4.2.2电解原理的应用 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 第二课时 电解原理的应用 1 学习目标 1．了解电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的应用。 2．初步培养运用电解原理进行简单计算的能力。 3．加深对电解原理的理解和应用。 失电子的阴离子 发生氧化反应 还原剂 得电子的阳离子 发生还原反应 氧化剂 e- e- 电解质溶液或 熔融电解质 阴离子移向 向移子离阳 阴极 （惰性电极） 阳极 （惰性电极） 电解池 电子导体 离子导体 温故知新 阳极： 2Cl- - 2e－=Cl2↑ 阴极： 2H2O +2e－ =H2 ↑ +2OH－ （1）写出两极电极反应式 （2）两极各产生什么现象？如何检验两电极产物? 惰性电极 电解食盐水 产生黄绿色、刺激气味的气体；使淀粉KI试纸变蓝 电解饱和NaCl溶液，得到什么产物？ 产生无色、无味气体，滴加酚酞溶液变红 (收集气体，爆鸣实验） NaCl溶液 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑ 电解 【回顾复习】 电解饱和食盐水 一、氯碱工业 1．概念 用电解饱和氯化钠溶液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。 Cl2 NaOH H2 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阳极： 阴极： 总反应： 滴加酚酞的NaCl 溶液 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- + 2H2O === 2OH- + H2↑+ Cl2↑ 电解 点燃法检验H2 酚酞溶液检验碱性 湿润淀粉KI试纸 检验Cl2 2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 2．原理 1.产品Cl2和NaOH溶液会反应吗？那么 Cl2 能和NaOH溶液接触吗？ Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O 2.产品Cl2和H2能混合吗？ 遇火或强光会爆炸 解决方法： 使用离子交换膜 不能 思考与讨论 Cl2 Cl－ Cl－ H2 Na＋ Na＋ H＋ OH－ 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O（含少量NaOH） 阳离子交换膜 阳极 惰性电极 阴极 碳钢网 阳极室 阴极室 3.装置 ＋ － a b c d 阳极：2Cl- －2e- = Cl2↑ 阴极：2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- Na＋ Na＋ 离子交换膜的作用： (1)避免阳极产物Cl2与阴极产物OH－、H2 发生反应； (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路。 粗盐的成分：泥沙，SO42-,Ca2+，Mg2+，Fe3+等 这些杂质会与碱性物质反应生成沉淀，损坏离子交换膜。 精制食盐水 除杂过程: 课堂练习1：如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　) A.从E口逸出的气体是H2 B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性 C.标准状况下每生成22.4 L Cl2,便产生2 mol NaOH D.通电一段时间后加适量盐酸可以使电解液恢复到通电前的浓度 D　 课堂练习2：在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为碳电极。 完成下列填空： (1)a为电源的 极，c为电解池的 极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。 (2)d电极上发生的电极反应式：_________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为 。 负 阳 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ Cu2+ + 2e- = Cu Cu -2e- = Cu2+ 阴极： 待镀制品 阳极： 镀层金属 保持不变 思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？ 电解液：含镀层金属离子 请设计电解池为铁钥匙镀铜，画出装置图，写出两极反应式？ Cu CuSO4溶液 简单的电镀实验（课本P122实践活动4） 阳极材料： ； 阴极材料：_______________。 电镀液：用含有 的溶液作电镀液。 1.含义： 2.目的： 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 3.电镀池的构成: 镀层金属 待镀金属制品 镀层金属阳离子 应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方法。 二、电镀 实质: M Mn+ Mn+ M -ne- +ne- 课堂练习3：在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－=Ag ④在银片上发生的反应是4OH－－4e－=O2↑＋2H2O　 ⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥　　　B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ C 黄铜矿 三、电解精炼铜 粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质） 精铜 　　 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。 2.电解精炼铜的结构 阳极--粗铜 阴极--纯铜 电解液-- CuSO4溶液 阳极： Zn －2e－＝Zn2+ Fe－2e－＝Fe2+ Ni －2e－＝Ni2+ Cu－2e－＝Cu2+ Au、Ag---阳极泥 阴极： Cu2+ +2e－＝Cu CuSO4溶液 精铜 粗铜 Ag Au 阳极泥 CuSO4溶液的浓度略减小 1．原理 粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。 思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？ 