高中化学第1章化学反应与能量转化第3节电能转化为化学能__电解2电解原理的应用课件鲁科版选择性必修1 85页

第 2 课时　电解原理的应用 一、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 1. 装置及现象 必备知识 · 素养奠基 现象 电极反应式 阴极 _____________ ________________ 阳极 _______________ __________________ 生成无色气体 生成黄绿色气体 2H + +2e - ==== H 2 ↑ 2Cl - -2e - ==== Cl 2 ↑ 2. 电解总反应式 化学方程式 :________________________________; 离子方程式 :____________________________ 。 3. 产物验证方法 (1) 用 __________________ 检验阳极放出的氯气。 (2) 用 _________ 检验产物 NaOH 。 通电 ==== 通电 ==== 2NaCl+2H 2 O 2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ 2Cl - +2H 2 O 2OH - +H 2 ↑+Cl 2 ↑ 湿润的 KI- 淀粉试纸 酚酞试液 【 巧判断 】 (1) 向电解 NaCl 溶液的电解池中加入酚酞 , 阳极区变红。 ( 　　 ) 提示 : × 。 NaOH 为阴极区产物 , 因此变红的是阴极区。 (2) 氯碱工业可以得到金属钠、 Cl 2 和 H 2 。 ( 　　 ) 提示 : × 。氯碱工业电解的是饱和食盐水 , 在阴极区放电的是 H + , 而不是 Na + , 因而得不到金属钠。 (3) 电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉 KI 试纸变蓝。 ( 　　 ) 提示 : × 。阴极区产生的气体为 H 2 , 不能使湿润的淀粉 KI 试纸变蓝。 【 微思考 】 电解饱和食盐水时 , 如何判断阴、阳两极的产物 ? 提示 : 由于阳极上阴离子的放电顺序为 Cl - >OH - ,Cl - 首先放电 , 故阳极产物为 Cl 2 。阴极上阳离子放电顺序为 H + >Na + ,H + 放电 , 故阴极产物为 H 2 。 二、铜的电解精炼 1. 装置 2. 电极反应 阳极 :______________(_____ 反应 )( 主要 ) 阴极 :______________(_____ 反应 ) 3. 阳极泥 铜的电解精炼过程中 , 粗铜中不如铜活泼的金属 (Ag 、 Au 、 Pt 等 ) 与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。 Cu-2e - ====Cu 2+ 氧化 Cu 2+ +2e - ====Cu 还原 【 微思考 】 粗铜电解精炼时 , 电解液的浓度是否不变 ? 提示 : 由于在阳极上 ,Fe 、 Zn 、 Ni 比 Cu 活泼 , 都能失电子而进入溶液 , 而在阴极上 , 溶液中氧化性较强的 Cu 2+ 会优先于 H + 、 Fe 2+ 、 Zn 2+ 、 Ni 2+ 得电子 , 所以 CuSO 4 溶液浓度会略有降低。 【 巧判断 】 (1) 粗金属精炼时 , 粗金属作阳极 , 阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。 ( 　 ) 提示 : √ 。粗金属精炼时 , 比该金属活泼的金属变成金属阳离子进入溶液 , 不如该金属活泼的金属不发生反应 , 最终形成阳极泥。 (2) 电解法精炼粗铜时 , 电解质溶液中各离子浓度一定不变。 ( 　　 ) 提示 : × 。被提纯的金属阳离子在溶液中的浓度是减小的。 (3) 精炼铜后 , 电解质溶液中含 Zn 2+ 、 Cu 2+ 、 Ag + 、 Fe 2+ 等阳离子。 ( 　　 ) 提示 : × 。金属 Ag 的活泼性不如铜 , 因此不参加电极反应 , 而是进入阳极泥中。 (4) 精炼铜装置中 , 阴极得到 32 g 铜 , 阳极电子转移 1 mol 。 ( 　　 ) 提示 : √ 。