yīng)該用電解原理,因此陰極應(yīng)該是銀,陽極可以是惰性電極,例如碳棒,答案選D。 5.如圖所示能驗證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物的裝置是(圖中電極均為惰性電極)( ) 解析:選D 與電源正極相連的是電解池的陽極,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),失去的電子回到正極;與電源負極相連的是電解池的陰極,陰極發(fā)生還原反應(yīng),接受負極輸出的電子。據(jù)此判斷,D圖右電極為陽極,發(fā)生反應(yīng):2Cl--2e-===Cl2↑,可觀察到碘化鉀淀粉溶液變藍;左電極為陰極,發(fā)生反應(yīng):2H2O+2e-===H2↑+2OH-,可觀察到陰極區(qū)溶液變紅,收集的氣體經(jīng)點燃可證明為氫氣。 6.金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì),可用電解法制備高純度的鎳,則下列敘述中正確的是(已知:氧化性Fe2+- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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