第2节 第2课时 电解原理的应用（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二化学同步精品课堂（人教版2019选择性必修1）

第二节 电解池 课时2 电解原理的应用 人教版2019选择性必修一 第四章 化学反应与电能 计算 素养目标 证据推理与模型认知： 建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 科学探究与创新意识： 通过电解原理实例分析，感受电化学原理在生产生活及环保领域应用，培养“科学态度与社会责任” 宏观辨识与微观探析： 通过对氯碱工业、电解精炼铜、电镀、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。 教学目标 本节重点 电解原理的理解和应用。 本节难点 电解原理的理解和应用。 1.能分析电解饱和食盐水、电镀、精炼铜和电冶金的反应原理。 2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 meiyangyang8602 你知道吗? 景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 新课导入 观看 meiyangyang8602 你知道吗? 景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 新课导入 景泰蓝工艺的镀金就是电解原理的应用 观看 电解饱和食盐水 壹 电镀和电解精炼铜 贰 知识导航 meiyangyang8602 电冶金 叁 肆 电化学的有关计算 请你回忆！ 用石墨电极电解饱和食盐水，并思考下列问题! 课堂思考 请你回忆！ 用石墨电极电解饱和食盐水，并思考下列问题! 课堂思考 使湿润的KI淀粉试纸变蓝 溶液变红 阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极： 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应： 2 Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 电解 电解 ①按照这套装置用于工业生产会遇到什么问题？ ②产品Cl2和NaOH溶液会反应吗？那么 Cl2能和NaOH溶液接触吗？ ③产品Cl2和H2能混合吗？ 请你思考！ 按照这套装置用于工业生产会遇到什么问题？如何解决？ 课堂思考 Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O Cl2能和NaOH溶液不能接触，使产品不纯 产品Cl2和H2能混合遇火或强光会爆炸 H2 + Cl2 = 2HCl 解决方法： 使用离子交换膜 生产设备：阳离子交换膜电解槽 01 电解饱和食盐水 课堂探究 重点掌握 一、电解饱和食盐水 探究学习 1.习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业 2.氯碱工业:离子交换膜法制烧碱 离子交换膜电解槽 阳离子交换膜： 只允许阳离子通过，将电解槽隔成阳极室和阴极室。可避免H2和Cl2混合；同时避免Cl2和NaOH反应从而影响NaOH的产量。 课堂探究 重点掌握 一、电解饱和食盐水 实验探究 3.离子交换膜法制烧碱工作原理 － + 淡盐水 阳极室 阴极室 阳 极 金属钛网 阴 极 碳钢网 阳离子交换膜 精制饱和NaCl溶液 Na+ Cl2 H2O（含少量NaOH） H2 H+ OH— Cl— 允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过) NaOH溶液 课堂探究 一、电解饱和食盐水 重点掌握 实验探究 4.氯碱工业产品及其应用 电 解 饱 和 食 盐 水 液碱 湿氢气 湿氯气 NaOH 含氯漂白剂 Cl2 H2 HCl 有机合成 造纸 玻璃 肥皂 纺织 印染 有机合成 氯化物合成 农药 盐酸 有机合成 金属冶炼 典例精讲 【例1】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是(　　) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋(=====)Cl2↑＋H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 电解 C 14 课堂思考 你知道吗? 从铜矿石到景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 探究学习 黄铜矿 紫铜胎体 景泰蓝工艺品 从铜矿石到景泰蓝工艺品 15 课堂思考 你知道吗? 从铜矿石到景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 从铜矿石到景泰蓝工艺品。 黄铜矿 氯化物溶液 浸出液 主要成分 CuCl2 NaCl 湿法炼铜 粗铜 精铜 紫铜胎体 电解 电解精炼 和 掐丝、点蓝、烧蓝、磨光 景泰蓝工艺品 镀金 电解CuCl2溶液 02 电镀和电解精炼铜 课堂探究 重点理解 探究学习 二、电镀和电解精炼铜 1.粗铜电解精炼得精铜 黄铜矿 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），必须利用电解的方法精炼才能满足电气工业的要求。 一般火法冶炼 电解 meiyangyang8602 请你设计！ 怎么用电解的方法得到纯铜？请设计实验。 课堂思考 观看 课堂探究 二、电镀和电解精炼铜 探究学习 重点掌握 2.电解精炼铜的原理 阳极泥（含Ag、Au、Pt等） 硫酸酸化的CuSO4溶液 e－ e－ － ＋ 阳极 阴极 粗铜 精铜 氧化反应 还原反应 Cu2++2e-=Cu Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+ Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ Cu2+的浓度有所下降。 典例精讲 【例2】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量等杂质，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：）( ) A. 阳极发生还原反应，其电极反应式为 B. 电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等 C. 电解后，电解槽底部的阳极泥中含有和 D. 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有和 C 21 课堂思考 你知道吗? 从铜矿石到景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 从铜矿石到景泰蓝工艺品。 黄铜矿 氯化物溶液 浸出液 主要成分 CuCl2 NaCl 湿法炼铜 粗铜 精铜 紫铜胎体 电解 电解精炼 和 掐丝、点蓝、烧蓝、磨光 景泰蓝工艺品 镀金 电解CuCl2溶液 课堂探究 重点理解 二、电镀和电解精炼铜 探究学习 3.电镀是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 主要目的是增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度 镀层金属通常是铬、镍、银、黄铜等。 课堂探究 重点理解 二、电镀和电解精炼铜 探究学习 4.电镀池的构成 + 镀件 镀层金属 － 含镀层金属离子的盐溶液 （1）阴极-待镀金属 （2）阳极-镀层金属 一般是在空气或溶液中不易起变化的金属（Cu、Ni、Zn、Ag） （3）电解液-含镀层金属阳离子的盐溶液 meiyangyang8602 请你设计！ 如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？ 课堂思考 阳极：Cu - 2e- = Cu2+ 阴极：Cu2+ + 2e- = Cu 电镀液： 含Cu2+离子的电解质溶液 电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？ 不变 观看 课堂探究 二、电镀和电解精炼铜 重点掌握 探究学习 5.电镀的特点：电镀液的组成及酸碱性保持不变 课堂探究 二、电镀和电解精炼铜 重点掌握 对比学习 6.