4.2.2 电解池的应用 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2课时 电解原理的应用　 1.通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化 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 学习目标 氯气和烧碱是重要的化工原料。 工业上利用电解饱和食盐水制氯气和烧碱，称为氯碱工业。 Cl2 NaOH 用惰性电极电解食盐水，两极的产物是什么？ 电解原理应用 一.电解饱和食盐水： 食盐水中的离子： H＋、Na＋、Cl－、OH－ 湿润的淀粉—KI试纸变蓝 预计实验现象： 阴极有无色气体产生，阴极端溶液先变红； 阳极产生的黄绿色气体能使淀粉—KI溶液变蓝。 Cl－>OH－ （H2O） 阳极离子放电顺序： 阳极反应： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应： 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ H＋>Na＋ 阴极离子放电顺序： 总反应化学方程式： 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 电解 2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 电解 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋ H2 ↑＋ Cl2 ↑ 电解 阴极区域 阳极区域 【思考】此装置是否能实现工业上大批量 安全稳定生产氯气和烧碱呢？ 1.Cl2接触NaOH溶液会反应，使产品不纯 2.生成的Cl2和H2混合， Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O 遇火或强光会爆炸 思考：如何改良此装置让其适宜工业生产？ (1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯, (2)避免生成物H2和Cl2混合 － + Cl2 Cl2 Cl— H2 Na+ H+ OH— 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O（含少量NaOH） 离子交换膜 阳 极 金属钛网 阴 极 碳钢网 阳极室 阴极室 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 ? 增强导电性 阳极反应： 阴极反应： 总反应： 生成次氯酸钠的反应： 向电解后的溶液中加入酚酞的现象： Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 电解 溶液变红 交换膜的分类及应用 知识拓展 镍包钢芯 1.概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的加工工艺。 2.主要目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 二.电镀 阳极材料： ；阴极材料：_______________: 电镀液：用含有 的溶液作电镀液。 4.电镀池的构成: 镀层金属 待镀的金属(镀件) 镀层金属离子 5.电镀的特点: 电镀液的组成及酸碱性保持不变 3.作镀层金属的特性:在空气或溶液中不易发生反应（如：铬，镍，银和合金） 奥运金牌是纯银镀金，按照规定，镀金不低于6克；银牌则是百分之百纯银，铜牌中95%-98%的成分为铜，再加上一部分锌。预计6000枚奥运奖牌将会用去超过1吨的黄金和白银。 设计思路及依据 实验装置 实验现象 确定阴极 阴极材料： 阴极反应物： 确定阳极 阳极材料 阳极反应物： 构成闭合回路 离子导体： 电子导体： 铁钉 Cu2+ + 2e- = Cu 铜片 Cu - 2e- = Cu2+ 导线 CuSO4溶液 铜片溶解，铁钉上有红色固体析出 【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？ 实验目的：设计一个电镀装置给铁钉镀铜的实验 实验用品：铁钉，铜片，石墨棒，CuSO4溶液，FeSO4溶液； 烧杯，导线，电源 实验方案的设计及实施 想一想：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？ 保持不变 3.其电解池的构成是用______作阳极，用_______作阴极，用______________________ 作电解质溶液。 三、铜的电解精炼： 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、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。 1.含义：利用电解原理将粗铜中的杂质(如锌、铁、镍、银、金等)除去，以获得电解铜(含Cu的质量分数达99．95％～99．98％)的过程。 2.目的：制得电解铜，以增强铜的导电性 可溶性铜盐如CuSO4溶液　 粗铜　 纯铜　 【交流研讨】结合现象，思考： 1.阳极和阴极材料分别是？ 2.粗铜中的杂质金属如何除去？ 3.电解精炼后CuSO4溶液有何变化？ 支持信息： 金属活动性:铁>镍>锡 阳极： Zn Fe Ni Cu Ag Au Zn - 2e- = Zn2+ Fe - 2e- =Fe2+ Ni - 2e- = Ni2+ Cu - 2e- = Cu2+ 阳极泥 不能失去电子，以单质的形式沉积于阳极底部,成为阳极泥,可提炼金、银等贵重金属 阴极： Cu2+ + 2e- = Cu 提纯铜时，铜后金属（Ag Au ）掉落在阳极下方形成阳极泥.即提纯哪种金属，这种金属活动性顺序之后的金属就会在阳极形成阳极泥。 阳极减少的质量不等于阴极增加的质量 【小结】 1.粗铜作阳极，纯铜作阴极。 2.阳极放电的金属有锌、铁、镍和铜，而银、金、铂等金属不放电形成阳极泥，同时阴极只有Cu2+放电（优于H+），所以能够将杂质除去。 3.Cu2+的浓度有所下降。且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去。 一段时间后需要更换电解质溶液。 思考：1.电路中通过2mol电子阴极增重64g 思考：1.电路中通过2mol电子阳极减少64g （√） （×） 练习2：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，（已知：氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+），下列叙述正确的是（　　） A. 阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2++2e-═Ni B. 电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu、Pt等杂质 C. 电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D. 电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 B 提纯铜，铜以后的金属会在阳极形成阳极泥，即提纯哪种金属，这种金属活动性顺序之后的金属就会在阳极形成阳极泥。 电镀与电解精炼的比较（电镀池和精炼池在本质上都是电解池） √ × × × × A 四、 电冶金 1.金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。 原理： Mn+ + ne- = M 2.电冶金 电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要方法。对于冶炼Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。 KCl、 CaCl2、NaCl、 MgCl2 、Al2O3 19 电解熔融电解质： 阴极反应： 阳极反应： 总反应： Na+ + e- = Na 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 电解熔融氯化钠制钠装置示意图 （2）电解熔融的氯化镁（制Mg） 阳极： 阴极： 2Cl - －2e- = Cl2↑ Mg2+ + 2e- = Mg 总：MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑ 电解 （3）电解熔融的氧化铝：（制Al） 阳极： 阴极： 6O2- －12e- = 3O2↑ 4Al3+ + 12e- = 4Al 总：2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 【思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？ 制取铝时，用的是氧化铝而不用氯化铝？ 原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费能量 ； 氯化铝是共价化合物，熔融状态下不电解。冰晶石作助熔剂(Na3AlF6) 降低Al2O3的熔点。而氧化铝是离子化合物，熔融状态下可电解。 阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充 五、其他应用：处理废水/废气、制备物质 B D A.锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B.铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C.铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D.锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子 3.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　) A 24 电解原理的应用 25 再 见 谢谢 2NaCl(熔融)eq \o(════,\s\up17(电解))2Na＋Cl2↑ $$