4.2.2 电解原理的应用（课件）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

第四单元 化学反应与电能 第二节 电解原理及其应用 第2课时 电解原理的应用 学习目标 1. 能利用电解池的工作原理解释氯碱工业，电镀，电解精炼以及电冶金的基本原理，会书写电极反应式和总反应。 2. 进一步理解电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，并能够熟练分析新型的电解池装置。 上节课已经知道，电解为冶炼高纯度的铜起到了重要的作用,冶炼铜得到的是粗铜，需要电解精炼才能得到高纯度99.99%的精铜，如何用电解的方法得到纯铜？带着问题进行预习 铜 情境引入 电解精炼铜 第 页 思考以下问题： （1）食盐水中的离子： 湿润的淀粉 KI试纸变蓝 （2）离子移动方向： Cl－、OH－ 移向阳极， H＋、Na＋ 移向阴极。 （3）预测现象： 阴极有无色气体产生，阴极端溶液变红，阳极产生的黄绿色气体能使淀粉—KI溶液变蓝。 H＋、Na＋、Cl－、OH－ 任务一： 电解饱和食盐水原理 思考1 任务一： 电解饱和食盐水原理 电解饱和食盐水（模拟氯碱工业），根据原理，预测实验现象 第 页 5 电解饱和NaCl溶液 阴极 阳极 铁钉 石墨 实验阴极使用金属材料，目的在于增强导电性能 注意：选择电极材料时，注意阳极材料可能参与电极反应 任务一： 电解饱和食盐水原理 第 页 6 阳极 阴极 存在离子 电极反应 产物检验 总反应 Cl-、OH- 2e- 2Cl- Cl2↑ － Na+ 、H+ 2e- 2H+ + H2↑ 2e- [ 2H2O H2↑ +2OH-] + 点燃法检验H2 酚酞变红检验碱性 2NaCl + 2H2O 电解 H2↑ + 2NaOH + Cl2↑ 湿润的淀粉KI试纸 变蓝检验Cl2 总结归纳 第 页 学生活动一：思考讨论1：上述装置的缺点，并小组展示。 （1）H2和Cl2 混合不安全。 （2）Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。 思考2 任务二： 电解饱和食盐水实验改进 学生活动一：思考讨论2：:如何改进装置呢？ 提示：隔离阴阳极，控制离子移动 第 页 8 使用离子交换膜隔离阴阳极 Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O 遇火或强光会爆炸 (1)离子交换膜的作用： a.防止H2和Cl2混合而引起爆炸； b.避免Cl2和NaOH反应影响NaOH的产量。 c.平衡电荷，形成闭合回路的作用 (2)常用的离子交换膜 阳离子交换膜：只允许阳离子和水通过，不允许阴离子和气体通过 阴离子交换膜：只允许阴离子和水通过，不允许阳离子和气体通过 质子交换膜： 只允许质子(H+)和水分子通过 任务二： 电解饱和食盐水实验改进 9 思考：使用阳离子膜更合适 总结：(1)生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过 (Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 任务二： 电解饱和食盐水实验改进 － + Cl2 Cl2 Cl— H2 Na+ H+ OH— 钛 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O（含少量NaOH） 阳离子交换膜 阳极室 阴极室 a、避免氢气和氯气混合爆炸 b、避免氯气和氢氧化钠反应，降低氢氧化钠产量 碳钢 淡盐水 任务二： 电解饱和食盐水实验改进 11 氯碱工业产品及其应用 以氯碱工业为基础的化工生产 电解饱和食盐水 湿氢气 湿氯气 液碱 H2 Cl2 含氯漂白剂 NaOH 金属冶炼 有机合成 HCl 盐酸 有机合成 氯化物合成 农药 有机合成、造纸 玻璃、肥皂 纺织、印染 任务二： 电解饱和食盐水实验改进 12 粗铜制备精铜，如何设计电解装置？ 思考（1）粗铜生成铜离子，应该在哪一极进行？ （2）电解质溶液选择原则。 任务三： 电解精炼铜 思考3 第 页 13 实验装置 阳极 阴极 (粗铜) : (纯铜) : Cu-2e-= Cu2+ Cu2+ + 2e-= Cu 硫酸铜溶液 阳极反应书写准确吗？ 思考4 任务三： 电解精炼铜 第 页 14 精铜精炼： ①电极反应式： 阳极：Cu - 2e- = Cu2+ 阴极：Cu2+ + 2e- = Cu ②电解液： 含Cu2+离子的电解质溶液 Fe - 2e- = Fe2+ Zn - 2e- = Zn2+ Ni - 2e- = Ni2+ 硫酸铜溶液 任务三： 电解精炼铜 15 说明：粗铜制备精铜 1.粗铜作阳极，纯铜作阴极。 