1.3 电能转变为化学能——电解 第2课时（同步课件）化学鲁科版选择性必修1

鲁科版选择性必修 1 第一章 化学反应与能量转化 第2课时 电解原理的应用 第3节 电能转变为化学能——电解 铜的电解精炼 2 1 3 电镀 氯碱工业 4 电冶金 1.根据电解的原理，能准确书写氯碱工业（电解饱和食盐水）、铜的电解精炼等）的电极反应式，并阐明其物质转化关系与工业价值； 2.能基于“电极材料（惰性/活性）→离子放电顺序→离子膜（或隔膜）条件”的认知模型，判断不同电解体系的产物种类与生成规律； 重点：食盐水离子膜、电镀、精炼铜电极分析； 难点：多离子放电顺序、膜分离机理、电镀/精炼溶液量变化。 3.能根据电解原理设计简单的电镀实验方案（如铁上镀铜），规范完成操作，树立科学态度与社会责任。 博物馆里的“青铜卫士” 这些沉睡了三千年的青铜瑰宝，在出土时往往伤痕累累——有的碎成十几块，有的表面覆盖着有害锈，有的纹饰模糊不清。把它们从‘病危状态’恢复到‘健康展出’，靠的不仅是考古学家的巧手，还有化学家的智慧。今天，我们就走进博物馆的修复实验室，看看电解原理如何化身‘青铜卫士’，守护这些国宝。” 后母戊鼎 氯碱工业 01 一、氯碱工业 环节一 强碱性清洗剂——氯碱工业制备氢氧化钠 按图所组装电解装置，电极材料为石墨，离子导体为饱和食盐水。 1、接通电源，观察电极表面出现的现象。根据已有的化学知识，设法检验两极附近溶液组成的变化并判断气体产物。 阴极： 阳极： 有气泡，且有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝 2、阴极附近滴入酚酞，溶液变红。 1、产生无色气体。收集气体，点燃能产生爆鸣声。 一、氯碱工业 环节一 强碱性清洗剂——氯碱工业制备氢氧化钠 2、判断阴极和阳极，写出电极反应式和电解反应的化学方程式。 阴极： 阳极： 2Cl- - 2e- = Cl 2↑ 2H+ +2e-= H2↑ 2H2O +2e-= H2↑+2OH- 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ H2↑+ Cl2↑ 通电 阴极产物 阳极产物 氯碱工业 一、氯碱工业 思考讨论 1、产品Cl2和NaOH溶液会反应吗？那么Cl2能和NaOH溶液接触吗？ Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O 2、产品Cl2和H2能混合吗？ 遇火或强光会爆炸 解决方法： 使用离子交换膜 生产设备：阳离子交换膜电解槽 不能 一、氯碱工业 环节一 强碱性清洗剂——氯碱工业制备氢氧化钠 Cl2 Cl－ Cl－ H2 Na＋ Na＋ H＋ OH－ 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 惰性电极 阴极 碳钢网 阳极室 阴极室 ＋ － a b c d 阳极：2Cl- －2e- = Cl2↑ Na＋ Na＋ 离子膜法电解饱和食盐水 一、氯碱工业 拓展延伸 离子交换膜的种类及特点 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过 阳离子移向原电池的正极(或者电解池的阴极) 是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。在应用时，主要是利用它的离子选择透过性。 一、氯碱工业 拓展延伸 离子交换膜的种类及特点 阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻止阳离子和气体通过 阴离子移向原电池的负极(或电解池的阳极) 质子交换膜：只允许H+通过，不允许其他阳离子或阴离子通过 一、氯碱工业 拓展延伸 离子交换膜的种类及特点 是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换 层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H+ 和 OH- 可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。 双极隔膜： 阳极 阴极 H+ H+ H+ H+ H+ H+ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ OH－ H+ H+ H+ H+ H+ H+ 朝向阴极方向，产生的是H+ 朝向阳极方向，产生 OH- 【例1】传统的石棉隔膜法电解饱和食盐水因电耗高、污染严重，已逐步被综合能耗低、污染小的新型离子交换膜法所取代，如用阳离子交换膜法电解食盐水制浓烧碱溶液的流程如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) D 一、氯碱工业 A.A极为阳极，Cl－发生氧化反应生成的气体X为Cl2B．溶液中Na＋通过阳离子交换膜从A极区移向B极区C．使用阳离子交换膜可避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的纯度D．常温常压下，每生成22.4 L气体Y，理论上能产生2 mol NaOH 【变式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Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 C 一、氯碱工业 通电 铜的电解精炼 02 任务二 “补缺修复”——通过电解获得高纯铜 二、铜的电解精炼 Zn - 2e- = Zn2+ Fe - 2e- = Fe2+ Ni - 2e- = Ni2+ Cu - 2e- = Cu2+ 阳极： 阴极：Cu2+ + 2e- = Cu 电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？ 减小，不断补充CuSO4溶液 阳极 粗铜 硫酸酸化的CuSO4溶液 阴极 ＋ － Cu Fe Zn Ni Ag Au 精铜 Cu2＋ Fe2＋ Zn2＋ Ni2＋ H＋ SO42－ Ag、Au H＋ e- e- 阳极泥 任务二 “补缺修复”——通过电解获得高纯铜 二、铜的电解精炼 【思考1】电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？ 减小，不断补充CuSO4溶液 【思考2】电解一段时间后，两电极质量改变相等吗？（提示：相对原子质量：Cu 64 Fe 56 Zn 65 Ni 59 ） 不相等 【例2】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－2e－===Cu2＋ 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 二、电解的基本概念和原理 【变式1】用含少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了x g，则(　　) A．