课堂练习4：金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（ ） （已知氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+） A.阳极发生还原反应，其电极反应式： Ni2+ + 2e— = Ni B.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+ D.电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt D 19 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 【复习回顾】金属的冶炼方法都有哪些？ 电解是最强有力的氧化还原手段。 电解法是冶炼金属的重要方法，特别是冶炼活泼金属（如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属） 20 四、电冶金 电冶金的本质：Mn+ + ne- = M 1.金属钠的制取 2NaCl（熔融）=== 2Na ＋ Cl2↑ 电解 阳极: 2Cl-- 2e- = Cl2 ↑ 阴极：2Na++ 2e- = 2Na 阳极: 2Cl-- 2e- = Cl2 ↑ 阴极：Mg2++ 2e- = Mg 阳极: 6O2-- 12e- = 3O2 ↑ 阴极：4Al3++12e- = 4Al 2.金属镁的制取 MgCl2（熔融）=== Mg ＋ Cl2↑ 电解 3.金属铝的制取 2Al2O3（熔融）=== 4Al ＋ 3O2↑ 电解 助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点 思考：工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3? AlCl3为共价化合物，在熔融状态下不电离出离子，不能导电，不能被电解。 课堂练习5：海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 C 电化学的综合计算包括：两极产物的定量计算、溶液pH及物质的量浓度的计算、元素的相对原子质量和测定阿伏加德罗常数的计算、根据电荷量求产物的量、根据产物的量求电荷量等。 (1)计算原则 ①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。 ②串联电路中通过各电极的电子总数相等。 ③电源输出的电子总数=电解池中转移的电子总数。 五、电化学的综合计算 (2)计算方法 电子守恒 法计算 用于串联电路,通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等 总反应 式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据 总反应式列比例式计算 关系式 计算 根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需要的关系式,如反应中常见离子和单质的关系式为 4e-~ 2H2 ~ 2Cl2(Br2、I2) ~ O2 ~ 2Cu ~ 4Ag ~2Fe ~4H+ ~ 2Cu2+~ 4Ag+ ~4OH－~ 4Cl－(Br－、I－) 【例1】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中,通电电解。 (1)当电路中转移1.0×10-3 mol电子时,溶液显浅蓝色,则在阴极上析出铜的质量是　　　　　　。  (2)若溶液的体积为1 L,忽略溶液体积的变化,在标准状况下放出5.6 mL O2时,溶液中c(H+)=　　　　　　　　。  1.0×10-3mol·L-1 0.032 g 【例2】用惰性电极电解含有0.1mol CuCl2和0.1mol NaBr混合溶液，电路中共0.4 mol 电子转移，试写出电极反应式并分析各阶段电解的物质是什么？ 阳离子放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+ 阴离子放电顺序：Br-＞Cl-＞OH- 阳极： 2Br- - 2e- = Br2↑ 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 4OH－－4e－=O2↑＋2H2O 阴极： Cu2+ + 2e- = Cu 2H+ + 2e- = H2↑ 课堂练习6：500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-) =0.3 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到1.12 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是(　　) A.原混合溶液中c(Na+)=0.1 mol·L-1 B.电解后溶液中pH=1 C.上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D.电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol A　 课堂练习7： 用石墨电极电解100 mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ） A.1 mol/L B.2 mol/L C.3 mol/L D.4 mol/L A 课堂练习8：某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为____________________________________。 原电池 CH3OH－6e－＋8OH－=== ＋6H2O (2)乙池中A(石墨)电极的名称为______(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为_______________________________________。 阳极 4AgNO3＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4HNO3 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为_____mL(标准状况下)，丙池中____极析出______g铜。 280 D 1.60 (4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”)。 减小 增大 NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ Lavf58.20.100 CO $$