阴极得到 32 g Cu, 转移的电子为 1 mol, 则整个电路通过的电子物质的量均为 1 mol, 因此阳极转移 1 mol 电子。 三、电镀 1. 概念 应用 _____ 原理 , 在金属表面镀上一薄层 _____ 或 _____ 的方法。 2. 目的 提高金属的 _______ 能力、耐磨性或改善金属制品的外观。 3. 电镀池 电镀时 , 镀层金属作阳极 , 待镀金属制品作阴极 , 含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。 电解 金属 合金 抗腐蚀 【 做一做 】 　　　　 铁钉上镀铜如下所示 : 阴极 待镀的金属制品 :_____ 阳极 镀层金属 :___ 电镀液 含有镀层金属离子的盐溶液 :_________ 装置图 电极 反应 阳极 :______________ 阴极 :______________ 铁钉 铜 CuSO 4 溶液 Cu-2e - ====Cu 2+ Cu 2+ +2e - ====Cu 【 情境 · 思考 】 白铁 , 我们日常生活中常用的一种金属材料 , 是一种镀锌铁。 在铁制品上镀一层一定厚度的锌层 , 应怎样设计电镀池 ? 提示 : 根据电镀的要求 , 应将锌作阳极 , 镀件作阴极 , 溶液中含有锌离子。 关键能力 · 素养形成 知识点一　电解原理的应用 【 重点释疑 】 1. 电解饱和食盐水 氯碱工业 : 电解饱和食盐水的工业叫氯碱工业。 2. 铜的电解精炼与电镀铜对比 铜的电解精炼 电镀铜 电极 材料 阴极 精铜 镀件 阳极 粗铜 铜片 电极 反应式 阳极 Cu-2e - ====Cu 2+ 等 Cu-2e - ====Cu 2+ 阴极 Cu 2+ +2e - ====Cu Cu 2+ +2e - ====Cu 离子导体 浓度的变化 c(Cu 2+ ) 减少 , 比铜活泼的金属阳离子进入溶液 离子导体成分及浓度均不变 【 思考 · 讨论 】 (1) 在电镀铜时 , 电镀液中 CuSO 4 溶液的浓度为什么不变 ? 提示 : 电镀铜时 , 阳极 :Cu-2e - ====Cu 2+ , 阴极 :Cu 2+ +2e - ====Cu, 所以理论上电镀液中 c(CuSO 4 ) 保持不变。 (2) 怎样判断一个装置是原电池还是电解池 ? 提示 : 有外加电源的一定为电解池 , 无外加电源的一般为原电池 ; 多池组合时 , 一般含活泼金属的为原电池 , 其余都是原电池连接着的电解池。 (3) 粗铜中含有少量 Fe 、 Zn 、 Au 、 Ag 等杂质 , 通过粗铜精炼怎样除去这些杂质的呢 ? 提示 : 粗铜精炼是将粗铜作阳极 , 粗铜中的 Fe 、 Zn 等比 Cu 活泼能失去电子生成 Fe 2+ 、 Zn 2+ 进入溶液中 , 因 Fe 2+ 、 Zn 2+ 的氧化性弱于 Cu 2+ 不能在阴极析出 , 留在溶液中 ;Au 、 Ag 等是不如 Cu 活泼的金属 , 在阳极不能失去电子 , 从而以固体的形式沉到阳极底部 , 形成阳极泥。 【 案例示范 】 【 典例 】 (2020· 莆田高二检测 ) 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质 , 可用电解法制备高纯度的镍 , 下列叙述正确的是 ( 已知 : 氧化性 Fe 2+ Na + , 阴极反应为 2H + +2e - ====H 2 ↑,Na + 不放电 ; 电解精炼铜时 , 粗铜作阳极 ; 电镀时镀层金属作阳极 ; 镁为活泼金属 , 工业上常用电解熔融 MgCl 2 的方法冶炼 Mg 。 2.(2020· 柳州高二检测 ) 某同学设计如图所示装置 , 探究氯碱工业原理 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 石墨电极与直流电源负极相连 B. 用湿润淀粉 KI 试纸在铜电极附近检验气体 , 试纸变蓝色 C. 氢氧化钠在石墨电极附近产生 ,Na + 向石墨电极迁移 D. 铜电极的反应式为 2H + +2e - ====H 2 ↑ 【 解析 】 选 D 。