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1、高考总复习 电解应用编稿：房鑫 审稿:张灿丽【考纲要求】1巩固电解池的工作原理和电解规律。2了解电解原理在氯碱工业、电镀、电冶金属等方面的应用。【考点梳理】考点一：氯碱工业1定义工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。2电解饱和食盐水（1）反应原理 饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl、H+、OH四种离子。电极反应式：阴极：2H+2e=H2（还原反应）；阳极：2Cl2e=Cl2（氧化反应）。电解总化学方程式： （2）实验简易装置 如图所示在烧杯里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液。用导线把铁钉、石墨捧、电流表接在直流电源上。
2、观察现象，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。 （3）实验现象 阳极（石墨棒）上有气泡逸出、该气体呈黄绿色，有刺激性气味，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；石墨棒附近的溶液由无色变为黄绿色。阴极（铁钉）上逸出气体，该气体无色、无味；阴极附近的溶液由无色先后变为浅红色、红色，且红色区域逐渐扩大。要点诠释：阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OH离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于KW为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致c(OH)增大，使酚酞试液变红）。湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。3生产过程
3、（1）NaCl溶液的精制 粗盐中含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等杂质，会影响NaCl溶液的电解。精制食盐水时经常加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，使杂质成为沉淀，过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。 粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等）加入NaOH，除去Mg2+、Fe3+加入BaCl2，除去SO42加入Na2CO3，除去Ca2+及过量的Ba2+，过滤加入盐酸，除去过量的CO32和OH加热除去CO2，调整pH阳离子交换塔精制盐水要点诠释：除杂质时所加试剂的顺序要求是：Na2CO3必须在BaCl2之后，以除去Ca2+和前面引入的Ba2+等；过滤之后再向
4、滤液中加入盐酸，以免沉淀重新溶解。试剂加入顺序有多种选择，如：BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl；BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。（2）生产装置 要点诠释：阳离子交换膜的特点 阳离子交换膜只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和分子（Cl2）通过，这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量，还能极大地降低碱液中NaCl的含量。考点二：铜的电解精炼装置示意图阳极反应式Zn2e=Zn2+、Ni2e=Ni2+、Fe2e= Fe 2+、Cu2e=Cu2+阴
5、极反应式Cu2+2e=Cu要点诠释：粗铜作阳极，接电源正极；纯铜作阴极，接电源负极，用CuSO4溶液作电解液。Cu和比Cu活泼的杂质Zn、Fe、Ni等均失去电子变成相应的离子留在电解液中；较Cu不活泼的Ag、Au等杂质沉积在电解槽底，形成阳极泥。长时间电解，电解质溶液需要定时补充考点三：电镀（如铁件镀铜）电镀液：含Cu2+（镀层金属离子）的盐溶液（如CuSO4溶液）阳极（Cu）：Cu2e=Cu2+阴极（铁件）：Cu2+2e=Cu 要点诠释：（1）电镀铜和精炼铜的原理是一致的，但阴、阳两极材料略有差别：精炼铜时，粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。电镀铜时，
6、镀层金属(铜片)作阳极，待镀件(铁片) 与直流电源的负极相连作阴极，用含有镀层金属离子的电解质(CuSO4)配成电镀液。（2）电镀就是金属Cu的“搬家”，所以，电镀前后，电解质CuSO4溶液的浓度基本不变。电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。考点四：电解冶炼活泼金属一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。电解熔融的电解质，可冶炼活泼金属（如K、Na、Ca、Mg、Al等）。冶炼原理：金属阳离子在阴极上得到电子而被还原。1、钠的冶炼原料：NaCl 阴极
7、材料：不锈钢阳极材料：石墨电极反应： 阴极： 2Na+2e= 2Na 阳极： 2Cl2eCl2 总方程式：2、镁的冶炼原料：MgCl2阴极材料：不锈钢阳极材料：石墨电极反应： 阴极： Mg2+2e= Mg 阳极： 2Cl2eCl2 总方程式： 3、铝的冶炼1000成为共熔体、节约能源Al2O3熔点很高2045冰晶石(Na3AlF6)作熔剂电离：Al2O3（熔融） 2Al33O2电极方程式：阳极（石墨C）： 6O212e = 3O2阴极(不锈钢Fe）：4Al3+12e = 4Al电解方程式：阳极副反应 CO2 = CO2 需补充碳块【典型例题】类型一：氯碱工业例1、氯碱厂电解饱和食盐水制取NaO
8、H的工艺流程示意图如下图所示。依据下图完成下列填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为_ ，与电源负极相连的电极附近，溶液pH_。（选填“不变”、“升高”、或“下降”）（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为_ ，_ 。（3）如果粗盐中SO42含量较高，必须添加钡试剂除去SO42，该钡试剂可以是_。ABa(OH)2 BBa(NO3)2 CBaCl2(4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42，加入试剂的合理顺序为_。A先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C先加钡试剂，后加NaOH，
9、再加Na2CO3(5)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为_ 。【答案】(1)2Cl2eCl2，升高(2)Ca2+CO32=CaCO3，Mg2+2OH=Mg(OH)2(3)A C(4)B C(5) Cl2十2NaOH=NaCl十NaClO十H2O【解析】电解NaCl溶液时，在与电源正极相连的电极上(阳极)，Cl失去电子生成Cl2：2Cl2e=Cl2；在与电源负极相连的电极(阴极)发生的反应为2H+十2e=H2，消耗H+，产生OH，所以附近的pH上升。工业食盐
