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 请你回忆！用石墨电极电解饱和食盐水，并思考下列问题! 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＋H2↑＋Cl2↑ 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？ 阴极区域 阳极区域 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？ Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O ①Cl2能和NaOH溶液不能接触，使产品不纯 ②产品Cl2和H2能混合遇火或强光会爆炸 H2 + Cl2 = 2HCl 解决方法： 使用阳离子交换膜 阳离子交换膜： ①把电解槽隔成阴极室和阳极室②防止H2和Cl2混合而引起爆炸③避免Cl2和NaOH反应，而影响NaOH的产量④能实现大量连续生产。 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图 Na＋不断从阳极区进入阴极区，而阴极区产生的OH－只能留在阴极区，可以得到浓度较高的NaOH溶液。 防止H2、Cl2混合发生爆炸。 避免Cl2与NaOH反应，影响NaOH的产量。 阳极区 阴极区 一.电解原理的应用 1.电解饱和食盐水----氯碱工业 增强其导电性，且不引进新的杂质 阳极金属钛网 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业，叫氯碱工业。 阴极碳钢网 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 一.电解原理的应用 【课堂练习】 【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 8 从铜矿石到景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 黄铜矿 紫铜胎体 景泰蓝工艺品 从铜矿石到景泰蓝工艺品 9 2、电镀：利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程 电镀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。 一.电解原理的应用 镍包钢芯 2.电镀 阳极材料： ；阴极材料：_______________: 电镀液：用含有 的溶液作电镀液。 电镀池的构成: 镀层金属 待镀的金属(镀件) 镀层金属离子 电镀的特点: 电镀液的组成及酸碱性保持不变 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。 电极材料 电极反应 阳极 阴极 电镀液 利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。 镀层金属Cu 镀件金属Fe 含镀层金属离子 CuSO4溶液 电解质溶液的浓度__________ Cu - 2e- === Cu2+ Cu2+ + 2e- === Cu 保持不变 3、电解精炼铜 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 一.电解原理的应用 　 3.电解精炼铜的原理 一.电解原理的应用 电极材料 电极反应 阳极 阴极 电解液 CuSO4溶液 粗铜 含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等 纯铜 Ag、Au等金属杂质失电子能力弱，会以单质形式沉积，形成“阳极泥”。 3、电解精炼铜 （浓度减小） Zn－2e- = Zn2＋ Fe－2e- = Fe2＋ Ni－2e- = Ni2+ Cu - 2e- === Cu2+ Cu2+ + 2e- === Cu 为什么电解液浓度减小？ 阳极减少的质量不等于阴极增加的质量 2.关于下列装置的说法正确的是：（ ） C A．装置①中Cu为正极，电极上大量气泡产生 B．装置①中e－的迁移方向是：Zn→导线→Cu→盐桥→Zn C．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铜棒 D．若装置②用于电解精炼铜，则电解前后溶液中的Cu2＋浓度保持不变 【课堂练习】 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 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） 4. 电冶金 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 一.电解原理的应用 ①工业制金属钠 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 2Na＋＋2e－ = 2Na 阳极 阴极 总反应 2NaCl（熔融）= 2Na ＋ Cl2↑ 电解 19 熔融NaCl 阴极 阳极 e- e- Na+ Cl- 总反应：2NaCl(熔融） === 2Na+Cl2↑ 电解 电解熔融NaCl制金属钠 阳极： 2 Cl－- 2e- ＝ Cl2↑ 阴极： 2 Na++2e- ＝ 2Na 20 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 4. 电冶金 一.电解原理的应用 电解 电解 【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。 电解原理的应用 22 二、电化学的有关计算 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。 【例】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 24 【例】2.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 25 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 26 Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　 $$