第二单元 化学能与电能的转化 第4课时（教学课件） 化学苏教版2019选择性必修1

该高中化学课件聚焦电解原理的应用，涵盖电冶金、电解饱和食盐水、铜的电解精炼及电镀。通过铝的历史故事导入，衔接电解原理，以“知识导航”“思考讨论”为支架，引导学生从原理过渡到实际应用。 其亮点在于融合化学观念（如电冶金中能量转化）、科学思维（构建离子交换膜作用分析模型）与科学探究（铁钉镀锌实验、微观动画），典型范例与练习题结合。助力学生深化理解，教师可高效开展教学。

专题1 化学反应 与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第4课时 电解原理的应用 苏教版2019选择性必修1 铜的电解精炼的性质 3 电解饱和食盐水 2 知识导航 电镀 4 1 电冶金 明·学习目标 1.通过对电冶金、氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化，了解离子交换膜在电解中的作用。 2.建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 引·新课导入 利用电解法冶炼金属是电解原理的重要应用之一。 铝是当今社会广泛应用的金属材料之一，然而在19世纪却被称为“银色的金子”，其价格远超金、银等贵金属。据说，拿破仑三世曾以铝制刀叉具招待贵宾，而华盛顿纪念碑的顶帽也于1885年采用金属铝打造。你知道为什么吗？ 01 电冶金 1.工业制金属钠 探·知识奥秘 一、电冶金 （1）原理：电解熔融态氯化钠 （2）电极反应式和总反应式 阳极： 阴极： 总反应： 2Cl-－2e- = Cl2↑ 2Na+ + 2e- = 2Na 2NaCl === Cl2↑+2Na 使用电解法冶炼像钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解 2.工业制金属镁 探·知识奥秘 一、电冶金 （1）原理：电解熔融态氯化镁 （2）电极反应式和总反应式 阳极： 阴极： 总反应： 2Cl-－2e- = Cl2↑ Mg2+ + 2e- = Mg MgCl2 === Cl2↑+Mg 使用电解法冶炼像钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 海水提镁流程图 电解 3.工业制金属铝 探·知识奥秘 一、电冶金 （1）原理：电解熔融态氧化铝 （2）电极反应式和总反应式 阳极： 阴极： 总反应： 使用电解法冶炼像钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 6O2- - 12e- = 3O2↑ 4Al3+ + 12e- = 4Al 2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 3.工业制金属铝 探·知识奥秘 一、电冶金 【思考】（1）工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3? （2）冰晶石的作用是什么？ 资料：（1）AlCl3是共价化合物；Al2O3是离子化合物。 （2）Al2O3熔点2050℃。 解析：（1）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。（2）助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点（降低成本） 1．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 析·典型范例 C 02 电解饱和食盐水 探·知识奥秘 二、 电解饱和食盐水 1.电极反应和电解反应 【思考与讨论】已知电解饱和食盐水时，发生如下反应： 请与同学交流讨论下列问题： （1）在氯化钠溶液中存在 Na+、H+、Cl-和OH-，请根据实验事实指出哪些离子优先在电极上发生反应。 （2） 写出阴极和阳极的电极反应式。 （3） 如图所示，电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，使得阴极区的OH-不能进入阳极区。电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的OH-进入阳极区？ 探·知识奥秘 二、 电解饱和食盐水 2.工作原理 【解析】 （1）阳极上Cl-优先发生反应，阴极上OH-优先发生反应。 （2）阳极： 阴极： （3）防止阴极区的OH-进入阳极区，主要是因为OH-会与Cl2发生反应：Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。 2Cl- － 2e- = Cl2↑ 2H2O + 2e- = H2 ↑+2OH－ 阳离子交换膜(允许阳离子Na+通过，Cl－、OH－和气体不能通过）的作用：①防止阴极区的OH-进入阳极区发生副反应； ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 探·知识奥秘 二、 电解饱和食盐水 2.工作原理 － + 阳离子交换膜 Na+ 精制饱和NaCl溶液 阳极室 阴极室 H2O（含少量NaOH） Cl2 Cl2 H2 H+ 浓NaOH溶液 淡盐水 OH- Cl- 把电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠的工业生产叫做氯碱工业 探·知识奥秘 二、 电解饱和食盐水 3.离子交换膜 （1）分类：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类： 类型 阳离子交换膜（阳膜） 阴离子交换膜（阴膜） 质子交换膜 性能 只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子和分子通过 只允许阴离子通过，不允许阳离子和分子通过 只允许H＋通过，不允许其他阳离子、阴离子和分子通过 （2）作用： (1)能将两极区隔离，阻止两极区生成的物质接触，防止发生副反应。 (2)能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 探·知识奥秘 二、 电解饱和食盐水 3.离子交换膜 （3）“隔膜”电解池的解题步骤： ①分清隔膜类型：隔膜属于阳膜、阴膜还是质子膜，判断允许哪种离子通过 隔膜； ②分析微粒变化：写出电极反应式，判断隔膜两侧离子变化，推断电荷变化， 根据电荷平衡判断离子迁移方向； ③分析隔膜作用：在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物 之间发生反应或避免产物因发生反应而造成危险。 (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 1．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是(　) 析·典型范例 A．装置出口①处的物质是氯气 B．出口②处的物质是氢气，该离子 交换膜只能让阳离子通过 C．装置中发生的反应的离子方程式： D．该装置是将电能转化为化学能 C (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 2．NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) 析·典型范例 A．若直流电源为铅蓄电池，则b极为Pb B．阳极反应式为ClO2＋e－=ClO2- C．交换膜左侧NaOH 的物质的量不变，气体X为Cl2 D．制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由 交换膜左侧向右侧迁移 C 03 铜的电解精炼 三、铜的电解精炼 探·知识奥秘 1. 