若 Cu 电极所连的是直流电源的正极 , 则 Cu 是阳极 , 电极反应式为 Cu-2e - ====Cu 2+ , 不符合氯碱工业原理 , 故石墨电极与直流电源正极相连 ,A 项错误 ; 阴极 (Cu 极 ) 反应为 2H + +2e - ====H 2 ↑, 阳极 (C 极 ) 反应为 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑, 故用湿润淀粉 KI 试纸在石墨电极附近检验气体 , 试纸变蓝 , 发生反应 Cl 2 +2KI ====2KCl+I 2 , 故 B 项错误、 D 项正确 ;Cu 电极附近 H + 减少 , 生成 OH - ,Na + 向 Cu 电极迁移 , 故 C 项错误。 【 补偿训练 】 1.(2020· 衡水高二检测 ) 下列描述中 , 不符合生产实际的是 ( 　　 ) A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝 , 用铁作阳极 B. 电解法精炼粗铜 , 用纯铜作阴极 C. 电解饱和食盐水制烧碱 , 用涂镍碳钢网作阴极 D. 在镀件上电镀锌 , 用锌作阳极 【 解析 】 选 A 。电解熔融的氧化铝制取金属铝 , 用石墨作阳极 , 如果用铁作阳极 , 则铁失电子而被消耗 , 故 A 不对。 B 、 C 、 D 符合生产实际 , 正确。 2.(2020· 洛阳高二检测 ) 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 - ====Cu 2+ D. 阴极反应都只有 Cu 2+ +2e - ====Cu 【 解析 】 选 D 。 A 项 , 电镀时镀件作阴极 ;B 项 , 电解精炼铜时 , 电解液成分改变 ;C 项 , 电解精炼铜时 , 杂质若有比铜活泼的金属 ( 如锌 ), 则还会发生 Zn-2e - ==== Zn 2+ 的反应。 知识点二　有关电解的计算 【 重点释疑 】 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. 计算的方法 (1) 根据守恒法计算 : 用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算 , 其依据是电路中转移的电子数相等。 (2) 根据总反应式计算 : 先写出电极反应式 , 再写出总反应式 , 最后根据总反应式计算。 (3) 根据关系式计算 : 根据得失电子守恒关系 , 在已知量与未知量之间 , 建立计算所需的关系式。 3. 计算的步骤 (1) 正确书写电极反应式 ( 要注意阳极材料 ) 。 (2) 当溶液中有多种离子共存时 , 要确定放电离子的先后顺序。 (3) 最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 【 思考 · 讨论 】 (1) 将两个分别装有 Na 2 SO 4 、 CuCl 2 溶液的电解池串联在一起 , 均用惰性电极进行电解 , 电解一段时间后 , 试分析电极产物 H 2 、 O 2 、 Cl 2 、 Cu 之间物质的量的关系。 提示 : 根据得失电子守恒及元素的化合价可得出 , 电极产物物质的量的关系式 :2H 2 ～ O 2 ～ 2Cl 2 ～ 2Cu ～ 4e - , 即 H 2 、 O 2 、 Cl 2 、 Cu 的物质的量之比为 2∶1∶2∶2 。 (2) 已知一个电子的电量是 1.602×10 -19 C, 用该电池电解饱和食盐水 , 当电路 中通过 1.929×10 5 C 的电量时 , 生成 NaOH 的质量是多少 ? 提示 : 80 g 。一个电子的电量是 1.602×10 -19 C, 当电路中通过 1.929×10 5 C 的 电量时 , 电子的个数为 =1.204×10 24 , 电子的物质的量为 =2 mol, 根据转移电子和氢氧化钠的关系式 2NaOH ～ 2e - 得 ,NaOH 的质量为 ×2×40 g·mol -1 =80 g 。 【 案例示范 】 【 典例 】 (2020· 日照高二检测 ) 将含有 0.4 mol Cu(NO 3 ) 2 和 0.4 mol KCl 的水 溶液 1 L, 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 B.5.6 L C.6.72 L D.13.44 L 【 思维建模 】 解答有关电解计算思路如下 : 【 解析 】 选 B 。