1.2 化学能与电能的转化 第4课时（教学课件）化学苏教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦电解原理的应用，涵盖氯碱工业、电解精炼铜、电镀及电冶金，通过“智造新能源汽车的化学密码”导入，承接上节课电解原理，以任务驱动搭建从实验室探究到工业应用的学习支架。 其亮点是结合真实情境激发兴趣，通过铁钉镀锌实验、氯碱工业离子交换膜分析等培养科学探究与实践能力，以问题链发展科学思维，帮助学生建立理论与实践联结，教师可依托结构化资源高效落实素养教学。

苏教版选择性必修 1 专题1 化学反应与能量 第4课时 电解原理的应用 第二单元 化学能与电能的转化 1 氯碱工业 2 电解冶炼金属 1 3 电解精炼铜 4 电镀 学习内容导览 2 1. 通过深入分析氯碱工业、电镀工艺、电解精炼铜及电冶金等典型工业案例，理解电解原理在物质制备、提纯及金属冶炼领域的关键作用，建立理论知识与工业生产实践的深度联结。 2. 能够精准分析电解装置的结构特点与工作流程，逐步构建起系统、完整的电解原理应用认知体系，提升化学用语的规范表达能力。 重点：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。 难点：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。 素养锚定·课标定位 制造一辆现代化的新能源汽车，离不开各类高性能材料的支撑：耐腐蚀的车身镀层守护整车品质，轻质高强的铝合金轮毂助力续航提升，高纯度的铜质电气系统保障电力高效传输，而生产环节所需的烧碱、氯气等基础原料更是化工基石。这些关键材料的规模化生产，背后都隐藏着同一个核心化学原理——电解。今天，就让我们一起揭开“智造”新能源汽车背后的化学密码！ “智造”一辆新能源汽车的化学密码 情境启思·任务缘起 氯碱工业 01 5 任务一 实验室探究电解饱和食盐水 【思考】回顾上节课的知识，已知氯化钠溶液中存在 Na+、H+、Cl-和OH-，请指出电解饱和食盐水时哪些离子优先在电极上发生反应？分别写出阴极、阳极的电极反应与总反应。 一、氯碱工业 阴极 阳极 离子放电顺序 电极反应 总反应 H+＞Na+ Cl-＞OH- 2H2O＋2e-=== H2↑+2OH- 2Cl-－2e- === Cl2↑ 2NaCl + 2H2O === 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 分层研学·探理悟新 任务一 实验室探究电解饱和食盐水 一、氯碱工业 【实验器材】U形管、惰性电极、直流电源、 玻璃棒、饱和食盐水、酚酞溶液、淀粉碘化钾 试纸等。 【实验现象】阳极上有气泡产生，可闻到刺激 性气味，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；阴极上 也有气泡产生，阴极区溶液变红。 【实验结论】阳极上产生了氯气，阴极上产生了氢气。 【思考】能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH？ 电解产物之间能够发生化学反应，NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火或强光能发生爆炸。 分层研学·探理悟新 一、氯碱工业 1. 氯碱工业定义 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。 任务二 了解氯碱工业及其的原理 分层研学·探理悟新 2. 氯碱工业工作原理： Cl2 H2 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O(含少量NaOH) 阳离子交换膜 阳极金 属钛网 阴极 碳钢网 + － 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阴极：2H2O +2e- =H2＋2OH－ 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 补充Na+和Cl- 增强溶液导电性 氯碱工业规律： 阳氯阴氢碱，进啥出啥。(避免Cl2与NaOH反应，防止Cl2和H2混合而引起爆炸) 一、氯碱工业 任务二 了解氯碱工业及其的原理 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。 分层研学·探理悟新 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 性能 阳离子交换膜（阳膜） 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 阴离子交换膜（阴膜） 只允许阴离子通过，不允许阳离子和分子通过 质子交换膜 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。 一、氯碱工业 任务二 了解氯碱工业及其的原理 分层研学·探理悟新 【例1】我国科学家设计了一种将电解饱和食盐水与电催化还原 相耦合的电解装置(如图)。下列说法错误的是 A．生成CO的一极为阴极 B．阴极上的电极反应式为 C．当电路中转移2mol电子时，阴极增重16g D．阴阳两极的电解质溶液均可用稀硫酸酸化。 C 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是 A.电极A接电源正极，发生氧化反应 B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH- C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D.改进中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 B 典例剖析·逻辑释疑 电解精炼铜 02 13 任务三 分析电解精炼铜的原理 二、电解精炼铜 铜导线 黄铜矿（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质） ? 精炼 铜矿石经过处理后得到的铜一般是粗铜，含有很多杂质金属，这样不利于铜的使用，为了得到更纯净的铜，就需要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％)。 分层研学·探理悟新 任务三 分析电解精炼铜的原理 二、电解精炼铜 1. 电解精炼铜的装置 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. 电解精炼铜的原理 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 分层研学·探理悟新 任务三 分析电解精炼铜的原理 二、电解精炼铜 1. 