10、中含有较多的Ca2+、Mg2+杂质，可以用试剂NaOH、Na2CO3除去，所以离子反应式为Ca2+CO32CaCO3，Mg2+2OH=Mg(OH)2，如果含有SO42，则可加Ba2+形成BaSO4白色沉淀。由于不能引进其他阴离子，所以钡试剂只能用BaCl2或Ba(OH)2。为了有效除去Mg2+、Ca2+和SO42，必须先加钡试剂或NaOH，最后加入Na2CO3溶液，如果先加入Na2CO3溶液，后加BaCl2或Ba(OH)2，则多余Ba2+无法除去。经过一段时间的电解，NaCl溶液浓度在下降，NaOH溶液浓度在上升。当NaOH溶液质量分数变成10，NaCl溶液质量分数变成16时，停止电解，电解液
11、加热蒸发，由于NaOH的溶解度大于NaCl，冷却后经过滤可得NaCl固体，NaCl可循环使用。若在电解过程中，不使用隔膜，则在阳极区生成的氯气与阴极区生成的NaOH溶液混合，发生反应，其反应式为Cl2十2NaOH=NaCl十NaClO十H2O。连同电解时发生的反应 ，两步反应可合并成 。举一反三：【高清课堂：399168 例4】【变式1】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【答案】A【变式2】下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是（）。A精制饱和食盐水进入阳极
12、室B纯水（加少量NaOH）进入阴极室C阴极产物为氢氧化钠和氢气D电解槽的阳极用金属铁网制成【答案】D【解析】用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水时，C1在阳极放电，H2O电离出的H+在阴极放电，因此食盐水和纯水分别进入阳极室和阴极室，A、B对；在阴极H+放电，生成H2的同时，产生大量OH,故H2和NaOH为阴极产物，C项对；电解槽的阳极材料用金属钛网制成（一种惰性材料），不能用非惰性材料铁网，D错。【变式3】电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题： （1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同
13、时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：电解池中X极上的电极反应式为_，在X极附近观察到的现象是_。Y电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则（说明：杂质发生的电极反应不必写出）：X电极的材料是_，电极反应式是_；Y电极的材料是_，电极反应式是_。【答案】（1）2H+2e=H2 放出气体，溶液变红2Cl2e=Cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色（2）纯铜 Cu2+2e=Cu 粗铜 Cu2e=Cu2+类型二：金属的电解精炼例2下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（）。A粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4
14、溶液作电解液B电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2+2e-CuC粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥D电解铜的纯度可达99.95%99.98%【答案】C【解析】精炼某金属，含杂质金属应作阳极，纯单质作阴极，含该种金属元素的离子作电解液，金属活动性在Cu后面的金属杂质形成阳极泥，活动性在Cu前面的金属先放电进入溶液但其阳离子不放电，从而将该金属与杂质分离。举一反三：【高清课堂：399168例5】【变式1】下列关于铜电极的叙述正确的是A铜锌原电池中铜作负极 B在铁制品上电镀铜时，用铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱时，用铜作阳极 D电解法精炼铜时，
15、粗铜连接电源的正极【答案】D【变式2】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt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Fe2+Ni2+Cu2+）（ ）。 A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2e=Ni B电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 【答案】D【解析】阳极应发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知，阳极反应为：Zn2e=Zn2+，Fe2e=Fe2+。Ni2e=Ni2+，Cu、
16、Pt在该条件下不失电子，形成阳极泥。阴极反应为：Ni2+2e=Ni，Zn2+、Fe2+在该条件下不得电子。比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni相对原子质量不等，当两电极通过电量相等时，阳极减少质量与阴极增加质量不等。类型三：电镀（如铁件镀锌）例3在铁制品上镀一定厚度的锌层，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，溶液中含有锌离子【答案】A【解析】在铁制品上镀锌，即要求锌作阳极，镀件铁为阴极，电解质溶液中含锌离子。阳极Zn放电生成Zn2+进入溶液补充由于在阴极放电而消
17、耗的Zn2+，Zn2+在阳极铁（镀件）上析出。举一反三：【变式1】若在铁片上镀铜，以下叙述中错误的是（ ）A可把铁片与电源的正极相连B电解质必须用含有铜离子的可溶性盐C铜极发生氧化反应D铁极的电极反应式为Cu2+2e=Cu 【答案】A类型四：冶炼活泼金属例4下列金属冶炼的反应原理，错误的是（ ）A2NaCl(熔融)2Na+Cl2 BMgO+H2Mg+H2OCFe3O4+4CO3Fe+4CO2D2HgO2Hg+O2【答案】B【解析】根据金属活动性强弱顺序，不同金属冶炼方法为：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法物理提
18、炼法 举一反三：【变式1】铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答： （1）工业冶炼铝的化学方程式是_。 （2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_ （3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。 该电解槽的阳极反应式是。 通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_ 除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口_（填“A”或“B”）导出。 【答案】（1）2Al2O34Al+3O2 （2）2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2 （3）4OH4e=2H2O+O2 H+放电，促进水的电离，OH浓度增大 B 【解析】离子交换膜法电解提纯KOH时，阳极反应为：4OH4e=2H2O+O2，阴极反应为：4H2O+4e=4OH+2H2。电解过程中阳极附近的K+通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后，阴极附近K+、OH浓度变大，从B处（阴极区）得到溶液蒸发结晶后可得较纯净的KOH。离子交换膜电解槽的导电原理是：（1）在外电路导线内通过自由电子的定向移动导电；（2）在两极上分别发生氧化（失e）、还原（得e）反应导电；（3）在电解质溶液中通过阳离子（阳离子交换膜）定向移动导电。