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1. 电解精炼铜

电解原理及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用电解原理,以粗铜为阳极、纯铜为阴极、硫酸铜溶液为电解质,提纯铜的过程。

从哪来 基于“电极反应”原理,结合“模型1:电极判断”确定阴阳极,运用“模型2:电极方程式书写”写出两极反应,并需考虑“判断溶液酸碱性”对电解液的影响。

为什么 粗铜中含有比铜活泼的金属(如Zn、Fe)和不活泼的金属(如Ag、Au)。在电解池中,阳极发生氧化反应,活泼金属比铜更容易失去电子,因此Zn、Fe先溶解进入溶液;当Zn、Fe消耗完后,Cu开始溶解。阴极发生还原反应,溶液中的Cu²⁺得电子析出。由于Ag、Au比铜不活泼,它们不失去电子,而是以金属单质形式沉积在槽底形成“阳极泥”。通过控制电压和电流,使阳极主要溶解铜,阴极主要析出铜,从而实现提纯。

讲法
适合:逻辑推理型、喜欢探究原理的学生 从“竞争机制”角度切入。提问:如果阳极同时有Zn、Cu、Ag,谁先掉进溶液?谁先掉进槽底?引导学生根据金属活动性顺序,分析阳极失电子能力的强弱(Zn > Cu > Ag),以及阴极得电子能力的强弱(Cu²⁺ > H⁺)。强调这是一个“优胜劣汰”的过程:活泼金属被“牺牲”溶解,不活泼金属被“淘汰”沉淀,只有铜在两极之间“搬运”。
适合:形象思维型、记忆困难的学生** 使用“工厂流水线”比喻。把电解槽比作一个“铜精炼厂”。 - **原料(阳极)
混有杂质(Zn、Fe、Ag)的粗铜棒。 - 工人(电子):在外电路流动。 - 过程: 1. Zn、Fe工人太“勤快”,还没轮到铜,他们就自己跳进溶液(变成离子)走了。 2. Ag工人太“懒”,根本不动,直接掉到地上(阳极泥)。 3. Cu工人按顺序排队,从阳极跳进溶液,游到阴极,再跳出来变成纯铜。 - 结果:阴极得到纯铜,阳极变细,槽底有泥。
适合:应试技巧型、关注细节得分点的学生** 直接拆解“四要素”记忆法: 1. **阳极材料
粗铜(含Zn、Fe、Ag等)。 2. 阴极材料:纯铜(或惰性电极,但工业用纯铜)。 3. 电解质:含Cu²⁺的盐溶液(如CuSO₄)。 4. 现象:阳极减重,阴极增重,溶液颜色变浅(Cu²⁺浓度略降),槽底有阳极泥。 强调:阳极反应式不能只写Cu - 2e⁻ = Cu²⁺,必须意识到Zn、Fe也会放电,但主要目的是提纯铜,所以核心是铜的溶解与析出平衡。
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练一道
基础题
在电解精炼铜的装置中,若阳极质量减少6.4 g,阴极质量增加6.4 g,则阳极中除铜外还含有哪些金属?(假设杂质只有Zn和Ag)
变式
电解精炼铜时,若电路中通过0.2 mol电子,理论上阴极增重多少克?若实际阴极增重3.1 g,说明发生了什么?
试试手自己判
检测题
在电解精炼铜的过程中,下列说法正确的是( ) A. 阳极质量减少的量一定等于阴极质量增加的量 B. 阴极上发生的反应只有 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu C. 电解液中的 Cu²⁺ 浓度保持不变 D. 阳极泥的主要成分是 Ag、Au 等不活泼金属
看答案和判分标准
答案:D
判对标准:
- 选D得满分。
- 选A错:若阳极含Zn,Zn(65) > Cu(64),且Zn先溶,导致阳极减重 > 阴极增重(每2mol电子,阳极减65g,阴极增64g)。
- 选B错:若溶液酸性过强,H⁺也可能在阴极放电析氢,虽然主要反应是析铜,但“只有”太绝对。
- 选C错:阳极溶解的Cu少于阴极析出的Cu(因为部分电子被Zn、Fe消耗,且Zn、Fe进入溶液,而阴极只析出Cu,导致溶液中Cu²⁺浓度略有下降,需定期补充)。
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