第4章 第2节 第2课时 电解原理的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中化学 选择性必修1（人教版2019 单选版）

第2课时　电解原理的应用 课程标准 核心素养目标 1．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 2．了解氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理。 1．证据推理与模型认知：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。建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 2．科学态度与社会责任：能分析电解饱和食盐水、电镀、精炼铜和电冶金的反应原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，体会电解对人类社会进步的重要贡献。 [对应学生用书P117] 一、电解饱和食盐水 1．探究电解饱和食盐水的原理 (1)通电前：食盐水中NaCl和H2O发生电离，溶液中存在4种自由移动的离子：Na＋、Cl－、H＋、OH－。 (2)通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－更易失去电子被氧化生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋更易得到电子被还原生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．氯碱工业 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行，离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。 二、电镀和电解精炼 1．电镀 (1)电镀是一种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)电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 (3)镀层金属通常是一些在空气或溶液中不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金(如黄铜)。 (4)电镀时，待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的溶液作电镀液。 2．电解精炼 (1)电解精炼过程与电镀过程相似。 (2)电解精炼铜时，以待精炼的铜作阳极，以纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。 阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋(主要)，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。 阳极含有的一些杂质则沉积在电解槽底部形成阳极泥，可作为提炼金、银等金属的重要原料。 三、电冶金 1．金属冶炼的本质 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，可表示为Mn＋＋ne－===M。 2．电冶金 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。例如，电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 ◆名师点拨 阳离子交换膜及其作用 (1)阳离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过。 (2)电解饱和食盐水的装置中，阳离子交换只允许Na＋、H＋通过，不允许Cl－、OH－及气体通过，故既能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，又能避免Cl2与阴极产生的NaOH反应。 (3)阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区溶液呈酸性。 ◆易错警示 (1)电解时，参与电极反应的物质及生成物会受电极材料、离子浓度、溶液酸碱性、电源电压等多个因素影响。例如，在镀件上电镀锌时，电解液是含有Zn2＋的浓溶液，阴极上发生反应：Zn2＋＋2e－===Zn，析出金属Zn，而不是H＋放电。 (2)电镀过程中，阳极上镀层金属溶解，阴极上镀层金属沉积，故电解质溶液的浓度保持不变。 (3)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 ◆易错警示 (1)冶炼金属镁时，要电解熔融MgCl2，而不能电解熔融MgO，其原因是MgO的熔点很高。 (2)冶炼金属铝时，要电解熔融Al2O3，而不能电解熔融AlCl3，其原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。 ◆拓展延伸 (1)电解冶炼镁 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg； 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 (2)电解冶炼铝 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al； 阳极：6O2－－12e－===3O2↑； 总反应：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 [对应学生用书P118] 探究一　利用电解池思维模型解决电解原理的应用问题 电解原理在国民经济中具有重要作用，许多金属的冶炼及精炼、基本化工产品(H2、Cl2、O2、NaOH等)的制备、电镀等都是通过电解实现的。某研究性小组设计实验探究电解饱和食盐水的原理，实验装置如图所示。 [问题设计] (1)石墨1的电极反应式为____________________________；检验试管a中收集气体的操作是_________