电解精炼过程中，电解液组分（如浓度、酸碱性）是否变化？ Cu2+浓度减小，需定期补充电解液 2. 阴阳两电极的质量差有何变化？阴极增重与阳极减重相等吗？阳极泥有何作用？ 阳极减轻，阴极增重，且阴极增重与阳极减重不相等；提炼贵金属、稀有金属、其他有价金属 思考： 分层研学·探理悟新 【例1】利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是（ ）（双选） A.电解时以精铜作阳极 B.电解时阴极上发生的反应为Cu2++2e-=Cu C.粗铜连接电源的负极，其电极反应为Cu2++2e-=Cu D.电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥 BD 典例剖析·逻辑释疑 【变式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(　　) 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 典例剖析·逻辑释疑 电镀 03 19 任务四 实验探究铁钉镀锌 三、电镀 【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。 【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。 分层研学·探理悟新 【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 三、电镀 任务四 实验探究铁钉镀锌 总结： 电镀是应用电解的原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 电镀除了提升美观和增加表面硬度之外，更主要的目的是增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化等，所以电镀所用的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。 分层研学·探理悟新 三、电镀 1. 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。 任务五 认识电镀 2. 常见的电镀池 如电镀银，阳极：金属银，阴极：待镀金属。 分层研学·探理悟新 【例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(　　) 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 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】若在铁片上镀锌，以下叙述错误的是(　　) A.把铁片与电源的正极相连 B.电解质必须用含有锌离子的可溶性盐 C.锌极发生还原反应 D.铁极的电极反应式为Zn2+ +2e-==Zn AC 典例剖析·逻辑释疑 电冶炼 04 25 任务六 探究电冶金原理 四、电冶金 得电子，被还原 Mn+ M +ne- 正价 0价 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 富集法 通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来 原理： 比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，使金属离子得电子被还原。 分层研学·探理悟新 任务四 探究电冶金原理 四、电冶金 2NaCl (熔融) 2Na + Cl2↑ MgCl2 (熔融) Mg + Cl2↑ 2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2↑ 电解 冰晶石 助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点 【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)工业电解法制钠、镁、钾和铝能用水溶液吗？ (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)电解法制钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液，因为水先放电。 分层研学·探理悟新 【例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 C 典例剖析·逻辑释疑 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 体系梳整·认知升华 B 1．下列关于金属的冶炼反应错误的是 A．冶炼银： B．冶炼镁： C．冶炼铬： D．冶炼铝： 当堂诊学·成效校验 2．用石墨电极电解 溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 A．电极Y为阳极 B．电解一段时间后，溶液的pH变大 C．电极X的反应为 D．X电极材料改用铜，电解总反应不变 C 当堂诊学·成效校验 3．Co是磁性合金的重要材料。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸。下列说法不正确的是 A．Co电极的电势低于石墨电极 B．A膜为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜 C．利用该装置每制取5.9 g单质Co，产品室中盐酸的质量就增加7.3 g D．电解结束后，阳极室溶液的pH增大 D 当堂诊学·成效校验 4．一种利用 、 制备金属锂的装置如图所示。下列说法正确的是 A．b的电势高于a的电势 B．隔膜为阴离子交换膜 C．消耗 可产生 D．利用该装置制备金属锂可在常温下进行 C 当堂诊学·成效校验 5．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是 A．电极A接电源正极，发生氧化反应 B．电极B的电极反应式为： C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D．外电路中转移2 mol电子，阳极区质量变化117 g B 当堂诊学·成效校验 6．以 熔融碳酸盐燃料电池为电源，模拟在铁棒上镀铜，装置如图所示。下列说法错误的是 A．外电路中电子流向：通CO的Pt电极→导线→Fe电极 B．装置甲中通 的Pt电极反应式： C．镀铜总反应式： D．若将镀铜装置换为粗铜精炼装置，则粗铜应与甲装置中的右侧Pt电极相连 C 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 1 36 $