电解池的构成和电极反应 (1)电解池的构成： 阳极：粗铜（含有铁、锌、银、金等多种杂质） 阴极：纯铜 电解质溶液：硫酸酸化的硫酸铜溶液 (2)电极反应式 阳极反应式： Zn -2e-= Zn2+、Fe-2e-= Fe2+、 Cu -2e-=Cu2+等，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥 阴极反应式：Cu2++2e-=Cu 三、铜的电解精炼 探·知识奥秘 2. 工作原理 电解精炼铜微观动画 三、铜的电解精炼 探·知识奥秘 2. 工作原理 【思考与讨论】 （1）电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？ （2）阴极增重与阳极减重相等吗？ 【解析】（1）电解质CuSO4溶液的浓度不断减小，故工业生产中需不断补充电解质； （2）阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 1．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述 正确的是(　　) 析·典型范例 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应是 Cu = Cu2+ + 2e- D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 D A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 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，下列叙述正确的是（ ） （已知氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+） 析·典型范例 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含有Cu、Pt等金属 D 04 电 镀 四、电镀 探·知识奥秘 1. 概念 应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 2. 目的 ①提升美观和增加表面硬度； ②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。 3. 电镀池的构成 ①阳极：镀层金属，通常是一些在空气中或溶液里 不易被腐蚀的金属或合金，如铬、镍、银、铜等； ②阴极：待镀金属制品，也叫镀件； ③电镀液：含有镀层金属离子的溶液。 四、电镀 探·知识奥秘 4. 基础实验——铁钉镀锌 （1）实验准备：仪器：托盘天平、烧杯、试管、玻璃棒、镊子、药匙、导线、细砂纸、直流电源（6~9 V）。 药品和试剂：铁钉、锌片、2 mol·L-1NaOH溶液、浓盐酸、ZnCl2、KCl、硼酸、浓硝酸、蒸馏水。 （2）实验操作： ① 电镀液配制：依次向烧杯中加入50 mL蒸馏水、3.5 g ZnCl2、12.5 g KCl、1.5 g硼酸，搅拌使固体溶解，调节溶液的pH为5~6； ② 镀件的处理：铁钉依次用用细砂纸打磨、NaOH溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净； ③ 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通6 V的直流电源，电镀20~25 min，观察并记录现象。 （3）实验现象： 锌片逐渐溶解，铁钉表面逐渐覆盖一层银白色镀层， 发生的反应为：阳极：Zn-2e-=Zn2+；阴极：Zn2++2e-=Zn 四、电镀 探·知识奥秘 【思考与讨论】 请设计一个在铁汤匙上镀银的电镀池，并思考： （1）在电解前后电镀液的浓度是否改变？ （2）阴极增加的质量与阳极减少的质量是否相等？ 解析：电极反应式： 阴极：Ag＋＋e－=Ag； 阳极：Ag－e－=Ag＋。 故含银离子的溶液浓度不变，且阴极增重=阳极减重 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 1．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(　　) 析·典型范例 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 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 2．某同学欲在铜钥匙上镀锌，下列有关说法正确的是(　　) 析·典型范例 A．用铜钥匙作阳极，碳棒作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液 B．Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中 C．Zn作阳极，铜钥匙作阴极，ZnSO4溶液作电镀液 D．在电镀过程中，溶液中的Zn2＋浓度减小，Cu2＋浓度增大 C 理·核心要点 电解原理的应用 电冶金 电解饱和食盐水 工作原理 工业制金属钠 工业制金属镁 工业制金属铝 电极反应 和电解反应 铜的电解 精炼 电解池的构成 和电极反应 工作原理 电镀 离子交换膜 概念、目的、构成 实验——铁钉镀锌 1．利用如图装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极上反应式是 4OH--4e-=2H2O+O2↑ B．在铁片上镀铜时，X是纯铜 C．电解精炼铜时，Y是粗铜 D．制取金属铝时，Z是氯化铝溶液 练·技能实战 B 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 2．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　) 练·技能实战 D A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小 解析  以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O 2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。 A．1-氯丙烷 B．1，2-二氯丙烷 C．1-氯丙烯 D．2-氯丙烯 3．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) 练·技能实战 A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C．溶液中SO42-向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 D 4．电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示装置中，E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色。下列说法不正确的是(　　) 练·技能实战 A．用甲装置精炼铜时，C电极材料为粗铜 B．乙装置中E电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑ C．用丙装置给铜件镀银，当乙中溶液的OH－浓度是0.1 mol·L－1时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为5.4 g D．电解一段时间后，发现丁中Y极附近溶液红褐色加深，则Fe(OH)3胶体带正电荷 D 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版2019选择性必修1