4.2 电解原理的应用 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦电解原理的应用，系统涵盖氯碱工业、电镀、电解精炼铜及电冶金等核心内容。通过知识回顾惰性电极电解饱和食盐水的反应，结合“交流-讨论”分析副反应问题，引出离子交换膜解决方案，构建前后知识衔接的学习支架。 其亮点在于以化学观念为统领，通过离子交换膜作用、电镀池构成等实例，体现物质转化与结构决定性质；以科学思维为核心，设计“Cu²⁺浓度变化”等问题链引导证据推理；融入塑料电镀等拓展内容，强化科学探究与实践。采用问题驱动与实例分析结合的教学方法，助力学生建立学科观念，教师可高效开展工业应用教学。

第 2 节 电解池 第四章 化学反应与电能 第（ⅲ）课时 　电解原理的应用 知识回顾 氯碱工业——用惰性电极电解饱和食盐水 惰性电极(石墨)电解饱和食盐水的电极反应和总反应方程式。 阴极： . 阳极： . 总反应： . 2H+ + 2e− == H2↑ 2Cl− ﹣2e− == Cl2↑ ❶. Cl2 + 2OH− == Cl− + ClO− + H2O 使用如图所示装置进行电解，分析反应过程中可能存在的副反应： 2NaCl + 2H2O ===== Cl2↑+ H2↑+ 2NaOH 电解 2Cl− + 2H2O ===== Cl2↑+ H2↑+ 2OH− 电解 ❷. Cl2 + H2 ===== 2HCl 光照 2H2O + 2e− == H2↑+ 2OH− ❷.避免生成物 H2 和 Cl2 混合爆炸 ❶.避免 Cl2 接触 NaOH 溶液反应，使产品不纯 电解饱和食盐水要解决的主要问题是什么？ Cl2 + 2NaOH == NaCl + NaClO + H2O 混合遇火或遇强光爆炸 使用离子交换膜 【交流-讨论】： Na+ 失电子能力： Cl− ＞ OH− 得电子能力：H+ > Na+ 阳离子交换膜 D C B A NaCl 溶液 阳极室 阴极室 H2O( 含少量 NaOH ) + - OH- Cl- H+ Na+ Cl2 淡盐水 NaOH溶液 H2 ● 氯碱工业 失电子能力： Cl− ＞ OH− 得电子能力：H+ > Na+ OH- Cl- H+ Na+ Cl2 淡盐水 NaOH溶液 H2 ● 氯碱工业 阳极产物 阴极产物 D C B A NaCl 溶液 阳极室 阴极室 H2O( 含少量 NaOH ) + - 阳离子交换膜 阴极室加入含少量 NaOH 的目的：增强溶液导电性 Na+ NaOH 精制饱和 NaCl 溶液 阳离子交换膜的作用： ❶.能传导溶液中的阳离子 ❷.阻止阴离子和气体分子通过 氯碱工业（生产流程） 阳离子交换膜电解槽 氯碱工业产品主要有： NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等 以电解饱和食盐水为原理的氯碱工 业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、 纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中 广泛应用。 电镀：利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加工工艺。 目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀池的构成（在铁制钥匙上面镀铜）： 阳极：镀层金属 Cu 电极反应：Cu ﹣ 2e− == Cu2+ 阴极：镀件铁制钥匙 电极反应：Cu2+ + 2e− == Cu 电解质溶液：含 Cu2+ 的盐溶液（ CuSO4 溶液 ） 电镀 镀件（待镀金属） 镀层 金属 不 变 电解质溶液Cu2+ 浓度如何变化？ 电镀池的构成——以在铁制品表面镀铜为例： 镀层金属通常是一些在空气或 溶液中不易发生变化的金属（如铬、 镍、银）和合金（如黄铜） ● 电镀 镀 层 金 属 铜 镀件 ( 铁制品) 阳极 阴 极 阴极( 还原反应 )： CuSO4 溶液 阳极( 氧化反应 )： 直流电源 - + 镀 金 奖 杯 景 泰 蓝 电解质溶液：含镀层金属阳离子的电解质( CuSO4 )溶液。 与金属制件相比，塑料电镀制品不仅可以实现很好的金属质感， 而且能减轻制品重量，在有效改善塑料外观及装饰性的同时，也改善 了其在电、热及耐蚀等方面的性能，提高了其表面机械强度。但 电镀用塑料材料的选择却要综合考虑材料的加工性能、电镀的难易程度以及尺寸精度等因素。 随着工业的迅速发展、塑料电镀的应用日益广泛，成为塑料产品中表面装饰的重要手段之一.目前国内外已广泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、 酚醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀， 其中尤以ABS塑料电镀应用最广，电镀效果最好。 塑料电镀 拓展视野 2NaCl ( 熔融 ) ===== 2Na + Cl2↑ 电解 二、电镀　电冶金 NaCl Cl2 阴 阳 阴 阴极环绕在阳极外面， 两极之间用隔膜 D 隔开。 熔融 NaCl 阴极 阳极 e− e− Na+ Cl − （还原反应） 2Na+ + 2e− == 2Na （氧化反应） 2Cl− ﹣2e− == Cl2↑ 粗 铜 纯 铜 粗铜：Cu－2e－===Cu2＋ 纯铜：Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4 溶液 粗铜中含锌、银、金等杂质，结合电解原理如何设计电解池进行粗铜的精炼? 阳极粗铜中金属锌失电子吗？ 2. 电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质) 电解质溶液中Cu2＋浓度减小 主要反应：Cu(粗铜)－2e－===Cu2+ Ag、Au等活动性较弱的金属在阳极沉积形成阳极泥 Cu2+＋2e－===Cu(精铜) 阳极 （粗铜） 其他反应：Zn－2e－===Zn2+等 阴极 （精铜） 2.