4.2 电解池 第2课时 电解原理的应用（同步课件）化学人教版选择性必修1

人教版选择性必修 1 第四章 化学反应与电能 第2课时 电解原理的应用 第2节 电解池 1 电镀 2 电解饱和食盐水 1 电冶金 3 学习内容导览 2 1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，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。 重点：理解电解原理及在生产生活中的应用，电解有关计算； 难点：解电解原理及其应用，电极反应式的书写。 素养锚定·课标定位 电解与元素的发现 伏打电池的发明，引起了化学家利用电解方法研究元素的兴趣。 电解原理的应用 情境启思·任务缘起 电解饱和 食盐水 01 5 任务一 用石墨电极电解饱和食盐水，并思考下列问题! 一、电解饱和食盐水 分层研学·探理悟新 1.电解饱和食盐水 知识总结 一、电解饱和食盐水 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＋Cl2↑＋H2↑ 电解 电解 通电前，食盐水中NaCl 和H2O发生电离，在溶液中存在着Na+、Cl -、H+、OH -4 种自由移动的离子。通电时，这些离子改作定向运动。在阳极，Cl -比OH -容易失去电子，Cl -被氧化生成氯气；在阴极，H+比Na+容易得到电子，H+被还原生成氢气。 分层研学·探理悟新 任务二 按照这套装置用于工业生产会遇到什么问题？ 一、电解饱和食盐水 Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O H2 + Cl2 = 2HCl Cl2能和NaOH溶液不能接触，使产品不纯，产品Cl2和H2能混合遇火或强光会爆炸 解决方法：使用离子交换膜 分层研学·探理悟新 8 2.离子交换膜法电解饱和食盐水 知识总结 工业生产中，这个反应在离子交换膜电解槽中进行。离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。 一、电解饱和食盐水 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，将电解槽隔成阳极室和阴极室。可避免H2和Cl2混合；同时避免Cl2和NaOH反应从而影响NaOH的产量。 分层研学·探理悟新 3.离子交换膜法制烧碱工作原理 知识总结 一、电解饱和食盐水 － + 淡盐水 阳极室 阴极室 阳 极 金属钛网 阴 极 碳钢网 阳离子交换膜 精制饱和NaCl溶液 Na+ Cl2 H2O（含少量NaOH） H2 H+ OH— Cl— 允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过) NaOH溶液 分层研学·探理悟新 10 知识总结 4.氯碱工业 一、电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料。习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业（如图4-11）。 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑ 电解 Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O H2 + Cl2 = 2HCl 分层研学·探理悟新 【例1】氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水，装置示意图如图。下列说法错误的是( ) A．a为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．b极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．电解时，Na+穿过离子交换膜进入阳极室 D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从d处流出 C 一、电解饱和食盐水 典例剖析·逻辑释疑 电镀 02 13 任务三 景泰蓝工艺品是怎么做出来的吗？ 二、电镀 景泰蓝工艺的镀金就是电镀 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电镀 电镀是一种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。 二、电镀 ①主要目的是增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度 ②镀层金属通常是铬、镍、银、黄铜等。 分层研学·探理悟新 知识总结 2.电镀池的构成 二、电镀 + 镀件 镀层金属 － 含镀层金属离子的盐溶液 ⑴阴极-待镀金属 ⑵阳极-镀层金属 一般是在空气或溶液中不易起变化的金属（Cu、Ni、Zn、Ag） ⑶电解液-含镀层金属阳离子的盐溶液 ⑷电镀的特点：电镀液的组成及酸碱性保持不变 分层研学·探理悟新 任务四 粗铜电解精炼得精铜 二、电镀 火法炼铜得到的铜必须经过电解精炼才能用于电器制造等。 分层研学·探理悟新 知识总结 3.电解精炼铜的原理 电解精炼过程与电镀过程相似。 二、电镀 阳极泥（含Ag、Au、Pt等） 硫酸酸化的CuSO4溶液 e－ e－ － ＋ 阳极 阴极 粗铜 精铜 氧化反应 还原反应 Cu2++2e-=Cu Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+ Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ Cu2+的浓度有所下降。 分层研学·探理悟新 知识总结 3.电解精炼铜的原理 二、电镀 电解精炼时，以待精炼的铜作阳极，以纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。 阳极上Cu 变成Cu2+而溶解，其中含有的一些杂质则沉积在电解槽底部形成阳极泥，阳极泥可作为提炼金、银等的重要原料。阴极上Cu2+变成Cu 析出，得到含铜量为99.95％~ 99.98％的电解铜。 分层研学·探理悟新 【例2】粗铜含锌、铁、镍、银、Pt、金等杂质，工业可用如图原理电解精炼铜，以下说法不正确的是( ) A．阳极材料是粗铜，只发生Cu-2e-=Cu2+ B．阴极材料是精铜，只发生 Cu2++2e-=Cu C．SO42-离子在电解过程中向阳极移动 D．电解质溶液中Cu2+浓度减小，Au、Ag、Pt等金属沉积形成阳极泥 A 二、电镀 典例剖析·逻辑释疑 电冶金 03 21 任务五 电解与元素的发现 三、电冶金 历史上伏打发明电池以后，引起化学 家利用电解方法研究元素的兴趣。