資源簡介

1.3 第2課時　電解原理的應(yīng)用
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.通過對電解食鹽水、銅的電解精煉、電鍍等原理的分析,了解電解的應(yīng)用,學(xué)會電極反應(yīng)式的書寫。
2.通過探究電鍍、電解精煉銅的實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)觀察、分析、推理及歸納總結(jié)能力,建立有電極參與反應(yīng)的電解原理的模型,形成科學(xué)的態(tài)度,感受電解的價值。
3.通過練習(xí)學(xué)會電解的有關(guān)計算,建立相關(guān)計算的思維模型,加深對電解原理的理解和應(yīng)用,提升模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。
【自主預(yù)習(xí)】
一、電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
【微點(diǎn)撥】
接通電源后,陰極區(qū)溶液變紅色。原因:H2O電離出的H+放電,水的電離平衡右移,使c(OH-)增大,即陰極區(qū)呈堿性,使酚酞變紅色。
二、銅的電解精煉
1.裝置
2.粗銅成分
(1)主要成分:　　　　。
(2)雜質(zhì)金屬:比銅活潑的有　　　　　等,不如銅活潑的有　　　　　等。
3.電極反應(yīng)
【微點(diǎn)撥】
(1)粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質(zhì),同時間段內(nèi)兩電極改變的質(zhì)量不相等,但兩電極通過的電量相等。
(2)電解過程中,陰離子濃度不變,Cu2+的濃度減小,Fe2+、Zn2+、Ni2+的濃度增大。
三、電鍍
1.定義:應(yīng)用電解原理,在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。
2.目的:增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力、耐磨性能或改善金屬制品的外觀。
3.根據(jù)電解原理,設(shè)計在鐵釘上鍍銅的實(shí)驗(yàn)方案
電 鍍 原 理 陽極: Cu-2e-Cu2+ 陰極: Cu2++2e-Cu 電 鍍 方 案 電極材料 陽極:銅片 陰極:鐵釘
電鍍液 CuSO4溶液
鍍件 鐵釘
【微點(diǎn)撥】
電鍍的特點(diǎn):“一多、一少、一不變”。
(1)一多:指陰極上有鍍層金屬沉積;
(2)一少:指陽極上有鍍層金屬溶解;
(3)一不變:指電鍍后,電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。
四、釩液流電池
以全釩液流電池為例,酸性溶液中釩通常以V2+、V3+、VO2+、V等形式存在。充電時,VO2+在陽極被氧化為V,V3+在陰極被還原為V2+。以液流電池為代表的電化學(xué)儲能技術(shù)可為可再生能源發(fā)電提供有力的支持,緩沖晝夜、季節(jié)的用電變化對電網(wǎng)的影響。
【參考答案】一、2Cl--2e-Cl2↑　2H++2e-H2↑
2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH　2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
二、2.(1)Cu　(2)Zn、Fe、Ni　Ag、Pt、Au　3.Cu(粗銅)-2e-Cu2+　Ag、Pt、Au　Cu2++2e-Cu(精銅)
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)氯堿工業(yè)中,陽極區(qū)產(chǎn)生H2和NaOH。 (　　)
(2)精煉銅裝置中,粗銅作陰極,精銅作陽極。 (　　)
(3)精煉銅過程中,電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)不變。 (　　)
(4)電鍍裝置中,鍍件作陰極,待鍍金屬作陽極。 (　　)
(5)電鍍過程中,電解質(zhì)溶液的濃度減小。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
2.以惰性電極分別電解熔融氯化鈉和氯化鈉溶液時,電極反應(yīng)有何差異 寫出有關(guān)電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。
【答案】兩者陰極反應(yīng)不同。電解熔融氯化鈉時,陰極反應(yīng)為2Na++2e-2Na,總反應(yīng)為2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑;電解食鹽水時,陰極反應(yīng)為2H++2e-H2↑,總反應(yīng)為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。
3.電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)為什么叫作氯堿工業(yè) 在什么裝置中進(jìn)行
【答案】燒堿、氯氣都是重要的化工原料,習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫作氯堿工業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)中,這個反應(yīng)在離子交換膜電解槽中進(jìn)行。
【合作探究】
任務(wù)1：電解在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用
情境導(dǎo)入　工業(yè)上用電解飽和氯化鈉溶液的方法來制取氫氧化鈉(NaOH)、氯氣(Cl2)和氫氣(H2),并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱為氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一,它的產(chǎn)品除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外,還廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)以及石油化學(xué)工業(yè)。氯堿工業(yè)主要有隔膜法、離子交換膜法等工藝。
【實(shí)驗(yàn)探究】
電解飽和食鹽水
電解飽和食鹽水原理示意圖 符號表征
陽極反應(yīng) 2Cl--2e-Cl2↑
陰極反應(yīng) 2H2O+2e-H2↑+2OH-
總反應(yīng)離子方程式 2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
總反應(yīng)化學(xué)方程式 2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
(1)氯化鈉溶液中存在哪些離子
【答案】Na+、Cl-、H+、OH-。
(2)氫氧化鈉在哪極區(qū)生成
【答案】氫氧化鈉在陰極區(qū)生成。
(3)如何檢驗(yàn)陽極產(chǎn)物
【答案】陽極產(chǎn)物是Cl2,可以用濕潤的KI-淀粉試紙檢驗(yàn),現(xiàn)象為試紙先變藍(lán)色后褪色。
(4)理論上講,陰極室加入純水即可,但在實(shí)際生產(chǎn)中,純水中要加入少量NaOH溶液,為什么
【答案】增強(qiáng)導(dǎo)電性,提高電解效率,且不影響NaOH的純度。
(5)離子交換膜有什么作用 如何分類
【答案】一種選擇性透過膜,允許相應(yīng)離子通過,不允許其他離子及氣體分子通過。常見種類有陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜。
(6)根據(jù)電解飽和食鹽水原理示意圖,判斷裝置中的離子交換膜是陽離子交換膜還是陰離子交換膜。
【答案】陽離子交換膜,原因是右側(cè)為陰極區(qū),根據(jù)箭頭方向,應(yīng)該是陽離子向陰極區(qū)移動。
(7)氯堿工業(yè)在生產(chǎn)過程中必須把陽極室和陰極室用離子交換膜隔開,原因是什么
【答案】①從安全的角度:可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸;②從產(chǎn)品純度的角度:避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的純度。
【核心歸納】
氯堿工業(yè)生產(chǎn)法——離子交換膜法
(1)離子交換膜電解槽的組成
由陽極(金屬鈦網(wǎng))、陰極(碳鋼網(wǎng))、離子交換膜、電解槽和導(dǎo)電銅棒等組成,每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示一個單元槽的示意圖。
特別提醒:離子交換膜法制燒堿的生產(chǎn)流程重在掌握化學(xué)反應(yīng)原理,對生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)細(xì)節(jié)不做過多要求。
(2)陽離子交換膜的作用
電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ),能制得氯氣、氫氣、氫氧化鈉等重要的化工原料。電解過程中,在電場的作用下,陽離子向陰極移動,而陰離子向陽極移動。由于氯離子在陽極失去電子生成氯氣,若不采取措施,氫氧根離子會向陽極移動,從而與氯氣發(fā)生反應(yīng),既減少了氯氣的產(chǎn)量,又會使得到的氫氧化鈉不純。因此,必須阻止氫氧根離子向陽極移動。
目前,常用的隔膜有石棉隔膜和陽離子交換膜。石棉隔膜能阻止氣體通過,但允許水分子及離子通過。由于氫氧根離子能透過隔膜,因此氯氣會與氫氧根離子發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致制得的氫氧化鈉不純。陽離子交換膜只允許陽離子通過,而不允許陰離子及氣體通過,也就是說,只允許鈉離子通過,氯離子、氫氧根離子和氫氣、氯氣均不能通過。這樣既可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣相混合,在一定條件下引起爆炸,又能避免氯氣與氫氧化鈉作用生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量。
(3)原料的精制
①粗鹽的成分:粗鹽中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、S等雜質(zhì),不符合電解要求,因此必須經(jīng)過精制。
②雜質(zhì)的危害:Ca2+、Mg2+、Fe3+等金屬離子在堿性環(huán)境中會產(chǎn)生沉淀,損壞離子交換膜,此外,雜質(zhì)的存在會使得到的產(chǎn)品不純。
③除雜質(zhì)的過程:粗鹽水依次加入過量BaCl2(除去S)、過量NaOH(除去Mg2+、Fe3+)、過量Na2CO3(除Ca2+和過量Ba2+),過濾(除去泥沙及沉淀),加入適量HCl(除OH-、C)。
④除雜質(zhì)時所加試劑的順序要求:a.Na2CO3必須在BaCl2之后;b.加鹽酸在過濾之后。
⑤試劑加入順序有多種選擇,如:a.BaCl2、NaOH、Na2CO3、過濾、HCl;b.BaCl2、Na2CO3、NaOH、過濾、HCl;c.NaOH、BaCl2、Na2CO3、過濾、HCl。
【典型例題】
【例1】下列關(guān)于用惰性電極電解NaCl水溶液的敘述正確的是(　　)。
A.若在陰極附近的溶液中滴入石蕊溶液,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.電解一段時間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?br/>【答案】B
【解析】電解食鹽水時,陽極:2Cl--2e-Cl2↑,陰極:2H2O+2e-H2↑+2OH-,總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。陰極附近溶液呈堿性,滴入石蕊溶液,溶液變藍(lán),A項(xiàng)錯誤。陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后發(fā)生反應(yīng)Cl2+2I-I2+2Cl-,溶液呈棕色,B項(xiàng)正確。陰極上是H2O電離產(chǎn)生的H+放電產(chǎn)生H2,不是Na+放電生成鈉,C項(xiàng)錯誤。電解后生成NaOH,溶液呈堿性,D項(xiàng)錯誤。
【例2】氯堿工業(yè)用離子交換膜法電解飽和食鹽水,裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)。
A.a為陽極,Cl-發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣
B.b極的電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.電解時,Na+穿過離子交換膜進(jìn)入陰極室
D.飽和食鹽水從c處進(jìn)入,淡鹽水從e處流出
【答案】D
【解析】A項(xiàng),a和電源的正極相連,為陽極,溶液中的Cl-在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣,正確;B項(xiàng),b為陰極,溶液中水電離出來的H+得到電子生成氫氣,電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-,正確;C項(xiàng),離子交換膜為陽離子交換膜,電解時,陽離子移向陰極,所以Na+穿過離子交換膜進(jìn)入陰極室,正確;D項(xiàng),由于溶液中的Cl-在陽極放電,所以飽和食鹽水從c處進(jìn)入陽極室,Cl-放電生成氯氣逸出,Na+穿過離子交換膜進(jìn)入陰極室,所以淡鹽水從d處流出,錯誤。
任務(wù)2：電解在電鍍、精煉銅中的應(yīng)用
情境導(dǎo)入　電鍍時,鍍層金屬或其他不溶性材料作陽極,待鍍的工件作陰極,鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其他陽離子的干擾,且使鍍層均勻、牢固,需用含鍍層金屬陽離子的溶液作電鍍液,以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層,改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬),增加硬度,防止磨耗,提高導(dǎo)電性、光滑性、耐熱性和表面美觀。
問題生成
1.請你設(shè)計一個實(shí)驗(yàn):在鐵鑰匙表面鍍上一層銅。指出陰極、陽極材料和電解質(zhì)溶液,寫出電極反應(yīng),并畫出裝置示意圖,敘述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
【答案】陽極材料:銅片;陰極材料:鐵鑰匙;電解質(zhì)溶液:CuSO4溶液。陽極反應(yīng):Cu-2e-Cu2+;陰極反應(yīng):Cu2++2e-Cu。裝置示意圖如下:
現(xiàn)象:銅片不斷溶解,鐵鑰匙表面鍍上一層紅色物質(zhì)。
2.電鍍時,若用鍍層金屬作陽極材料,電鍍液中的陽離子濃度是否會發(fā)生明顯的變化
【答案】不會;因?yàn)殛枠O上生成陽離子的物質(zhì)的量與陰極上消耗陽離子的物質(zhì)的量相等,所以溶液中陽離子濃度不會發(fā)生明顯變化。
3.為了使鍍層厚度均勻、光滑致密、與鍍件的附著力強(qiáng),通常可采取哪些措施
【答案】用鍍層金屬作陽極,及時補(bǔ)充溶液中的離子,使溶液中離子濃度保持不變,從而使電鍍的速率保持不變,使鍍層厚度均勻;適當(dāng)降低電鍍時直流電源的電壓;在電鍍液中加入少量的表面活性劑;鍍件表面要潔凈、平整等。
4.什么是電解精煉銅
【答案】粗銅中含有一些雜質(zhì),利用電解原理,把粗銅(含 Zn、Ag、Au等雜質(zhì))作陽極,使其中失電子能力比Cu強(qiáng)的金屬失電子形成金屬陽離子溶解,失電子能力比Cu弱的金屬難以在陽極溶解,它們會以單質(zhì)的形式沉積在精煉池底,形成“陽極泥”,從而達(dá)到Cu與雜質(zhì)分離的目的。
5.精煉銅電解池是如何構(gòu)成的
【答案】陽極:粗銅(含鋅、銀、金等雜質(zhì));陰極:純銅;電解質(zhì)溶液:CuSO4溶液。
【核心歸納】
電鍍與電解精煉銅的比較
電鍍(以鐵上鍍銅為例) 電解精煉銅
概念 電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法 運(yùn)用電解的方法將粗銅提煉為純銅
主要目的 使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增大表面硬度等 將粗銅提煉為純銅
示意圖
陽極 鍍層金屬 粗銅
陰極 待鍍金屬 純銅
電解質(zhì) 含鍍層金屬陽離子 CuSO4溶液
陽極 Cu-2e-Cu2+ Zn-2e-Zn2+,比銅活潑的金屬雜質(zhì)以陽離子形式殘留在溶液中;Cu-2e-Cu2+,不如銅活潑的金屬雜質(zhì)形成陽極泥
陰極 Cu2++2e-Cu Cu2++2e-Cu
電解質(zhì)溶液的濃度變化 CuSO4溶液的濃度不變 CuSO4溶液的濃度減小
【典型例題】
【例3】利用如圖所示裝置可以在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說法正確的是(　　)。
A.通電后,Ag+向陽極移動
B.銀片與電源負(fù)極相連
C.該電解池的陰極反應(yīng)為Ag++e-Ag
D.當(dāng)電鍍一段時間后,將電源反接,銅牌可恢復(fù)如初
【答案】C
【解析】銅牌上鍍銀,銀片為陽極,Ag+向陰極移動,陰極反應(yīng)為Ag++e-Ag。由于實(shí)驗(yàn)中鍍層不可能非常均勻致密,所以將電源反接,陽極上Cu、Ag均會溶解,銅牌不可能恢復(fù)如初。
【例4】電解法將粗銅(含Zn、Fe、Ag、Pt等雜質(zhì))精煉純銅的裝置圖如圖所示,下列敘述中錯誤的是(　　)。
A.a是粗銅,作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)
B.電解時,b極上的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu
C.電解時,外電路每通過0.2 mol電子,陽極上減少的Cu為6.4 g
D.電解后,電解槽底部的陽極泥中含有少量Ag、Pt等金屬
【答案】C
【解析】電解精煉粗銅時,粗銅作陽極、純銅作陰極,即a是粗銅,作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),A項(xiàng)正確;純銅連接電源的負(fù)極,作陰極,陰極發(fā)生還原反應(yīng),b極上的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,B項(xiàng)正確;粗銅作陽極,陽極連接電源正極,銅、鐵、鋅等失電子發(fā)生氧化反應(yīng),陽極反應(yīng)為Cu-2e-Cu2+,Fe-2e-Fe2+,Zn-2e-Zn2+,故電解時,外電路每通過0.2 mol 電子,陽極上減少的Cu的質(zhì)量小于6.4 g,C項(xiàng)錯誤;電解后,電解槽底部會形成含有少量Ag、Pt等金屬的陽極泥,D項(xiàng)正確。
任務(wù)3：有關(guān)電化學(xué)的計算
【實(shí)驗(yàn)探究】
(1)用石墨電極電解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液,通電一段時間后,兩極均收集到2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體,原混合溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為多少
【答案】陰極反應(yīng):首先Cu2++2e-Cu,然后2H++2e-H2↑;陽極反應(yīng):4OH--4e-2H2O+O2↑。陰極上收集到H2,說明Cu2+已完全放電,根據(jù)電子守恒,陰極上Cu2+、H+得電子總數(shù)應(yīng)等于OH-失電子總數(shù)。析出0.1 mol H2獲得0.2 mol電子,析出0.1 mol O2失去0.4 mol電子,所以有0.1 mol Cu2+放電,獲得0.2 mol電子,c(Cu2+)==1 mol·L-1。
(2)將兩個分別裝有Na2SO4、CuCl2溶液的電解池串聯(lián)在一起,均用惰性電極進(jìn)行電解,電解一段時間后,試比較電極產(chǎn)物H2、O2、Cl2、Cu之間物質(zhì)的量的關(guān)系。
【答案】根據(jù)得失電子守恒及元素的化合價可得出電極產(chǎn)物物質(zhì)的量的關(guān)系式為2H2~O2~2Cl2~2Cu~4e-,物質(zhì)的量之比為2∶1∶2∶2。
【核心歸納】
電化學(xué)計算常用的三種方法
(1)根據(jù)總反應(yīng)計算
先寫出電極反應(yīng),再寫出總反應(yīng),最后根據(jù)總反應(yīng)列出比例式計算。
(2)根據(jù)電子守恒計算