电解精炼 (粗铜含锌、银、金等杂质) 主要反应：Cu(粗铜)－2e－===Cu2+ Ag、Au等活动性较弱的金属在电解槽底部沉积形成阳极泥 Cu2+＋2e－===Cu(纯铜) 阳极 其他反应：Zn－2e－===Zn2+等 阴极 阴极 阳极 粗铜 纯铜 CuSO4溶液 电解质溶液中Cu2＋浓度如何变化？(不变、增大或减小) 减小 电解——人 类创造新物质的重要手段 电的发明是人类历史上一个重要的里程碑，不仅提高了人类的生活质量，还实现了从电能到化学能的转变，在化学领域中“颠覆”了对传统的化学变化的认识，一些不能进行的化学反应在通电条件下成为了现实。电解帮助人类创造出更多自然界不存在的新物质，成为化学重要分支学科—— 电化学或能源化学的基础，因此也形成了电解工业(或称电化学工艺)。 从本质上看，电解就是借助电流分解反应物，将电子提供给溶液或熔融态中的某些微粒，使其获得电子生成新的物质。在使用电解手段之前铝是稀缺金属，时至今日每年通过电解得到的铝已逾千万吨计，成为生产、生活中常用的金属材料。电解除广泛应用于金属矿物冶炼、金属精炼外，还促进了电镀、污水处理等领域的技术革命，为新的制造业的发展提供了理论基础。 学科提炼 3.电冶金 (1)金属冶炼： Mn＋＋ne－===M (2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液， 应电解其熔融态。 (熔融) 电解 Mg + Cl2↑ MgCl2 阳极：2Cl- － 2e- == Cl2 ↑ 阴极：Mg2++ 2e- == Mg 阳极：6O2- － 12e- == 3O2↑ 阴极：Al3++3e- == Al 电解 冰晶石 2Al2O3(熔融) 4Al+ 3O2↑ 2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ 电解 阳极：2Cl- － 2e- == Cl2 ↑ 阴极：Na++ e- == Na 离子的放电顺序 (1)阳极：若阳极为惰性电极(如石墨、铂等)，则溶液中阴离子放电， 常见阴离子的放电顺序：S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子； 若阳极为活性电极，如Fe、Cu、Ag等，则电极本身放电， 电极反应式为M－ne－===Mn＋。 (2)阴极：溶液中阳离子放电 放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… 特别提醒 归纳总结 (1)电解精炼过程中的“两不等”： 电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”： “一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解； “一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 1.“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和食盐水，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。 完成下列填空： (1)a为电源的___(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为 电解池的___极。 (2)d电极的电极反应式：_________________________， 电解产生消毒液的总化学方程式为___________________________。 负 阳 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应 2NaCl＋2H2O==2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 电解 下端Cl2 上端产生 NaOH 一、电解饱和食盐水——氯碱工业 OH- Cl2↑ H2↑ - + 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，思考回答下列问题： (1)阳极发生_____反应，其电极反应式：________________________________ ________________。 (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加_______(填“相等”或“不相等”)。 (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有___________、Ni2＋等 (4)电解后，电解槽底部含有________等金属。 氧化 Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－===Fe2＋； Zn－2e－===Zn2＋ 不相等 阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，结合电子守恒 Fe2＋和Zn2＋ Cu和Pt Fe、Zn失电子成阳离子，但Cu和Pt沉降到电解槽底部 正误判断 (1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液(　　) (2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区(　　) (3)工业冶炼金属铝时，电解熔融态AlCl3 (　　) √ √ × 2.