专题1 第二单元 第4课时 电解池工作原理的应用-【导与练】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步全程学习全书word（新教材，苏教版）

第4课时　电解池工作原理的应用 通过氯碱工业、电解精炼和电镀知识学习,掌握电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 学习任务1　电解原理的应用 1.电解法制备活泼金属 (1)电解熔融NaCl:2NaCl2Na+Cl2↑。 (2)电解熔融MgCl2:MgCl2Mg+Cl2↑。 (3)电解熔融Al2O3:2Al2O34Al+3O2↑。 2.氯碱工业 (1)概念: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,称为氯碱工业。 (2)原理。 ①通电前,氯化钠溶液中含有的离子是Na+、Cl-、H+、OH-。通电时,移向阳极的离子是Cl-、OH-,移向阴极的离子是Na+、H+。 ②阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑; 阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑; 因H+放电,促进了水的电离,使阴极区溶液呈碱性。 ③电解的总反应式。 化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH; 离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 (3)氯碱工业生产流程。 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产量和质量。 3.铜的电解精炼 (1)含义:利用电解原理提纯粗铜。 (2)电解池的构成。 ①阳极:粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag等杂质)。 ②阴极:精(纯)铜。 ③电解质溶液:含Cu2+的电解质溶液。 (3)电极反应。 ①阳极:Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+、Cu-2e-Cu2+。 ②阴极:Cu2++2e-Cu。 4.电镀 (1)电镀的概念:应用电解的原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀可以提升美观和增加表面硬度,还可以增强材料的抗腐蚀能力,防止金属氧化等。 (2)实验探究铁钉镀锌。 实验步骤 ①电镀液配制:先向烧杯中加入50 mL 蒸馏水,加入3.5 g ZnCl2,再加入12.5 g KCl、1.5 g硼酸,搅拌使固体溶解,调节溶液的pH为5～6。 ②镀件的处理:用细砂纸打磨铁钉,用水洗净;把铁钉放入80 ℃ 2 mol·L-1 NaOH溶液中浸泡5 min,除去油污,洗净;再将铁钉放入45 ℃的浓盐酸中浸泡2 min,取出,洗净;最后将铁钉放入V(浓硝酸)∶V(水)=1∶100的稀硝酸中浸泡3～5 s,取出,洗净。 ③电镀操作:用烧杯作电镀槽,加入电镀液,用锌片作阳极,铁钉作阴极,接通6 V的直流电源,电镀20～25 min 实验现象 锌片逐渐溶解;铁钉上有一层银白色金属析出 解释或化 学方程式 阳极:Zn-2e-Zn2+; 阴极:Zn2++2e-Zn (3)电镀池的构成。 ①阳极:镀层金属。 ②阴极:待镀金属。 ③电解质溶液:含镀层金属离子的溶液。 (4)电镀的特点:阳极参与电极反应,电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。 电解精炼池与电镀池中电解质溶液浓度如何变化? 提示:电镀时电解质溶液的浓度不变,而电解精炼池中,电解质溶液的浓度略微减小。 判断正误。 (1)可以通过电解熔融AlCl3制备铝。(　×　) 提示:氯化铝为共价化合物,不能导电,不能用于电解。 (2)电解饱和食盐水的装置也可以换成阴离子交换膜。(　×　) 提示:若换成阴离子交换膜,氢氧根离子进入阳极区与氯气反应。 (3)电解精炼银时,粗银作阴极。(　×　) 提示:电解精炼金属时,粗品作阳极,溶解,在阴极析出。 (4)在铁钥匙上镀一层锌,要选锌作阳极材料。(　√　) 探究1　利用电解原理自制“84”消毒液 小李同学根据有关化学知识,自己动手仅用半小时就制出了“84”消毒液,果然知识就是力量,消毒液都不用买了。制作过程如下: (1)取碳棒两根。 (2)用如图矿泉水瓶一上一下钻两个与碳棒粗细相同的圆孔。 (3)把两根碳棒插入圆孔,并用万能胶密封。 (4)矿泉水瓶中注入盐水,碳棒连接直流电源两个电极。 问题1:小李同学如何判断上下两个电极哪个是阳极,哪个是阴极? 提示:产生黄绿色气体的电极为阳极,另一电极则为阴极。 问题2:若要制取“84”消毒液,应该让上、下电极哪一个产生氯气? 提示:应该让下边电极产生氯气,上边电极作阴极产生NaOH,这样氯气上浮,充分接触NaOH。 问题3:小李同学的实验过程需要注意什么问题? 提示:应该把矿泉水瓶敞口进行电解,并注意通风,防止强光照射瓶子。因为氯气有毒,且未完全反应的氯气与氢气遇强光照射可能会造成危险。 探究2　电解精炼铜过程中杂质去除原理 问题1:粗铜所含的杂质分哪两类? 提示:一类是活泼性强于Cu的杂质,