①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算,其依據(jù)是電路中通過的電子數(shù)相等。
②用于混合溶液中電解的分階段計算。
(3)根據(jù)關(guān)系式計算
根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。
通過4mol e-為基準(zhǔn)可構(gòu)建如下電極產(chǎn)物之間的關(guān)系式:
【典型例題】
【例5】用石墨作電極電解500 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液,當(dāng)通電一段時間后,兩極均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),假定電解后溶液體積仍為500 mL,下列說法正確的是(　　)。
A.陽極析出0.1 mol Cu
B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子
C.往電解后得到的溶液加入0.1 mol CuO可恢復(fù)原來的濃度
D.電解后溶液中c(H+)為0.4 mol·L-1
【答案】D
【解析】石墨作電極,陽極的電極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+,陰極的電極反應(yīng)先后為Cu2++2e-Cu、2H2O+2e-2OH-+H2↑,根據(jù)兩極均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),即生成了0.1 mol H2和0.1 mol O2可知,電解過程中轉(zhuǎn)移0.4 mol電子,同時陰極析出0.1 mol Cu,A、B兩項(xiàng)錯誤;電解過程中既析出了0.1 mol Cu又生成了0.1 mol H2和0.1 mol O2,需要往電解后得到的溶液加入0.1 mol Cu(OH)2可恢復(fù)原來的濃度,C項(xiàng)錯誤;電解過程中轉(zhuǎn)移0.4 mol電子,根據(jù)陽極反應(yīng)可知,生成0.4 mol H+,陰極消耗0.2 mol H+,電解后溶液體積仍為500 mL,則電解后溶液中c(H+)為0.4 mol·L-1,D項(xiàng)正確。
【例6】如圖所示的裝置中,若通入直流電5 min時,銅電極質(zhì)量增加2.16 g,試回答:
(1)電源電極X的名稱為　　　　。
(2)pH變化:A　　　　(填“增大”、“減小”或“不變,下同),B　　　　,C　　　　。
(3)通電5 min后,B中共收集224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),溶液體積為200 mL,則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為　　　　(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
(4)若A中KCl溶液的體積也是200 mL,電解后,溶液中OH-的物質(zhì)的量濃度為　　　　　(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
【答案】(1)負(fù)極　(2)增大　減小　不變
(3)0.025 mol·L-1　(4)0.1 mol·L-1
【解析】(1)銅電極質(zhì)量增加,則Cu電極發(fā)生的電極反應(yīng)為Ag++e-Ag,則X為電源負(fù)極。
(2)A中電解KCl溶液得到KOH溶液,溶液由中性變?yōu)閴A性,pH增大;B中電解硫酸銅溶液生成硫酸,溶液中氫離子濃度增大,pH減小;C中陰極反應(yīng)為Ag++e-Ag,陽極反應(yīng)為Ag-e-Ag+,溶液濃度不變,則pH不變。
(3)C中陰極(Cu電極)反應(yīng)為Ag++e-Ag,n(Ag)= mol=0.02 mol,則轉(zhuǎn)移的電子為0.02 mol,B中陽極發(fā)生反應(yīng)為4OH--4e-2H2O+O2↑,則轉(zhuǎn)移0.02 mol電子生成氧氣為0.005 mol,其體積為0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L,即112 mL,則在陰極也生成112 mL氣體,陰極反應(yīng)2H++2e-H2↑,則氫氣的物質(zhì)的量為0.005 mol,該反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子為0.01 mol,則Cu2++2e-Cu中轉(zhuǎn)移0.01 mol電子,所以Cu2+的物質(zhì)的量為0.005 mol,通電前c(CuSO4)==0.025 mol·L-1。
(4)由A中發(fā)生2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑~2e-和電子守恒可知,轉(zhuǎn)移0.02 mol電子時生成0.02 mol KOH,忽略溶液體積的變化,則c(OH-)==0.1 mol·L-1。
方法技巧：電解過程中相關(guān)物理量的計算步驟
(1)根據(jù)與電源的連接情況或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象,準(zhǔn)確判斷電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的類型和電極名稱。
