第二节 第2课时 电解原理的应用

第2课时电解原理的应用学业要求核心素养建构1.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。

2.能进行电解原理的有关计算。

『知识梳理』一、电解饱和食盐水1.氯碱工业单元槽电解原理示意图2.原理分析及电极反应电解时U形管中，Cl－、OH－移向阳极，H＋、Na＋移向阴极。

(1)阳极离子放电顺序：Cl－>OH－__________，电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)(2)阴极离子放电顺序：H＋>Na＋，电极反应：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。

3.总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。

离子方程式：2Cl－＋2H2O=====电解H2↑＋Cl2↑＋2OH－。

[微自测]1.用惰性电极电解NaCl溶液，下列叙述正确的是()A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B.若在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液，溶液呈褐色C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色D.电解一段时间后，将全部电解质溶液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 解析 用惰性电极电解NaCl 溶液，阳极产物为Cl 2，阴极产物为H 2和NaOH ，不是金属钠，A 错误；NaOH 溶液使酚酞溶液变红色，C 项错误；因产物中生成NaOH ，溶液不可能呈中性，D 项错误。

答案 B 二、电镀1.电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。

2.电镀⎩⎨⎧阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反应阴极：待镀金属制品电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液3.电镀的目的主要是增强材料抗腐蚀能力，也有许多电镀是为了美观或增加表面硬度。

[微自测]2.在铁片上镀银，铁片作________极，电极反应式为________________________，银作________极，电极反应式为________________________，电镀液的浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。

答案 阴 Ag ＋＋e －===Ag 阳 Ag －e －===Ag ＋ 不变4.电解精炼(以铜的电解精炼为例，粗铜含Zn 、Fe 、Ni 、Au 、Pt 、Ag 等) (1)装置与原理阳极材料用粗铜，阴极材料用纯铜，电解质溶液用硫酸酸化的硫酸铜溶液。

(2)电解特点电解结束后，阳极泥中含有Au 、Pt 、Ag 等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn 2＋、Fe 2＋、Ni 2＋、Cu 2＋，阴极得到精铜。

[微自测]3.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)氯碱工业是非常重要的化工生产，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H 2和NaOH( )(2) 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阳极( ) (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( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ 三、电冶金1.金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

如M n ＋＋n e －===M 。

2.电解熔融的氯化钠可制取金属钠： 阳极反应式：2Cl －－2e －===Cl 2↑； 阴极反应式：2Na ＋＋2e －===2Na ； 总反应：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。

[微自测]4.中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。

下列关于这三种工业生产的描述中正确的是( ) A.电解法制金属钠时，阳极反应式：Na ＋＋e －===NaB.电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性C.在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H 2，NaOH 在阳极附近产生D.氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl ，在电解时它们的阴极都是Cl －失电子 解析 A 项，阴极反应式为Na ＋＋e －===Na ，错误；B 项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO－2转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。

答案 B探究一电解原理的应用从氯碱工业电解原理提升系统思想与方法[探究素材]1.氯碱工业的生产过程2.离子交换膜的分类和应用注意：在多交换膜的池中，离子迁移遵循电荷守恒，离子的迁移数目可能不相等。

[探究题目]1.下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是()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 ＋=====电解Cl 2↑＋H 2↑ 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 项正确；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 项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl －＋2H 2O=====电解Cl 2↑＋H 2↑＋2OH －，C 项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D 项正确。

答案 C电镀和电解精炼的对比分析提升思辨意识[探究素材]电镀铜与精炼铜的比较电镀铜精炼铜能量转变电能转化为化学能电能转化为化学能阳极材料纯铜粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料镀件纯铜阳极反应Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu电解质溶液及其变化硫酸铜溶液浓度保持不变反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小[探究题目]2.关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是()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A项，电镀时镀件作阴极，错误；B项，电解精炼铜时，电解液成分发生变化，错误；C项，电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)，比铜更易被氧化：Zn－2e－===Zn2＋。

答案 D从多室电解池提升综合分析能力[探究素材]多室电解三室电渗析法处理Na2SO4废水池解题模型：四步分析法第一步：弄清是原电池还是电解池，判断电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极第二步：根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类Na＋→通过ab⇒阴极→ab是阳离子交换膜SO2－4→通过cd⇒阳极→cd是阴离子交换膜第三步：根据放电顺序写出电极反应式阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋＞Na＋，阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－＞SO2－4，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。

第四步：根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO2－4生成H2SO4。

[探究题目]3.现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。

电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。

下列叙述错误的是()A.M室发生的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋B.N室：a＜bC.产品室发生的反应是B(OH)－4＋H＋H3BO3＋H2OD.理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体解析M室为阳极室，水中的氢氧根离子放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A 正确。

N室，水中的氢离子放电，生成氢氧根离子，原料室中钠离子移动到N室，NaOH浓度增大，B正确。

原料室中的B(OH)－4移向产品室，M室中生成的H＋移向产品室，二者反应生成产品，C正确。

根据关系式：H3BO3～H＋～12H2，理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2 L气体，D错误。

答案 D从电解在制备及环境的应用培养创新意识[探究素材]电解应用拓展电解还可应用于物质制备(如制氢、氢氧化亚铁、纳米材料等)、环境保护(如废水处理等)和新技术等。

[探究题目]4.工业上处理含Cr2O2－7的酸性工业废水常用以下方法：①往工业废水里加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe作电极进行电解，经过一段时间后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。

试回答：(1)电解时的电极反应：阳极为________，阴极为________。

(2)Cr2O2－7转变成Cr3＋的离子方程式：_____________________________________________________________________。

(3)电解过程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎样产生的？_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ (4)能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，简述理由_____________________________________________________________________。

解析由于Cr(＋6价)的化合物毒性远高于Cr(＋3价)的化合物，将Cr(＋6价)转化为Cr(＋3价)，对废水进行处理是电化学知识在实际工业生产中的具体运用。

在处理有关问题时，应注意思维的有序性：首先应考虑溶液中阴、阳离子的定向移动；然后再考虑阴、阳极按放电顺序可能发生的电极反应。

阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：Fe－2e－===Fe2＋，产生的Fe2＋在向阴极移动的过程中与向阳极移动的Cr2O2－7相遇，发生氧化还原反应：6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，使Cr2O2－7转化为Cr3＋，同时Fe2＋也转化为Fe3＋，在以上电解的阴极反应及Fe2＋与Cr2O2－7的氧化还原反应中消耗了大量的H＋，溶液的pH不断变大，有利于Fe3＋、Cr3＋生成相应的Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。