高中化学《电解池及金属的电化学腐蚀与防护》导学案(答案)

高二化学人教版选修四导学案 第四章 第三节 电解池的应用及金属的电化学腐蚀与防护 【学习目标】 1、了解原电池的应用———氯碱工业、电镀、粗铜的精炼 2、认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。 【主干知识精讲】 一、电解原理的应用 1、氯碱工业：电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ (还原反应) (2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气 2、电镀： (1)含义：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法，叫做电镀，是一种特殊的电解 (2)原理：电镀时，通常把待镀金属(镀件)作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下， 阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。 如：在铁上镀铜(如下图)， 电解液为可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液 阳极(纯铜)：Cu－2e—Cu2+ 阴极(镀件)：Cu2+＋2e—Cu (3)电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 ( CuSO 4 Cu Fe ) ( CuSO 4 粗铜 纯铜 ) 3、铜的电解精炼 (1)原理：电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通 以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜 (2)电极反应：阳极(粗铜)：Zn－2e—Zn2+，Fe－2e—Fe2+，Ni－2e—Ni2+，Cu－2e—Cu2+ 阴极(精铜)：Cu2+＋2e—Cu (3)如何实现除杂？在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由 于失去电子能力较弱，难以在阳极溶解，所以它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到 Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+ 小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小， 且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质 (4)铜的电解精炼时，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电 子总数相等 4、电冶金：利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等 (1)冶炼钠：2NaCl2Na＋Cl2↑ (2)冶炼镁：MgCl2Mg＋Cl2↑ (3)冶炼铝：2Al2O34Al＋3O2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 注：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电 【练习1】 1、利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，X是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 2、使用氯化钠作原料可以得到多种产品。 (1)实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是 _____(忽略反应前后溶液体积的变化) (2)某学生想制作一种家用环 ... ...