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第四章　
化学反应与电能
第二节　电解池
课时2　电解原理的应用
1. 知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金、精炼铜等方面的应用。
2. 初步认识电解在物质转化方面的应用。
1. 通过电解饱和食盐水可以制取H2、Cl2和NaOH溶液。若用如图所示装置进行工业生产，会存在哪些问题？
【答案】 生成的氢气、氯气混合后可能会发生爆炸；生成的氯气会与溶液中的NaOH反应。
活动一：氯碱工业中电解装置的分析
2. 工业上采用离子交换膜法进行电解食盐水，其原理如图所示。
(1) 产物A、B、C的化学式分别是什么？
【答案】 Cl2、H2、NaOH。
(2) 该离子交换膜是哪一种离子交换膜，其作用是什么？
【答案】 阳离子交换膜。能传导溶液中阳离子，防止阴离子和气体分子通过。
(3) 阴极室一般是加入含少量NaOH的水，目的是什么？
【答案】 增强溶液导电性。
1. 如图为铝制钥匙表面镀铜的工作示意图。
(1) 为实现在铝制钥匙表面上镀上金属铜，则电解质溶液可
以是什么？阴极所发生的电极反应是什么？
【答案】 电解质可以是硫酸铜溶液。阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu。
(2)为使电镀时电解质溶液的组成和浓度不发生变化，阳极可以使用什么材料？ 阳极所发生的电极反应是什么？
【答案】 阳极处的电极材料为铜。阳极发生反应：Cu－2e－===Cu2＋。
活动二：认识电解在电镀、电冶金方面的应用
2. 火法冶炼所得粗铜中会含有少量的锌、铁、镍、银、金等杂质。通过电解法精炼可以得到纯度很高的铜。下图是电解法精炼铜的原理示意图，图中阴极为纯铜，阳极为粗铜，电解质溶液为含少量硫酸的CuSO4溶液。
(1) 观察图像，电解时阳极的铜及里面的杂质各发生了什么变化？
【答案】 阳极发生反应：Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Zn－2e－===Zn2＋，Ag、Au等变为阳极泥。
(2) 依据阴极处的放电规律可知，阴极处发生的反应是什么？
【答案】 阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu。
(3) 电解质溶液中Cu2＋的浓度如何变化？
【答案】 两极转移电子数相同，由电极反应知，溶液中Cu2＋的浓度减小。
3. 右图为工业上电解熔融氯化钠制取金属钠的示意图。
(1) 写出电解时的电极反应式和总反应式。
【答案】 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑　
阴极：Na＋＋e－===Na
(2) 生成的金属钠是什么状态？
【答案】 生成的金属钠是液态。
4. 如图为电解冶炼铝的示意图，电解质为熔融的氧化铝和冰晶石的混合物，电解槽的温度为950 ℃左右。已知氧化铝的熔点为2 050 ℃。
(1) 写出电解时的电极反应式及总反应式。
【答案】 阳极：2O2－－4e－===O2↑　
阴极：Al3＋＋3e－===Al　
(2) 冰晶石的作用是什么？
【答案】 降低氧化铝的熔化温度。
(3) 工业上冶炼铝过程中会发生阳极损耗，试分析发生阳极损耗原因。
【答案】 高温下，阳极产生的氧气与碳块反应生成CO、CO2。
1. KMnO4是一种常见的强氧化剂，工业制取KMnO4的一种方法是电解K2MnO4溶液，电解后可以获得KOH溶液、KMnO4溶液和H2。写出电解的电极反应式和总反应式。
活动三：认识电解在物质转化方面的应用
【答案】 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
3. 如图所示的电化学装置吸收一部分SO2，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的电极反应式。
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1. 对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。下列有关说法正确的是(　 　)
A. 电解熔融Al2O3制备金属铝时，要加入冰晶石，使Al2O3在较低温度下熔化
B. 电解熔融CaCl2时，金属钙在阳极生成
C. 可用电解饱和MgCl2溶液的方法获得金属镁
D. 电解熔融NaOH可生成金属钠、O2以及H2
A
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【解析】 电解熔融Al2O3时，Al2O3熔点很高，加入冰晶石(Na3AlF6)可形成低熔点混合物，降低熔化温度，A正确；电解熔融CaCl2时，Ca2＋在阴极得电子生成金属钙，阳极是Cl－失电子生成Cl2，B错误；电解饱和MgCl2溶液时，阴极生成H2，而非Mg，因为H＋的得电子能力强于Mg2＋，制备Mg需电解熔融MgCl2，C错误；电解熔融NaOH时，阳极OH－失电子生成O2，阴极Na＋得电子生成Na，不会生成H2，D错误。
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2. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　 　)
A. 电解时以精铜作阳极
B. 电解时阴极上发生还原反应
C. 粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D. 电解后，电解槽底部会形成含少量Fe、Zn、Ag、Pt等金属的阳极泥
B
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【解析】 粗铜提纯的电解原理是粗铜作阳极，精铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液。阳极的粗铜发生氧化反应溶解，阴极上Cu2＋得电子析出纯铜。若精铜作阳极，会导致精铜溶解，无法达到提纯目的，A错误；电解池中，阳极连接电源正极，阴极连接电源负极，粗铜需要作阳极溶解，因此应连接电源正极，C错误；金属活动性Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，电解时，阳极上活泼性比Cu强的Zn、Fe会优先于Cu失电子溶解，进入电解质溶液，而活泼性比Cu弱的Ag、Pt不能失电子，会沉积在电解槽底部形成阳极泥，故阳极泥中不含Zn、Fe，D错误。
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3. 氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料，用电解法制备氢氧化锂的工作原理如下图所示。下列叙述错误的是(　 　)
A. b极附近溶液的pH增大
B. a极发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C. 该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产物
D. 当电路中通过1 mol电子时，可得到2 mol LiOH
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D
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4. 观察下列几个装置示意图，下列有关叙述正确的是(　 　)
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中随着电解的进行阴极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小
C. 装置③中的离子交换膜可允许阳离子、阴离子和小分子水通过
D. 装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
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B
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【解析】 电解时，铁电极连接电源负极(阴极)，发生反应Na＋＋e－===Na，故金属钠在铁电极生成，石墨电极连接电源正极(阳极)，发生反应2Cl－－2e－===Cl2，石墨电极产生的是Cl2，A错误；装置③为电解饱和食盐水，离子交换膜为阳离子交换膜，允许Na＋通过，不允许阴离子通过，C错误；待镀铁制品作阴极，与电源负极相连，D错误。
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5. 如下图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。
根据要求回答相关问题。
(1) 通入氧气的电极为______(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为_________________________________________。
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正极
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(2) 铁电极为______(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为___________________。
(3) 反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠主要在_____(填“铁极”或“石墨极”)区，简述理由：________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________。
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阴极
2Cl－－2e－===Cl2↑
铁极
石墨(C)极为阳极，Cl－发生氧化反应，铁极为阴极，H＋放电，OH－过量，由于阳离子交换膜只允许Na＋向阴极区移动，故氢氧化钠主要在阴极区生成，即铁极区
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(4) 如果粗铜中含有锌、银杂质，丙装置中阳极上电极反应式为____
________________________________，反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5) 若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为_______________；丙装置中阴极析出铜的质量为______。
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Zn
－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋
减小
0.2×6.02×1023
12.8 g
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6. [鲁科版教材习题]工业上采用电解的方法来制备活泼金属铝。纯净的氧化铝熔点很高(约为2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1 000 ℃左右就可得到熔融体。
主要的电极反应如下：
阴极：Al3＋＋3e－===Al
阳极：2O2－(氧化物中)－4e－===O2↑
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在阳极生成的O2全部与石墨电极反应生成CO和CO2，因此在电解过程中，需要不断补充石墨电极。
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(1) 生产1 t金属铝，转移电子的物质的量是______________。
(2) 工业生产中，生产1 t铝阳极损失0.6 t石墨。石墨被氧化的产物是什么？质量分别是多少吨？
【答案】 CO和CO2。CO的质量约为1.24 t，CO2的质量约为0.24 t。
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1.11×105 mol

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