根据电解原理 , 阴、阳两极发生的电极反应为阴极 :Cu 2+ +2e - ====Cu, 阳极 :2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 。由题意知 , 在阴极上析出 Cu: =0.3 mol, 则转移电子 0.6 mol, 根据电子得失守恒分析 , 阳极上除 Cl - 放电外 , OH - 也会放电产生 O 2 , 即 4OH - -4e - ====2H 2 O+O 2 ↑, 经计算可知得到 Cl 2 0.2 mol, 得到 O 2 0.05 mol, 故阳极放出气体的总体积为 (0.2 mol+0.05 mol)× 22.4 L·mol -1 =5.6 L 。 【 迁移 · 应用 】 1.(2020· 贵阳高二检测 ) 用惰性电极电解硫酸铜溶液。若阳极上产生气体的物质的量为 0.01 mol, 阴极无气体逸出 , 则阴极上析出铜的质量为 ( 　　 ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.0.64 g B.1.28 g C.2.56 g D.5.12 g 【 解析 】 选 B 。用惰性电极电解硫酸铜溶液 , 在阳极产生的气体为氧气 , 由 4OH - -4e - ====2H 2 O+O 2 ↑ 知 , 产生 0.01 mol 的氧气转移 0.04 mol 电子 , 则根据得失电子守恒可知 Cu 2+ +2e - ====Cu, 可推出 , 应析出 0.02 mol 的铜 , 其质量为 1.28 g 。 2.(2020· 邢台高二检测 ) 如图所示的 A 、 B 两个电解池中的电极均为铂 , 在 A 池中加入 0.05 mol·L -1 的氯化铜溶液 ,B 池中加入 0.1 mol·L -1 的硝酸银溶液 , 进行电解。 a 、 b 、 c 、 d 四个电极上所析出物质的物质的量之比是 ( 　　 ) A.2∶2∶4∶1 B.1∶1∶2∶1 C.2∶1∶1∶1 D.2∶1∶2∶1 【 解析 】 选 A 。由电解规律可知 :a 、 c 为阴极 ,b 、 d 为阳极。 a 极上析出铜 ,b 极 上析出氯气 ,c 极上析出银 ,d 极上析出氧气。由电子守恒可得出 :2e - ～ Cu ～ Cl 2 ～ 2Ag ～ O 2 , 所以 a 、 b 、 c 、 d 四个电极上所析出物质的物质的量之比为 2∶2∶4∶1 。 【 补偿训练 】 　　 (2020· 雅安高二检测 ) 用石墨作电极电解 +n 价 M 金属的硝酸盐溶液 , 当阴极上析出 m g 金属时 , 阳极上产生 560 mL( 标准状况 ) 气体 , 此金属的相对原子质量为 ( 　　 ) A.10 mn 　　 B.10 m 　　 C.10 n 　　 D.40 mn 【 解析 】 选 A 。阳极反应 :4OH - -4e - ====O 2 ↑+2H 2 O, 当生成 560 mL O 2 时转移 0.1 mol 电子 , 阴极为 M n+ 得电子 , 即 M n+ +ne - ====M, 根据反应中转移 0.1 mol 电子 和生成 m g 金属 , 则 解得 M r (M)=10 mn 。 【 课堂回眸 】 课堂检测 · 素养达标 1.(2020· 北京西城区高二检测 ) 如图所示 , 用石墨电极电解饱和食盐水。下列说法不正确的是 ( 　　 ) 　　　　　　　　　　　　　　　 A. 电极 a 是阳极 B. 通电使 NaCl 发生电离 C.Na + 、 H + 向 b 极移动 D.a 极产生黄绿色气体 【 解析 】 选 B 。与电源的正极相连的是阳极 , 和电源的负极相连的是阴极 , 所以 a 极是阳极 ,b 极是阴极。阳离子向阴极移动 , 阴离子向阳极移动。 A. 由分析可知 , 电极 a 是阳极 ,A 项正确 ;B.NaCl 在水中就能发生电离 , 通电不是必要条件 ,B 项错误 ;C. 由分析可知 ,Na + 、 H + 向 b 极移动 ,C 项正确 ;D.a 极反应式为 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑, 产生黄绿色气体 ,D 项正确。 2.( 教材改编题 ) 电镀在工业上有着广泛的应用 , 可以镀锌、镀铜、镀金等。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌 , 即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是 ( 　　 ) A. 通电后 ,Ag + 向阳极移动 B. 银片与电源负极相连 C. 该电解池的阴极反应可表示为 Ag + +e - ====Ag D. 当电镀一段时间后 , 将电源反接 , 铜牌可恢复如初 【 解析 】 选 C 。铜牌上镀银 , 银为阳极 ,Ag + 向阴极移动 , 阴极反应为 Ag + +e - ==== Ag 。由于实验中镀层不可能非常均匀致密 , 所以将电源反接 , 阳极上 Cu 、 Ag 均能溶解 , 铜牌不可能恢复如初。 3.(2020· 延边高二检测 ) 观察下列几个装置示意图 , 有关叙述正确的是 ( 　　 ) A. 装置①工业上可用于生产金属钠 , 电解过程中石墨电极产生金属 , 此法也可用于生产活泼金属镁、铝等 B. 装置②中随着电解的进行 , 左边电极会产生红色的铜 , 并且电流表示数不断变小 C. 装置③中的阳离子交换膜只允许阳离子、阴离子和小分子水通过 D. 装置④的待镀铁件应与电源正极相连 【 解析 】 选 B 。①中石墨电极上产生 Cl 2 , 故 A 错误 ;② 中左侧电极发生 Cu 2+ +2e - ====Cu, 右侧电极发生 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑, 电解质 CuCl 2 溶液的浓度减小 , 导电能力减弱 , 故 B 正确 ;③ 中阴离子不能通过阳离子交换膜 , 故 C 错误 ;④ 中待镀铁件应与电源负极相连 , 故 D 错误。 4.(2020· 淄博高二检测 )1 L 0.1 mol·L -1 AgNO 3 溶液在以 Ag 作阳极 ,Fe 作阴极的电解槽中电解 , 当阴极增重 2.16 g 时 , 下列判断 ( 设电解按理论进行 , 溶液不蒸发 ) 正确的是 ( 　　 ) A. 溶液的浓度变为 0.08 mol·L -1 B. 阳极上产生 112 mL O 2 ( 标准状况 ) C. 转移的电子数是 1.204×10 22 个 D. 反应中有 0.01 mol 的 Ag 被氧化 【 解析 】 选 C 。由题意知 , 阴极反应为 Ag + +e - ====Ag, 阳极反应 :Ag-e - ====Ag + , 由 阴极增重 2.16 g 知 ,n(Ag)=n(e - )=n(Ag + )= =0.02 mol 。 A 项 , 此装置是 在铁上镀银 ,AgNO 3 溶液浓度不变 , 错误 ;B 项 , 由阳极反应知 , 阳极上没有 O 2 生成 , 错误 ;C 项 ,n(e - )=0.02 mol,N(e - )=n(e - )×N A =1.204×10 22 , 正确 ;D 项 , 反应中被 氧化的银为 0.02 mol, 错误。 5.(2020· 石家庄高二检测 ) 利用电解原理制备物质是常用的方法 , 某同学设计了一种电解法制取 Fe(OH) 2 的实验装置 ( 如图所示 ) 。通电后溶液中产生白色沉淀 , 且较长时间不变色。下列说法中正确的是 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 电源中 b 为正极 ,a 为负极 B. 电解池中的电解液可以是 NaOH 溶液 , 但不能是 NaCl 溶液 C.A 、 B 两端都必须使用铁作电极 D.B 电极发生的反应 :2H 2 O+2e - ====H 2 ↑+2OH - 【 解析 】 选 D 。阳极产生 Fe 2+ , 阴极产生 H 2 , 由于产生的 H 2 可以排出溶解在溶液中的少量 O 2 , 故应 B 极产生 H 2 , 所以 A 极为阳极 , 其电极材料为 Fe,B 极为阴极 , 其材料无条件限制 , 即 a 为正极 ,b 为负极 , 故 A 、 C 项错误。电解质溶液若为 NaOH 溶液 , 电解开始阶段由于溶解在溶液中的 O 2 尚未除去 , 会将生成的 Fe(OH) 2 氧化而变色 ; 电解质溶液若为 NaCl 溶液 , 电解初期阳极产生的 Fe 2+ 进入溶液 , 此时不会生成 Fe(OH) 2 , 而阴极产生的 H 2 可以排出溶液中溶解的少量氧气 , 随电解的进行 , 溶液碱性增强 , 将生成 Fe(OH) 2 , 故 B 项错误。 6.( 新思维 · 新考向 ) 工业上处理含 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。原 理示意图如图所示 : 试回答 : (1) 分析电极 A 、 B 的名称 , 并写出电极反应式。 提示 : 从图可知 B 区产生 H 2 :2H + +2e - ==== H 2 ↑, 为阴极反应 , 故 B 电极为阴极 ; 则 A 电极为阳极 , 发生的电极反应为 Fe-2e - ==== Fe 2+ 。 (2) 电解过程中 Cr(OH) 3 、 Fe(OH) 3 沉淀是怎样产生的 ? 提示 : 产生的 Fe 2+ 在向阴极移动的过程中与向阳极移动的 相遇 , 发生氧化 还原反应 :6Fe 2+ + +14H + ==== 6Fe 3+ ,+2Cr 3+ +7H 2 O, 使 转化为 Cr 3+ , 同 时 Fe 2+ 也转化为 Fe 3+ , 在以上电解的阴极反应及 Fe 2+ 与 的氧化还原反应中 消耗了大量的 H + , 溶液的 pH 不断变大 , 碱性逐渐增强 , 因此 Fe 3+ 、 Cr 3+ 生成相应的 Fe(OH) 3 、 Cr(OH) 3 沉淀。 (3) 往工业废水里加入适量的 NaCl 的作用是什么 ? 能否用稀硫酸 ? 提示 : 增强溶液的导电性。不能用稀硫酸代替 , 因为铬元素最终以沉淀 Cr(OH) 3 的形式除去 , 若用稀硫酸则不利于沉淀的生成。 (4) 能否用 Cu 电极来代替 Fe 电极 ? 简述理由。 提示 : 不能 ; 因为阴极产生的 Cu 2+ 不能将 还原为 Cr 3+ 。 (5) 若不考虑气体的溶解 , 当收集到 H 2 13.44 L( 标准状况 ) 时 , 计算处理的废水 中 的物质的量。 提示 : 0.1 mol 。生成 13.44 L H 2 , 转移电子 1.2 mol, 根据电子守恒生成 0.6 mol Fe 2+ , 则根据 +6Fe 2+ +14H + ====2Cr 3+ +6Fe 3+ +7H 2 O 可知 , 还原 的物质 的量为 0.1 mol 。 【 核心整合 】 1. 电解原理及其应用 知识关联 · 素养应用 2. 对于装置 (1) 若 A 、 B 都是惰性电极 , 电解质溶液 C 是饱和 NaCl 溶液 , 实验开始时 , 同时在 U 形管两边各滴入几滴酚酞溶液 , 则 a 是正极 ,B 是阴极 ;A 电极上的电极反应式为 _________________,B 电极上的电极反应式为 _______________ 。总反应的离子 方程式为 _____________________________ 。  (2) 如用电解法精炼粗铜 , 电解液 C 选用 _____ 溶液 ,A 电极的材料是 _____, 主要电 极反应式为 ______________ 。 B 电极的材料是精铜 , 电极反应式为 ____________ ___ 。 通电 ==== 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 2H + +2e - ====H 2 ↑ 2Cl - +2H 2 O 2OH - +H 2 ↑+Cl 2 ↑ CuSO 4 粗铜 Cu-2e - ====Cu 2+ Cu 2+ +2e - ==== Cu 【 素养迁移 】 1. 柯尔贝电解法是制备烃的重要方法 , 其原理为 2RCOOK+2H 2 O→R—R+H 2 ↑+ 2CO 2 ↑+2KOH(R 代表烃基 ), 请写出阴极和阳极的电极反应式。 提示 : 由柯尔贝反应式可推出阳极反应式为 2RCOO - -2e - ====R—R+2CO 2 ↑, 阴极反应式为 2H + +2e - ====H 2 ↑ 。 2. 高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途 , 用镍 (Ni) 、铁作电极电解浓 NaOH 溶液制备高铁酸盐 Na 2 FeO 4 的装置如图所示。 (1) 分析电源 a 、 b 的名称。 提示 : a 为负极 ,b 为正极。因为此装置用铁制取 Na 2 FeO 4 , 其中铁元素的化合价由 0 升高为 +6, 发生氧化反应 , 因此 Fe 电极为阳极 , 故电源 b 为正极。 (2) 写出铁、镍电极上的电极反应式和电解总反应方程式。 提示 : 铁电极为阳极 , 发生氧化反应 , 电极反应式为 Fe+8OH - -6e - ==== +4H 2 O, 镍为阴极 , 发生还原反应 , 电极反应式为 2H + +2e - ====H 2 ↑, 电解的总反应方程式 为 Fe+2H 2 O+2OH - ==== +3H 2 ↑ 。 3. 火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质 ( 如锌、金和银等 ), 工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。 (1) 分析电解精炼过程中杂质锌、金、银的去向。 提示 : 电解过程中比铜活泼的金属以离子的形式进入溶液中 , 并留在溶液中 , 比铜活泼性差的金属在反应过程中不参与电极反应 , 从而进入阳极泥中。 (2) 电解结束后发现阴极的质量增重 2.56 g, 是否阳极的质量减少 2.56 g? 提示 : 不是。因为阳极上发生的反应有 Zn-2e - ====Zn 2+ ,Cu-2e - ====Cu 2+ , 阴极上的反应只有 Cu 2+ +2e - ====Cu, 且阳极上的金和银不参与电极反应 , 因此阳极的质量减少大于 2.56 g 。 4. 电解是利用外电路电源提供电能的一种强有力的氧化还原手段 , 可以使不能发生的氧化还原反应强制发生。因此电解原理有着广泛的应用 , 可以应用电解手段制备、净化、提纯某些物质。 (1)SO 2 是一种常见的大气污染物 , 能够引起酸雨等环境问题 , 工业上利用电化学方法将 SO 2 废气二次利用 , 制备保险粉 (Na 2 S 2 O 4 ) 的装置如图所示。 ① 分析电极 a 、 b 、 Ⅰ 、 Ⅱ 的名称 , 并写出电极 Ⅰ 、 Ⅱ 的电极反应式。 提示 : 根据图示可以得出电极 Ⅰ 上发生的是 SO 2 制备 Na 2 S 2 O 4 的过程 , 发生的是得 电子的还原反应 , 因此电极 Ⅰ 为阴极 , 电极反应式为 2SO 2 +2e - ==== ; 电极 Ⅱ 上发生的是 SO 2 生成硫酸的反应 , 为失电子的氧化反应 , 故电极 Ⅱ 为阳极 , 电极反 应式为 2H 2 O+SO 2 -2e - ====4H + + 。所以外接电源的 a 为负极 ,b 为正极。 ② 通电一段时间后溶液中 H + 转移 0.1 mol, 计算此装置处理的废气 SO 2 的体积 ( 标 准状况下 ) 。 提示 : 溶液中 H + 转移 0.1 mol, 根据电子守恒可知电路中通过的电子的物质的量 为 0.1 mol 。由阴极电极反应式为 2SO 2 +2e - ==== , 阳极电极反应式为 2H 2 O+SO 2 -2e - ====4H + + , 则阴阳两极共处理标准状况下 SO 2 废气 (0.1+ 0.05) mol×22.4 L·mol -1 =3.36 L 。 (2)CO 2 气体是引起温室效应和气候变暖的主要物质。 ① Journal of Energy Chemistry 报道我国科学家设计 CO 2 熔盐捕获与转化装置如图。 判断 a 、 d 电极的名称 , 并写出电极反应式。 提示 : 根据图示可以得出 d 电极上发生 转化为 C 的反应 , 根据化合价可以判 断发生的是得电子的还原反应 , 因此电极 d 为阴极 , 电极反应式为 +4e - ==== C+3O 2- ; 则电极 a 为阳极 , 根据图示可以判断电极反应式为 2 -4e - ==== 4CO 2 +O 2 。 ② 溶于海水的 CO 2 主要以 4 种无机碳形式存在 , 其中 占 95%, 利用图示装置从 海水中提取 CO 2 , 有利于减少环境温室气体含量。 分析 b 室中的海水 pH 变化的原因。 提示 : a 室为电解池的阳极室 , 发生的电极反应为 2H 2 O-4e - ====O 2 ↑+4H + , 产生的 H + 通过阳离子交换膜进入 b 室 , 与主要含碳粒子 ( ) 发生反应 +H + ====H 2 O +CO 2 ↑, 的浓度减小 , 从而导致 pH 减小。 (3) 重铬酸钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 是一种强氧化剂 , 可用于检测酒驾中酒精的含量 , 电化学制备 K 2 Cr 2 O 7 的装置如图所示 , 其中 a 、 b 均为石墨电极。 ① 结合化学用语分析制备重铬酸钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 的化学原理。 提示 : 根据图示和电解原理可知 b 极上发生的电极反应为 2H 2 O-4e - ====4H + +O 2 ↑, 产生的 H + 在 b 极区附近与 发生反应 2 +2H + ==== +H 2 O 。 ② 若将 K + 交换膜换为阴离子交换膜 , 会造成什么影响 ? 提示 : 将 K + 交换膜换为阴离子交换膜 , 将会使阴极室的 OH - 进入阳极室 , 从而降低阳极室的酸性 , 导致重铬酸钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 的产率降低 , 同时会引入杂质 KOH 。 (4) 三氧化二镍 (Ni 2 O 3 ) 可用于制造高能电池元件。电解法制备过程如下 : 用 NaOH 溶液将 NiCl 2 溶液的 pH 调至 7.5, 加入适量硫酸钠固体后进行电解。电解过程中产生的 Cl 2 在弱碱性条件下生成 ClO - , 把二价镍 ( 可简单写成 Ni 2+ ) 氧化为 Ni 3+ , 再将 Ni 3+ 经一系列反应后转化为 Ni 2 O 3 。电解装置如图所示。 分析加入适量硫酸钠固体的作用。 提示 : 硫酸钠是一种强电解质 , 向其中加入硫酸钠 , 能使溶液中的离子浓度增大 , 从而增强溶液的导电能力。 (5) 三室式电渗析法处理含 NH 4 NO 3 废水的原理如图所示 , 在直流电场的作用下 , 两膜中间的 和 可通过离子交换膜 , 而两端隔室中离子被阻挡不能进 入中间隔室。工作一段时间后 , 在两极区均得到副产品 NH 4 NO 3 。 ① 判断 c 膜和 d 膜分别是阴离子交换膜还是阳离子交换膜 ? 提示 : 结合题图装置可知 , 工作一段时间后 , 在两极区均得到副产品 NH 4 NO 3 , 则 Ⅱ 室中的阳离子 、 H + 向 Ⅰ 室移动与 Ⅰ 室中的稀硝酸反应生成了硝酸铵 , 则 c 膜 为阳离子交换膜 ,Ⅰ 室中石墨为电解池阴极 ,a 为电源负极 , 阴极电极反应式为 2H 2 O+2e - ====H 2 ↑+2OH - ;Ⅱ 室中的阴离子 、 OH - 向 Ⅲ 室移动与 Ⅲ 室中的稀 氨水反应生成硝酸铵 , 则 d 膜为阴离子交换膜。 ② 在相同条件下 Ⅰ 室和 Ⅲ 室产生的气体体积比是多少 ? 提示 : Ⅰ 室为电解池的阴极室 , 电极反应为 2H 2 O+2e - ====H 2 ↑+2OH - ;Ⅲ 室为阳极室 , 电极反应为 2H 2 O-4e - ====O 2 ↑+4H + , 根据电子守恒可判断 , 相同条件下两室气体的体积比为 2∶1 。 (6) 氢能源是最具应用前景的能源之一 , 高纯氢的制备是目前的研究热点。 某科研小组利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢 , 工作示意图如下。通过控制开关 K 连接 K 1 或 K 2 , 可交替得到 H 2 和 O 2 。 ① 分析制取 H 2 和 O 2 时开关 K 的连接方式 , 并写出电极反应式。 提示 : 电解水生成氢气和氧气 , 氧气在阳极生成 , 氢气在阴极生成 , 因此根据图示 , 制取 H 2 开关 K 应连接 K 1 , 电极反应式为 2H 2 O+2e - ====H 2 ↑+2OH - ; 制取 O 2 开关 K 应连接 K 2 , 电极反应式为 2H 2 O-4e - ====O 2 ↑+4H + 。 ② 简要说明此装置中电极 3 的作用。 提示 : 电极 3 可分别连接 K 1 或 K 2 , 制氢气时电极 3 为阳极发生 Ni(OH) 2 -e - +OH - ==== NiOOH+H 2 O, 消耗电极 1 产生的 OH - ; 制氧气时电极 3 为阴极发生 NiOOH+H 2 O+e - ==== Ni(OH) 2 +OH - , 补充电极 2 消耗的 OH - , 实现 NiOOH Ni(OH) 2 的转化 , 且可循环使 用。