若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是 ①将铜片接在电源的正极　 ②将银片接在电源的正极　 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　 ④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　 ⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A.①③⑥ B.②③⑥ C.①④⑤ D.②③④⑥ 铜作阴极与电源负极相连； 银作阳极和电源正极相连； 电解质溶液为硝酸银溶液； 铜片上反应是Ag＋＋e－===Ag； 银片上反应是Ag－e－===Ag＋； 用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜； √ 3.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 √ 4.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题： (1)电解时粗铜作 极，连接电源的 极，电极反应为___________________ ；纯铜作 极，电极反应为__________ 。 (2)电解质溶液应选择 (填字母)。 A.CuCl2溶液 B.CuSO4溶液 C.ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量 等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过电子为 mol。 阳 正 Cu－2e－===Cu2＋， Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋ 阴 Cu2＋＋2e－ ===Cu B Ag、Au 0.2 比铜活泼的Fe、Zn先失电子，然后铜失电子；Ag、Au等金属沉积在电解槽底部 Cu 0.1 mol，Cu是＋2价金属 5.如图为工业电解熔融氧化铝冶炼铝的装置示意图。 (1)写出电解时的电极反应式及总反应方程式：_____________________ _________________________________________________________。 (2)资料表明Al2O3的熔点为2 054 ℃，冰晶石(Na3AlF6)的熔点为1 000 ℃，用电解Al2O3制取金属铝时会加入冰晶石，其作用是____________________。 (3)该电解过程要在1 000 ℃以上进行，工业上冶炼铝过程中会发生阳极损耗， 试分析发生阳极损耗原因： _______________________________________ _______________________________________。 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－==4Al 2Al2O3(熔融)===4Al +3O2↑ 电解 作助熔剂，降低熔点 高温下，阳极产生的氧气与碳块反应生成CO、CO2 5.如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是 A.电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应 C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 D.蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触 √ 溶液中的Cl－在该极失电子被氧化，溶液的碱性不增强 铁丝作阴极，水电离出的H＋在该极发生还原反应得到氢气 生成氢气，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 6.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 √ 银片为阳极，Ag＋向阴极移动 镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。 7.21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛， 装置如图所示，下列叙述正确的是 A.a为电源的正极 B.石墨电极上发生还原反应 C.阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ D.每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 √ b为电源正极 石墨电极作阳极，发生氧化反应 转移0.4 mol电子 负极 正极 阴极 阳极 还原反应 氧化反应 阳极 离子交换膜是“具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜”，常运用于膜电解和电渗析等离子交换膜法技术中。它具有选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少等特点，在水处理、环保、化工、冶金等领域都有广泛应用。 离子交换膜的种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。 离子交换膜的作用： ①隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应； ②用于制备某些物质：通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质； ③对物质进行分离、提纯等。 归纳总结 NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ $