第三单元 金属的腐蚀与防护优质课教案

第2课时

电解原理的应用

1．掌握电解饱和食盐水的原理。(重点) 2．了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。(重点) 3．掌握电解的有关计算。(难点)

[基础·初探]

教材整理1

电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气

1．装置及现象

阴极

阳极

现象

放出无色气体

放出黄绿色气体

电极反应式

2H＋＋2e－===H2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

2.电解总反应式

电解化学方程式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，

电解离子方程式：2Cl－＋2H2O=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

教材整理2

电镀

1．定义：应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方法。

2．电镀池的构成

3．实例(往铁件上镀铜) 1

(1)阴极材料：铁，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；

(2)阳极材料：铜，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋；

(3)电解质溶液：CuSO4溶液。

教材整理3

电解精炼铜

1．电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在阴极上析出。

2．装置

教材整理4

电冶金

1．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Mn＋＋ne－===M。

2．电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属。

3．举例

[探究·升华]

[思考探究]

模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如下图，装置闭合电键K时，电流计G的指针将发生偏转。

2

问题思考：

(1)哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？

【提示】

甲、乙构成原电池，丙是电解池。

(2)a、b、c、d电极名称分别是什么？

【提示】

a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。

(3)若模拟氯碱工业生产烧碱、氯气和氢气，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】

c电极用Pt或石墨，d电极用铁丝(导体均可)，X溶液为饱和食盐水。

(4)若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式如何书写？

【提示】

c电极用Ag，d电极用Fe，X溶液为AgNO3溶液；阳极：

Ag－e－===Ag＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag。

(5)若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？

【提示】

c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。

[认知升华]

1．电镀铜与精炼铜的比较

能量转变

阳极材料

阴极材料

阳极反应

阴极反应

电镀铜

电能转化为化学能

纯铜

镀件

Cu－2e－===Cu2＋

Cu2＋＋2e－===Cu 3 精炼铜

电能转化为化学能

粗铜(含锌、银、金等杂质) 纯铜

Zn－2e－===Zn2＋

Cu－2e－===Cu2＋等

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶

液及其变化

硫酸铜溶液保持不变

反应后硫酸铜溶液中混有Zn2＋等，Cu2＋浓度减小

2.原电池、电解池、电镀池的判断方法

(1)若装置中无外加电源，则该装置可能为原电池，然后根据原电池的构成条件进行分析判断。

(2)若有外接直流电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属阳离子属同种元素时，则为电镀池。

(3)若多个单池相互串联，又有外接直流电源时，则与直流电源相连接的为电解池或电镀池。若无外接直流电源时，较活泼的金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。

[题组·冲关]

1．如图所示，能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(

)

【解析】

电解NaCl溶液时，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极产物为Cl2；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极放出H2；Cl2可用KI淀粉溶液检验。因H2密度小，在阴极生成，结合e－转移方向知D正确。

【答案】

D 2．按下图装置实验，若x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示(

) 【导学号：51182041】

4

①c(Ag＋)

②c(AgNO3)

③a棒的质量

④b棒的质量

⑤溶液的pH A．①③

C．①②④

B．③④

D．①②⑤

【解析】

该电解池中阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，阴极反应式为Ag＋＋e===Ag，所以随着电解的进行，c(Ag)不变，c(AgNO3)不变，溶液的pH不变。答案选D。

【答案】

D

3．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

【解析】

本题考查的是电镀的原理。电镀原理是镀层金属作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。

【答案】

A 4．下图为相互串联的甲、乙两电解池，试回答：

【导学号：29910057】

－＋

甲

乙

(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是______(填电极材料)，电极反应式是______________；B是________(填电极材料)，电极反应式是

_________，

应选用的电解质溶液是

________。

(2)乙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间后，_______________________(填5

“C”或“Fe”)极附近呈红色。

(3)若甲池阴极增重43.2 g，则乙池中阳极上放出的气体在标况下的体积是________L。

【解析】

(1)电镀池中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属阳离子的盐溶液作电解质溶液。

(2)使酚酞呈红色说明显碱性，即2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故阴极(Fe)呈碱性。

(3)由电子守恒得：2Ag～Cl2，n(Ag)＝＝0.2 mol，V(Cl2)＝n·Vm＝4.48 L。

【答案】

(1)Fe

Ag＋＋e－===Ag Ag

Ag－e－===Ag＋

AgNO3溶液

(2)Fe

(3)4.48 [基础·初探]

教材整理

1．计算的原则

(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．计算步骤

首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)；其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。

3．电解计算的常考题型

(1)电子守恒在电解计算中的应用。

(2)计算电解后溶液中的离子浓度。

(3)计算电解质溶液的pH。

(4)计算电解后析出的固体质量。

(5)串联电路中的物质关系。

[探究·升华]

6 43.2 g1则n(Cl2)＝2n(Ag)－1＝0.4 mol，108 g·mol

[思考探究]

在如下图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g。

问题思考：

(1)发现A极比C极重，说明A极和C极上分别析出什么物质？说明电源E为正极还是负极？

【提示】

A极比C极重，说明A极上有Ag析出，说明电源E是负极，则C极为阴极，C极上有铜析出。

(2)A极比C极重1.9 g，则A极上析出单质的物质的量为多少？C极上析出单质的物质的量为多少？

x【提示】

设A极析出的Ag为x mol，则对应析出的铜为2

mol(电子守恒)，x即得108x－64×2＝1.9，x＝0.025 mol 则析出的Ag为2.7 g，析出的铜为0.8 g。

(3)写出B极的电极反应式。计算B极析出气体的体积是多少？(标准状况) 【提示】

B极的电极反应式：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 根据题意可知，该过程转移0.025 mol电子，则B极生成O2的体积V＝22.4 0.025L/mol×4

mol＝0.14 L。

[认知升华]

电解池中有关量的计算或判断

1．题型特点

主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式7

等。

2．解题方法

[题组·冲关]

－2－1．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NO－3、Cl、SO4，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为

(

) A．8∶1

C．35.5∶108 B．2∶27 D．108∶35.5 －【解析】

Ag＋与Cl－、Ba2＋与SO24均生成沉淀，相当于电解NaNO3溶液，实质是电解H2O，两极得到的氧化产物和还原产物分别为O2和H2。

【答案】

A 2．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2 mol电子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则所得电解液的pH是(

) A．1 C．13 B．8 D．14 【解析】

电解饱和食盐水时供给0.2 mol电子，则消耗的H＋为0.2 mol，同时产生OH－为0.2 mol，溶液体积为2 L，pH＝13。

【答案】

C 3．将1 L含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(

) A．3.36 L C．6.72 L B．5.6 L D．13.44 L 8

【解析】

阴极析出铜0.3 mol，由Cu2＋＋2e－===Cu知Cu2＋得到0.6 mol电子，根据2Cl－－2e－===Cl2↑，求出当溶液中Cl－全部参与电极反应时，放出Cl2

0.2 mol，失去电子0.4 mol。因此在阳极还有OH－放电，根据4OH－－4e－===2H2O＋O2↑和电子守恒，在阳极有0.05 mol O2放出，即阳极共放出0.25 mol，标准状况下为5.6 L的气体。

【答案】

B 4．把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是(

) A．27 mg

C．108 mg B．54 mg D．216 mg 【解析】

本题考查的是有关电解反应的计算。首先应弄清楚两极的反应。阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极没有氢气析出，则阴极反应为：Ag＋＋e－===Ag。OH－的消耗导致了H＋的增加，增加量为1×10－3 mol/L×0.5 L＝5×

10－4 mol，即转移电子数5×10－4 mol，析出银的质量为5×10－4 mol×108 g/mol＝0.054 g＝54 mg。

【答案】

B 9