电解池、电解精炼池、电镀池的比较 电解池 电解精炼池 电镀池 定义 形成 条件 电极 名称 电极 反应 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置 ①两电极接直流电源 ②电极插人电解质溶液 ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极 待镀金属接电源负极 ②电镀液须含有镀层金属的离子 阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连 阳极：镀层金属 阴极：镀件 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。 ①不纯金属接电源正极 纯的金属接电源负极 ②电解质溶液须含有待提纯金属的离子 阳极：不纯金属 阴极：纯金属 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 典例精讲 【例3】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是（ ） A.通电后，Ag＋向阳极移动 B.银片与电源负极相连 C.该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－=Ag D.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C 28 meiyangyang8602 课堂思考 meiyangyang8602 请你了解！ 电解与元素的发现 资料卡片 电解与元素的发现 历史上伏打发明电池以后，引起化学 家利用电解方法研究元素的兴趣。由电解法分离的元素及利用新分离出的元素提纯的其他元素如下表。 1807年戴维电解熔融碳酸钾制得钾；电解熔融碳酸钠制得钠 1808年戴维电解一种碱土金属氧化物与汞的混合物，得到汞齐后再蒸去汞，分别制得镁、 钙、锶、钡 1808年戴维等用钾还原无水硼酸制得单质硼 1823年瑞典的贝采里乌斯（J.J. Berzelius,1779—1848）用钾还原四氟化硅得到单质硅 1825年丹麦的奥斯特（H. C. Oersted,1777—1851）用钾汞齐还原无水氯化铝得到铝 1886年法国的莫瓦桑（H.Moissan,1852—1907）在无水HF中电解KH，制得单质氣， 获得1906年诺贝尔化学奖 对于像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，工业上常用电解法冶炼。 观看 03 电冶金 meiyangyang8602 请你思考！ 电解NaCl溶液和电解熔融的NaCl，电极反应式是否一样？ 课堂思考 2NaCl + 2H2O 电解 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 电解熔融氯化钠装置示意图 NaCl进口 NaCl (熔融) Cl2出口 Na (液态) Na出口 阴极 阴极 阳极 观看 课堂探究 三、电冶金 对比学习 重点掌握 1.金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子还原成金属单质的过程：Mn+ + n e- = M ①工业制金属钠 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 2Na＋＋2e－ = 2Na 2NaCl（熔融）= 2Na ＋ Cl2↑ 电解 阳极 阴极 总反应 课堂探究 三、电冶金 对比探究 重点掌握 ②工业制金属镁 阳极：2Cl - －2e- = Cl2↑ 阴极：Mg2+ + 2e- = Mg 总反应：MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑ 电解 ③工业制金属铝 阳极：6O2- －12e- =3O2↑ 阴极：4Al3+ + 12e- = 4Al 总反应：2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 04 电化学的有关计算 meiyangyang8602 课堂探究 四、电化学的有关计算 重点掌握 探究学习 1.三个计算原则 （1）阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 （2）串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 （3）电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。 2.计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 (2)当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 (3)最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 典例精讲 【例4】1．将1 L含有0.4 molCu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 gCu；此时在另一电极上放出气体体积在标准状况为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(　) A．3.36 L　　B．5.6 L　　C．6.72 L　　D．13.44 L 阴极：Cu2++2e－= Cu 阳极：2Cl－-2e－= Cl2↑ 0.3mol 0.2mol ~0.4mole－ 0.6mole－ 4OH－-4e－=O2↑+2H2O 0.05mol ~0.2mole－ 即阳极共放出0.25mol气体，V=22.4×0.25=5.6 L B 36 典例精讲 【例5】酸性条件下，六价铬主要以Cr2O72-形式存在，工业上常用电解法处理含Cr2O72-的废水；该法用Fe作电极电解含Cr2O72-的酸性废水，随着电解不断进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。 (1)电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________， 理由是_________________________________________________。 (2)电解时阳极附近溶液中Cr2O转化为Cr3＋的离子方程式为 _______________________________________________________。 (3)若初始溶液中含有0.1 molCr2O72-，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是________g。 不能 阳极产生的Cu2+不能将Cr2O72-还原到低价态 84.8 37 课堂小结 电解原理的应用 电解饱和食盐水 电镀 有关计算 电镀：阴极—待镀金属， 阳极—镀层金属 电解精炼铜：阴极—精铜， 阳极—粗铜 电冶金 38 随堂演练 1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 D 39 随堂演练 2.关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　) A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B．电解液的成分都保持不变 C．阳极反应都只有Cu－2e－=Cu2＋ D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－=Cu D 40 随堂演练 3.某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。 根据要求回答相关问题： (1)通入氢气的电极为_____，该电极反应式为_______________。 (2)石墨电极为_______，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________区的溶液先变红。 (3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将_____。精铜电极上的电极反应式为___________。 负极 H2－2e－+2OH－=2H2O 阳极 铁极 减小 Cu2＋+2e－=Cu 41 随堂演练 4.如图所示的两个电解池中的电极均为铂电极，在池中加入的溶液，池中加入的溶液，进行电解。四个电极上所析出的物质的物质的量之比是( ) A A. 2:2:4:1 B. 1:1:2:1 C. 2:1:1:1 D. 2:1:2:1 42 演示完毕 感谢聆听 https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　 $$