由电解法分离的元素及利用新分离出的元素提纯的其他元素如下表。 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电冶金 三、电冶金 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn++ne - =M。 由于电解法可将通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来，所以是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的一种重要方法。 1807年 电解熔融碳酸钾制得钾； 电解熔融碳酸钠制得钠。 1808年 电解制得镁、钙、锶、钡； 用钾还原无水硼酸制得硼。 戴维 分层研学·探理悟新 23 知识总结 2.工业制金属钠 三、电冶金 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 2Na＋＋2e－ = 2Na 2NaCl（熔融）= 2Na ＋ Cl2↑ 电解 阳极 阴极 总反应 分层研学·探理悟新 知识总结 3.工业制金属镁和铝 ⑴工业制金属镁 ⑵工业制金属铝 三、电冶金 阳极：2Cl - －2e- = Cl2↑ 阴极：Mg2+ + 2e- = Mg 总反应：MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑ 电解 阳极：6O2- －12e- =3O2↑ 阴极：4Al3+ + 12e- = 4Al 总反应：2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 烟罩 阳极C 电解质 熔融态铝 钢壳 钢导电棒 耐火材料 阴极C 分层研学·探理悟新 任务六 电化学过程的系统思想与方法 由相互联系、相互作用的若干部分组成并具有一定功能的整体称为系统。作为事物的一种普遍存在形式，系统无处不在。例如，原电池、电解池各自都可以看作一个系统。基于系统思想的研究方法，注重分析与综合、局部与整体、结构与功能、系统与环境等方面的相互联系和作用。例如，在比较原电池和电解池的异同时，可以认识到：作为一个系统，原电池和电解池的装置构成是基本相同的；工作时，它们都涉及电极上发生的氧化还原反应及电解质溶液中阴、阳离子的定向迁移；不同之处在于，原电池是系统发生化学反应对环境做电功，电解池则是环境对系统做电功并使其发生化学反应；等等。学会运用系统思想与方法，会对你今后的学习带来启发和帮助。 电化学过程的系统思想与方法 三、电冶金 作为一个系统，原电池和电解池的装置构成是基本相同的；工作时，它们都涉及电极上发生的氧化还原反应及电解质溶液中阴、阳离子的定向迁移 分层研学·探理悟新 知识总结 4.串联电化学装置及相关计算 ⑴串联电化学装置 三、电冶金 铜丝 Zn片 Cu片 电流表 ZnSO4 CuSO4 ①多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。 原电池 电解池 ②与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。 分层研学·探理悟新 知识总结 4.串联电化学装置及相关计算 ⑵电化学的有关计算 三、电冶金 ①三个计算原则 阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 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 正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 分层研学·探理悟新 【例3】利用电化学原理可同时将SO2、CO变废为宝，装置如图所示(电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是( ) A．a为负极，发生氧化反应，电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=SO42-＋4H＋ B．装置工作时，电子从c极流入b极，然后经溶液流入a极 C．d电极反应式为CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O D．若b极消耗32gO2，则Y中左侧溶液质量减轻36g B 三、电冶金 典例剖析·逻辑释疑 电解原理的应用 电解饱和食盐水 1.电解饱和食盐水 2.离子交换膜法电解饱和食盐水 3.离子交换膜法制烧碱工作原理 电冶金 1.电冶金 2.工业制金属钠 电镀 4.氯碱工业 1.电镀 2.电镀池的构成 3.电解精炼铜的原理 3.工业制金属镁和铝 4.串联电化学装置及相关计算 体系梳整·认知升华 1．氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是( ) A．Na+能通过离子交换膜 B．产品NaOH溶液从c口导出 C．从B口补充饱和溶液NaCl D．用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3，有利于氯气的逸出 D 当堂诊学·成效校验 2．铁制品镀铜的电镀装置如下图所示，下列说法中不正确的是( ) 资料：Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+ A．铜片接电源的正极 B．电镀过程中SO42-向阳极移动 C．随铜单质析出电解质溶液中c(Cu2+)减小 D．加入氨水后可使铜缓慢析出，镀层更致密 C 当堂诊学·成效校验 3．21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 C 当堂诊学·成效校验 4．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是(　　) A．该过程是电能转化为化学能的过程 B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO3-＋8e－===CH4＋8CO32-＋2H2O C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变 D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降 C 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 人教版选择性必修 1 https://www.zxxk.com/user/13354804 35 Lavf58.20.100 wxmmcibr22dr0100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $