第1章第2节第2课时电解的应用学案

第2节电能转化为化学能——电解第二课时电解的应用二、电解原理的应用1、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气【实验】在U形管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极（如图）。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。现象：电极反应：阳极：阴极：电解食盐水的总反应为：工业上利用这一反应原理，制取NaOH、Cl2和H2。注意在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，为避免这几种产物混合，需要使反应在特殊的电解槽中进行。2、铜的电解精炼：如右图为电解法精炼铜的装置，其中阳极为，阴极为，电解质溶液为溶液，粗铜中含Fe、Zn、Ni、Ag、Pt、Au等少量杂质金属。阳极发生的主要反应为：－。（杂质Fe、Zn、Ni也发生电极反应：Fe＝Fe2＋＋2e－。Zn＝Zn2＋＋2e－，Ni＝Ni2＋＋2e－。由于Pt、Ag、Au的金属性比Cu弱且量又少，这三种金属不反应，以单质的形式沉积在底部，得到阳极泥）。阴极的反应为。（由于Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋得电子能力比Cu2＋弱且量又少，故Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋不反应，以离子的形式留在溶液中，经过上述反应，粗铜中的杂质被除去，变成了精铜，能满足作为导线的要求，这就是铜的精炼）。3、电镀【活动·探究】根据电解原理和铜的精炼的操作，利用如下材料：铁制品、铜片、CuSO4溶液、导线、直流电源，试设计一个实验，在铁钉表面镀上一层铜。思路：铜的精炼中，粗铜为阳极，Cu失电子变成以Cu2＋，溶液中的Cu2＋在阴极得电子，生成Cu单质，即在阴极上析出了铜。故要在铁制品表面镀铜，可让做阳极，为阴极，溶液为电解质溶液，设计成如下图所示的装置。现象：电极反应：阳极：阴极：该过程就是电镀。(1)电镀：。(2)构成要素：电极：电镀溶液：【典例解析】例1、如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。(1)试分析电源的正负极、CuSO4溶液的pH变化及CuSO4溶液中各离子浓度的变化情况。（2）其中B装置为何要用U形管？（3）若电源输出电子0.5mol，求A中析出铜多少克，B中产生气体多少升。解析：此题是典型的电解装置，根据现象不难推断，a、b为惰性电极，a附近溶液红色，即a附近溶液碱性，析出H2，发生还原反应，是阴极，故电源X是负极，Y是正极。在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极，阳极是Cu，活性电极本身放电，阴极是Cu2＋放电，即阳极：Cu－2e－＝Cu2＋(氧化反应)，阴极：Cu2＋＋2e－＝Cu（还原反应），故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸，电解方程式：2NaCl＋2H2O＝根据电子守恒，故在A装置中转移电子数也为0.5mol，故析出Cu为0.25mol，质量为：0.25mol×64g/mol=16g，在B中转移电子数也为0.5mol,产生气体为：L/mol=11.2L答案：(1)X是负极，Y是正极。pH无变化，各离子浓度也无变化。(2)防止H2、Cl2接触爆炸。(3)16g、11.2L。例2、请用下图所示仪器装置设计一个包括：电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。(1)所选仪器连接时，各接口的顺序是（填各接口的代号字母）：A接、接；B接、接。(2)实验时，装置中的石墨电极接电源的极，所发生的反应为；铁电极接电源的极，所发生的反应为；此电解总反应方程式为。(3)实验测得产生的氢气体积（已折算成标准状况）为5.60mL，电解后溶液的体积恰好为50.0mL，则溶液的pH值为。解析：本题考查按实验要求设计组装合理实验装置的能力，并根据制得的H2的体积，计算电解后溶液的pH值。根据电解饱和食盐水阳极所发生的反应式：2Cl－―2e－＝Cl2↑，为防止电极被腐蚀，实验中一般选用石墨作阳极。阴极发生的是水电离出的H＋离子被还原，2H＋＋2e－＝H2↑，从而破坏水的电离平衡，在阴极区域里形成氢氧化钠，显碱性，阴极通常使用铁电极。电解的总是反应方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。原题U型管反应器中的两个电极未限定哪个是阳极或阴极，可任意选用。而反应器两边连接哪些仪器及其连接顺序，取决于A、B为哪种电极以及电极产物和实验要求。设A上电极为铁质阴极、B上电极为石墨阳极，则反应器两边所选用的各仪器接口连接顺序为：A接贮气瓶的G端，把水挤入量筒，用量筒测量出的水量，以测定产生的H2体积。B接洗气瓶的D端，生成的Cl2氧化洗气瓶里的淀粉KI溶液，以证明其氧化性，多余的Cl2通入烧杯里的C导管，借助氢氧化钠吸收Cl2，防止污染大气。已知电解产生H25.6mL，相当于2NaCl＋2H2O=2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2mol1molx0.00025molx＝2×0.00025mol＝0.0005molc(OH－)＝pOH=2∴pH＝14－2＝12。答案：(1)A接G、F接H；B接D、E接C。(2)正极，2Cl－―2e－＝Cl2↑；负极，2H＋＋2e－＝H2↑；2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)pH=12.【随堂演练】1、用铂作电极电解一定浓度下的下列物质水溶液，电解结束后，向剩余电解质溶液中加入适量水。