4.2.2 电解原理的应用 微讲小本-【赢在微点】轻松课堂2023.2024学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019,不定项）

第2课时　电解原理的应用 学习目标 核心素养 1.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。 2.掌握电解原理的有关计算。 1.变化观念与平衡思想:通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析,认识电能与化学能之间的能量转化。 2.证据推理与模型认知:建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型,加深对电解原理的理解和应用。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一　电解饱和食盐水 1.电解饱和食盐水的装置及现象。 (1)阳极:产生黄绿色气体。 (2)阴极:产生无色气体,阴极附近溶液变红。 2.原理分析及电极反应。 电解时U形管中,Cl-、OH-移向阳极,H+、Na+移向阴极。 (1)阳极离子放电顺序:Cl->OH-,电极反应:2Cl--2e-Cl2↑(氧化反应)。 (2)阴极离子放电顺序:H+>Na+,电极反应:2H++2e-H2↑(还原反应)。 3.总反应化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。 离子方程式:2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 4.氯碱工业。 (1)阳离子交换膜电解槽。 (2)阳离子交换膜的作用: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,可以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纯度。 知识点二　电镀 1.装置及原理。 电镀铜实验装置 阳极:Cu-2e-Cu2+; 阴极:Cu2++2e-Cu。 2.概念:电镀是利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加工工艺。 3.电镀池的构成:一般都是用含有镀层金属离子的溶液作电镀液;把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连,作为阳极;待镀金属制品与直流电源的负极相连,作阴极。 4.电镀的目的主要是增强材料抗腐蚀能力,也有许多电镀是为了美观或增加表面硬度。 5.电解精炼(以铜的精炼为例,粗铜含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等)。 (1)装置与原理。 (2)电解特点。 电解结束后,阳极泥中含有Au、Pt、Ag等(已知氧化性Cu2+>Ni2+),电解质溶液中的金属阳离子有Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+,阴极得到精铜。 知识点三　电冶金 1.金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来。如Mn++ne-M。 2.电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。 工业上电解熔融的氯化钠可制取金属钠,原理如图: 阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑; 阴极反应式为2Na++2e-2Na; 总反应方程式为2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。 课堂互动探究 　 探究一　电解原理的应用 1.氯碱工业的生产过程。 2.电镀与电镀池的构成条件及特点。 (1)电镀:利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加工工艺。 (2)电镀池的构成条件:待镀金属制品作阴极,镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。 (3)特点:一多、一少、一不变。一多指阴极上有镀层金属沉积,一少指阳极上有镀层金属溶解,一不变指电镀液浓度不变。 3.电镀铜与精炼铜的比较。 电镀铜 精炼铜 能量转变 电能转化为化学能 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、 金等杂质) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-Cu2+ Zn-2e-Zn2+ Cu-2e-Cu2+等 阴极反应 Cu2++2e-Cu Cu2++2e-Cu 电解质溶液及其变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 反应后硫酸铜溶液中混有Zn2+等,Cu2+浓度减小 【例1】　化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后,在实验室进行实验验证。他们设计组装了如图所示装置,已知a为石墨电极,b为铁电极,c为铝电极(已除去表面氧化膜),d为多孔石墨电极,烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞),连好导线后,电流表指针发生明显偏转。下列判断正确的是 (　　) A.b为负极,d为阳极 B.一段时间后,a和d电极附近溶液变红 C.b电极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑ D.电解一段时间,当B中出现大量白色沉淀时,停止实验,再将A中溶液倒入B中混合,充分振荡,沉淀全部消失 解析　右侧装置为原电池,左侧装置为电解池。在右侧装置中,通入O2的电极为原电池的正极,其电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,所以一段时间后d电极附近溶液变红,Al为原电池的负极,Al失去电子生成Al3+,Al3+与溶液中的OH-反应生成白色Al(OH)3沉淀,电池总反应式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,a与电池的正极相连,故a为电解池的阳极,b与电池的负极相连,故b