1.2.4化学能与电能的转化（第4课时 电解原理的应用）（课件+教案）-2022-2023学年高二化学同步精品课堂（苏教版2019选择性必修1）

专题一第二单元 化学能与电能的转化 04 电解原理的应用 1 氯碱工业 用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。 氯碱工业 3 氯碱工业 电解NaCl溶液 氯碱工业 电解NaCl溶液 通电前： NaCl Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 通电时： H+→ H+→ 氯碱工业 电解NaCl溶液 通电前： NaCl Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 向阴极迁移 向阳极迁移 通电时： 氧化反应 放电顺序 Cl- ＞ OH- 还原反应 H+ ＞Na+ 放电顺序 2H2O＋2e－==H2↑+2OH－ 2Cl－－2e－==Cl2↑ 能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH？ 若不能，该怎样改进装置？ 阴极区域 阳极区域 2NaCl + 2H2O 通电 H2 ↑ + 2NaOH + Cl2↑ 氯碱工业 看来我们用电解的基本原理推测出的电解饱和食盐水的产物是合理的。请大家思考：能否用该电解池制备氢气、氢氧化钠和氯气？若不能，该怎样改进装置呢？ 大家再聚焦这个反应的总反应方程式，电解氯化钠溶液，阴极区域生成氢气、氢氧化钠，阳极区域生成氯气。再看电解池，会发现在这个电解池里，阴极区域和阳极区域是相通的，因而两极电解所得到的产物可以相互接触。 7 氯碱工业 1．Cl2 与 NaOH 反应 Cl2 + 2OH- === ClO- + Cl- + H2O 一定条件 2．H2 与 Cl2 混合易爆炸 H2 + Cl2 === 2HCl 同理，根据实验现象，阳极上，氯离子优先失去电子生成氯气，发生氧化反应，这个过程也叫做放电。在此实验条件下，阳极粒子的放电顺序是：氯离子优先于氢氧根失去电子，即氯离子的还原性强于氢氧根离子，发生了氧化反应。 8 氯碱工业 2、防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。 阳离子交换膜的作用： 1、只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过。 大家可能是这样预测的： 饱和氯化钠溶液，在通电前，溶质氯化钠完全电离成钠离子和氯离子；水，极微弱的电离成氢离子和氢氧根。外接直流电源通电后，钠离子和氢离子向阴极迁移，氯离子和氢氧根向阳极迁移。那么谁会优先放电呢？ 9 离子交换膜由高分子特殊材料制成，分三类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 常见的离子交换膜 隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 电解——人类创造新物质的重要手段 电解 电解除广泛应用于金属矿物冶炼、金属精炼外，还促进了电镀、污水处理等领域的技术革命，为新的制造业的发展提供了理论基础。 电解帮助人类创造出更多自然界不存在的新物质，成为化学重要分支——电化学或能源化学的基础，因此也形成了电解工业。 对于像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。 工业制金属钠 工业制活泼金属 2NaCl(熔融) 通电 2Na + Cl2 ↑ MgCl2(熔融) Mg + Cl2 通电 ↑ 2Al2O3(熔融) 4Al + 3O2 通电 ↑ 冰晶石 工业制金属镁 工业制金属铝 AlCl3是共价化合物；Al2O3是离子化合物，熔点2050℃。 冰晶石在铝电解中作为助溶剂。 戴维 （英 化学家） 莫瓦桑电解制氟仪器装置图（1886年） 自从1807年戴维首次使用电解方法制得金属钾，之后的研究继续用电解法获得了钠、钙、镁、钡、锶、硼、硅、铝、氟等单质。电解为这些元素的发现立下了汗马功劳。 工业制活泼金属 接下来的近百年里，科学家们继续使用电解方法，获得了钠、钙、镁、钡、锶、硼、硅、铝、甚至最活泼的非金属单质氟！这充分证明了电解法是最强有力的氧化还原手段。电解为这些元素的发现立下了汗马功劳。 当然，电解的贡献还远不止这些。 13 工业精炼铜 铜的电解精炼 纯铜 CuSO4溶液 粗铜 含锌、金、银等杂质的 因而电解氯化铜溶液的总反应就是：氯化铜电解得到铜和氯气。大家知道，氯化铜是不会自发分解成铜和氯气的，电解使得这个非自发氧化还原反应得以发生。 15 铜的电解精炼 因而电解氯化铜溶液的总反应就是：氯化铜电解得到铜和氯气。大家知道，