能使溶液和电解前相同的是（）A、AgNO3B、H2SO4C、NaOHD、NaCl2、用石墨作作电极，电解1mol·L－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变（）A、HClB、NaOHC、Na2SO4D、NaCl3、将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联,在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为()A、1∶2∶3B、3∶2∶1C、6∶3∶1D、6∶3∶24、用惰性电极解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是()A、CuCl2［CuSO4］B、NaOH［NaOH］C、NaCl［HCl］D、CuSO4［Cu(OH)2］5、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb＋SO42－＝PbSO4＋2e正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e＝PbSO4＋H2O今若制取0.050molCl2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()A、0.025molB、0.050molC、0.10molD、0.20mol6、烧杯中盛放浓度均为0.10mol/L的氯化钠和硝酸铜的混合液。现将该溶液以惰性电极进行电解，当Cu2＋全部在阴极上转变为金属铜时，整个溶液（摇匀）的pH值为（）A、7.00B、1.00C、0.70D、1.307、在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO42－、NO3－、Cl－。该溶液放在用惰性材料做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量为()A、35.5∶10.8B、16∶207C、8∶1D、108∶35.5【能力提升】8、用石墨作电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况），则原混合液中Cu2＋的物质的量浓度为()A、1mol·L－1B、2mol·L－1C、3mol·L－1D、4mol·L－19、用石墨电极在一定温度下电解K2SO4饱和溶液mg，当阴极产生amol气体时，从溶液中析出ng无水晶体，则剩余溶液的溶质质量分数是()10、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使C12被完全吸收制得有较强杀毒能力的消毒液，设计了如右图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A、a为正极,b为负极；NaClO和NaClB、a为负极,b为正极；NaClO和NaClC、a为阳极,b为阴极；HClO和NaClD、a为阴极,b为阳极；HClO和NaCl11、能够使反应Cu＋2H2O=Cu(OH)2＋H2↑发生的是充电放电A、铜片作原电池的负极，碳棒作原电池的正极,氯化钠作电解质荣膺B、铜锌合金在潮湿的空气中发生电化学腐蚀C、用铜片作阴阳电极，电解硫酸钠溶液D、用铜片作阴、阳电极，电解硫酸铜溶液12、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:今若制得Cl20.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是A、0.025molB、0.050molC、0.10molD、)0.20mol13、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是(1/2)H2+NiO(OH)Ni)(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是A.电池放电时，电池负极周围溶液的OH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时。氢元素被还原D.电池放电时，H2是负极14、用石墨电极电解某酸、或某碱或某盐的溶液时，在相同条件下，阴阳两极收集到的气体体积比为2：1，则下列结论正确的是A、阴极一定是H2，阳极一定O2B、电解后溶液的pH一定变大C、电解后溶液的pH一定不变D、电极后溶液的浓度一定变大15、将含有和0.4molKCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上析出0.3molCu，此时在另一电极上放出气体的体积约为（标准状况）（）A．5.6LB．6.72LC．2.8LD．13.44L16、下图是两种溶液进行电解的装置。电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M(NO3)2，B，C，D都是铂电极，P，Q是电池的两极，电路接通后，电极B上金属M沉淀出来：电极反应为______，同时电极C产生______，电极反应为______，电极D产生______，电极反应为______。（1）电池中P是______极，Q是______极。（2）A极上电极反应为______。（3）当电路中通过2.408×1022个电子时，B极上沉淀出1.27gM，则M的计算式为______。（4）如果将电池的正负极交换，接入原电路通过1.204×1022个电子时，看到B极上______．电极反应为______，A极上析出______g______，电极反应为______（假设M为Cu）。【参考答案】（第二节第二课时）1、BC；2、C；3、D；4、C；5、C；6、B；7、C；8、A；9、C；10、B11、A12、C13、CD14、A15、A16、M2++2e=M；氧气；4OH--4e=2H2O+O2↑；氢气；2H++2e=H2↑；出氧气，4OH--4e=2H2O+O2↑；A极析出0.63g，铜；Cu2+-2e=Cu