(2)準(zhǔn)確寫出電極反應(yīng)。
(3)根據(jù)題目所給條件和所要求解的問題,使用上述合適的方法建立等量關(guān)系求解。
【隨堂檢測】
課堂基礎(chǔ)
1.某同學(xué)設(shè)計了一個“黑筆寫紅字”的趣味實(shí)驗(yàn)。濾紙先用氯化鈉、無色酚酞的混合液浸濕,然后平鋪在一塊鉑片上,接通電源后,用鉛筆在濾紙上寫字,會出現(xiàn)紅色字跡。下列敘述中正確的是(　　)。
A.鉛筆端作陽極,發(fā)生還原反應(yīng)
B.鉑片端作陰極,發(fā)生氧化反應(yīng)
C.鉛筆端有少量的氯氣產(chǎn)生
D.a端是負(fù)極,b端是正極
【答案】D
【解析】由題中信息可知,當(dāng)鉛筆接觸到濾紙時,酚酞就會變紅,說明此處呈堿性,鉛筆作陰極,溶液中的H+放電,陰極區(qū)呈堿性,a端是負(fù)極,b端是正極。
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.電解時以精銅作陽極
B.電解時陰極發(fā)生氧化反應(yīng)
C.粗銅連接電源負(fù)極,其電極反應(yīng)是Cu-2e-Cu2+
D.電解后,電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥
【答案】D
【解析】電解法精煉銅時,粗銅作陽極,精銅作陰極,A項(xiàng)錯誤;電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)錯誤;電解法精煉銅時,粗銅作陽極,連接電源正極,C項(xiàng)錯誤;Cu比Ag、Pt活潑,故Ag、Pt在陽極比Cu難失去電子,因此不能溶解進(jìn)入溶液,最終以陽極泥的形式沉淀出來,D項(xiàng)正確。
3.A、B兩個電解池中的電極均為鉑,在A池中加入0.05 mol·L-1 CuCl2溶液,B池中加入0.1 mol·L-1AgNO3溶液,進(jìn)行電解(所加物質(zhì)均足量)。a、b、c、d四個電極上所析出或逸出的物質(zhì)的物質(zhì)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
【答案】A
【解析】由電解規(guī)律可知,a、c為陰極,b、d為陽極。a極上析出Cu,b極上逸出Cl2,c極上析出Ag,d極上逸出O2。由電子守恒可得2e-~Cu~Cl2~2Ag~O2,所以a、b、c、d四個電極上所析出或逸出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶1∶2∶=2∶2∶4∶1。
對接高考
4.(2022·重慶卷,12)硝酮是重要的有機(jī)合成中間體,可采用“成對間接電氧化”法合成。電解槽中水溶液的主要成分及反應(yīng)過程如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)。
A.惰性電極2為陽極
B.反應(yīng)前后W/W數(shù)量不變
C.消耗1 mol氧氣,可得到1 mol硝酮
D.外電路通過1 mol電子,可得到1 mol H2O
【答案】C
【解析】惰性電極2,Br-被氧化為Br2,惰性電極2為陽極,A項(xiàng)正確;W/W循環(huán)反應(yīng),反應(yīng)前后W/W數(shù)量不變,B項(xiàng)正確;總反應(yīng)為氧氣把二丁基-N-羥基胺氧化為硝酮,1 mol二丁基-N-羥基胺失去2 mol H原子生成1 mol硝酮,氧氣最終生成H2O,根據(jù)氧原子守恒,消耗1 mol氧氣,可得到2 mol硝酮,C項(xiàng)錯誤;外電路通過1 mol電子,生成0.5 mol H2O2,H2O2最終生成H2O,根據(jù)氧原子守恒,可得到1 mol H2O,D項(xiàng)正確。
5.(2023·浙江1月選考,11)在熔融鹽體系中,通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi),電解裝置如圖,下列說法正確的是(　　)。
A.石墨電極為陰極,發(fā)生氧化反應(yīng)
B.電極A的電極反應(yīng):8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2O
C.該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應(yīng)
D.電解時,陽離子向石墨電極移動
【答案】C
【解析】在外加電源下石墨電極上C轉(zhuǎn)化為CO,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),為陽極,A項(xiàng)錯誤;電極A的電極反應(yīng)為TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,B項(xiàng)錯誤;根據(jù)圖中信息可知,該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應(yīng),C項(xiàng)正確;電解池中石墨電極為陽極,陽離子向陰極(電極A)移動,D項(xiàng)錯誤。
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