电解液质量增加x g B．阴极质量增加x g C．阴极质量增加b g，b>x D．阴极质量增加b g，b<x D 二、电解的基本概念和原理 电镀 03 任务三 鎏金保护——青铜器镀上金或银以防腐 三、电镀 1.定义： 利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 2.目的： 使金属增强抗腐蚀能力，耐磨性能和改善金属制品的外观。 镀金 镀镍/铬 活动探究 铁钉镀铜 三、电镀 [实验用品] 铁钉、铜片、石墨棒、CuSO4溶液；烧杯、导线、电源。 [确定阴极] [确定阳极] 阴极反应物： 阳极材料： 阳极反应物： 是否需要保留待镀金属（镀件）？ 如何使镀层金属或合金沉积在镀件表面？ 是否需要补充消耗的镀层物质？ 铁钉 铜片 Cu Cu2＋ [构成闭合回路] 硫酸铜溶液 导线 离子导体： 电子导体： 阴极反应：Cu2＋＋2e－＝Cu 阳极：Cu－2e－＝Cu2＋ 阴极材料： 任务三 鎏金保护——青铜器镀上金或银以防腐 三、电镀 [实验用品] 铁钉、铜片、石墨棒、CuSO4溶液；烧杯、导线、电源。 [实验装置图] 【实验现象】 电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？ 不变 铁件表面镀一层红色的固体，铜片不断溶解。 任务四 规律归纳——电镀池模型 三、电镀 阴极 阳极 ＋ － e- e- 镀层金属 (镀件) 待镀金属制品 含镀层金属的电解质溶液 （电镀液） 实质: 阳极：M-ne- = Mn+ 阴极：Mn++ne- = M 思考：如何在青铜器镀上银？ 交流研讨 对比铜的精炼与电镀，完成表格 三、电镀 电极材料 电极材料 电极反应 电极反应 电解质溶液浓度的变化 阴极 阳极 阳极 阴极 电解质溶液浓度的变化 电解精炼铜 电镀铜 精铜 镀件 粗铜 纯铜 Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋等 Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu(精铜) Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋减少，比铜活泼的金属阳离子进入溶液 电解质溶液成分及浓度均不变 【例3】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 三、电镀 【变式】若要用电镀方法在铁表面镀一层金属银，应该选择的是（ ） D 三、电镀 方案 A B C D X 银 银 铁 铁 Y 石墨 铁 银 银 a溶液 AgNO3 AgNO3 Fe(NO3)3 AgNO3 电冶金 04 任务五 追溯源头——金属的冶炼 四、电冶金 1.定义： 使用电解法冶炼像钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的方法 2.金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 物理方法 热还原法 热分解法 电解法 铜的制备：H2 + CuO === H2O+Cu（粗铜） 高温 铁的制备：3CO + Fe2O3 === 3CO2+2Fe 高温 电解熔融的氯化钠制取金属钠 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 总反应： 任务五 追溯源头——金属的冶炼 2NaCl === Cl2↑+2Na 电解 电解熔融的氧化铝制取金属铝 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总反应： 2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 四、电冶金 【例3】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 四、电冶金 【变式】若要用电镀方法在铁表面镀一层金属银，应该选择的是（ ） D 方案 A B C D X 银 银 铁 铁 Y 石墨 铁 银 银 a溶液 AgNO3 AgNO3 Fe(NO3)3 AgNO3 四、电冶金 总反应式：2NaCl+2H2O=== 2NaOH+ H2↑+ Cl2↑ 电能转变为化学能——电解 氯碱工业 电镀 电冶金 电极反应式及电解质溶液的变化 电镀池的模型构建 ①金属冶炼的方法 ②电冶金制备金属Na、Al等 铁钉镀铜的实验探究 离子交换膜的种类及特点 铜的电解精炼 通电 阴极：精铜；阳极：粗铜；电解质溶液：硫酸铜溶液 1.下列描述中，不符合生产实际的是(　　) A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 A 2.利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是(　　) A．氯碱工业中，X、Y均为石墨，X附近能得到氢氧化钠溶液 B．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4溶液 C．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 D 3．用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的PO43-以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示： 下列说法中正确的是(　　) A．若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的PO43-除去 B．X电极为石墨，该电极上发生氧化反应 C．电解过程中Y电极周围溶液的pH变小 D．电解时废水中会发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO43-===4FePO4↓＋2H2O D 4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题，正确的是(　　) A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．“酸性水”具有强氧化性，能够杀菌 D．阴极反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－ C 感谢观看 更多练习见分层作业 鲁科版选择性必修 1