4.3.2电解池（电解原理的应用）（同步课件）-高二化学同步精品课堂（沪科版2020选择性必修第一册）

第三节 电解池 课时2 电解池原理的应用 第四章 氧化还原反应和电化学 授课人： 学习目标 1.认识电能转化为化学能的实际意义及其重要应用。 2.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。 3.能根据电解池的工作原理设计简单的电解池。 电化学是有关电与化学变化之间内在联系的一个化学分支学科，主要涉及相界面（固—液，液—液，固—固，气—固，气—液—固，大多数情况为电极—溶液界面）电子转移的研究。电和化学反应之间的相互作用可通过电池来完成，因此电化学往往被称为“电池的科学”。 电化学 如今电化学已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支，在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等领域获得了广泛的应用，内容包括材料保护、物质分离、化学分析、工业生产和能源储存等。当前世界上重点关注的研究课题，如能源、材料、环境保护、生命科学等都直接或间接地与电化学有关。 电化学 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。 一、电解生产化工产品 电解NaCl溶液 一、电解生产化工产品 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+→ 一、电解生产化工产品 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↑ 一、电解生产化工产品 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↑ 一、电解生产化工产品 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。 9 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 一、电解生产化工产品 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。 10 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。 一、电解生产化工产品 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？ 11 交换膜的作用 隔离某些物质，防止发生化学反应。 能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 用于物质的制备（电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质） 用于物质的分离、提纯 1 2 3 4 一、电解生产化工产品 离子交换膜由高分子特殊材料制成，分四类： (1)阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，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。 (4)双极膜(由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜)， 双极膜中间层的H＋在直流电场作用下移向阴极，OH－移向阳极。 常见的离子交换膜 一、电解生产化工产品 1.“隔膜”电解池的解题步骤 （1）分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 （2）写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 （3）分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反