2.粗铜中排在Cu前的金属在失电子，包括锌、铁、镍和铜，而排在Cu后的银、金、铂等以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，阴极放电顺序：Cu2+＞H+＞Ni2+＞Fe2+＞Zn2+，仅有Cu2+放电 3.溶液中Cu2+的浓度有所下降。 4.铜离子变为铜单质，其他离子留在溶液中，从而达到精炼的目的 任务三： 电解精炼铜 第 页 16 1、定义：用电解法可将通常极难被还厦的活泼金属 从它们的化合物中还原出来即称为电治金 2、原理：Mn+ + ne- = M 3、适用范围：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于冶炼活泼金属单质，如钠、钙、镁、铝等金属 任务四： 电冶金 第 页 熔融NaCl 阴极 阳极 e- e- Na+ Cl- 总反应：2NaCl(熔融） === 2Na+Cl2↑ 电解 4.电解熔融NaCl制金属钠 阳极： 2 Cl－- 2e- ＝ Cl2↑ 阴极： 2 Na++2e- ＝ 2Na 任务四： 电冶金 18 阴极: 阳极: 总反应: 4Al3+ + 12e- = 4Al 6O2- - 12e- = 3O2↑ 2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2↑ 电解 助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠） 冰晶石 5.电解熔融Al2O3制金属铝 任务四： 电冶金 19 5、冶炼金属的方法总结 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 加热法 物理提取法 总结归纳 20 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 + 镀件 镀层金属 － 含镀层金属离子的盐溶液 镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易起变化的金属和合金 2.电镀的特点 阳极本身参加电极反应；电解质溶液的浓度保持不变。 阳极：镀层金属 阴极：待镀金属制品（即镀件） 1.主要目的 任务五： 电镀 21 1．如图是某同学用Cu片在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是（　　） A．Cu2＋在A极被还原 B．溶液蓝色逐渐变浅 C．Cu片为A极，Fe片为B极 D．若A极和B极直接相连，则金属铜被氧化 练习一 C   电镀 电解精炼 装置 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 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 溶液变化 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 总结归纳 第 页 2.许多手机都采用了阳极氧化工艺，铝型材阳极氧化是一种电解氧化，铝及其合金在外加电流的作用下，在铝制品(阳极)上形成一层多孔而致密，平整且均匀的氧化铝，以防止铝合金进一步氧化 阳极：2Al-6e- + 3H2O= Al2O3 + 6H+ 阴极：2H+ + 2e-= H2↑ 练习二 第 页 3.电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O，下列说法正确的是（　　） A.右侧发生的电极方程式：O2+4e-+2H2O=4OH- B.电解槽内发生反应的总化学方程式是： KI+3H2O=KIO3+3H2↑ C.电解结束后，右侧溶液中不可能含有IO3- D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内反应的总化学方程式不变 B 练习三 25 3．下列描述中不符合生产实际的是（　　） A．电解水制氢气时，用铜作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 A 练习三 26 4.电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O，下列说法正确的是（　　） A.右侧发生的电极方程式：O2+4e-+2H2O=4OH- B.电解槽内发生反应的总化学方程式是： KI+3H2O=KIO3+3H2↑ C.电解结束后，右侧溶液中不可能含有IO3- D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内反应的总化学方程式不变 B 练习四 27 $$