资源简介

(共31张PPT)
选择性必修1(人教版2019)
第四章 ·化学反应与电能
第二节 电解池
第3课时
电解原理的应用
奥运金牌是纯银镀金，按照规定，镀金不低于6克；银牌则是百分之百纯银，铜牌中95%-98%的成分为铜，再加上一部分锌。预计6000枚奥运奖牌将会用去超过1吨的黄金和白银。
思考：制作奥运金牌时，如何纯银上镀金？
【导】
目录
氯碱工业
01
精炼铜 电镀 电冶金
02
习
学
目
标
1.通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，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
NO.1
氯碱工业
氯气和烧碱是重要的化工原料。
工业上利用电解饱和食盐水制氯气和烧碱，称为氯碱工业。
Cl2
NaOH
用惰性电极电解食盐水，两极的产物是什么？
电解原理应用
阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
Cl－>OH－
阳极离子放电顺序：
阴极反应：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
H＋>Na＋
阴极离子放电顺序：
总反应化学方程式：
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
电解
2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－
电解
【思考】根据电解原理，分析使用惰性电极电解食盐水时，如何制得氯气和烧碱？
－
+
Cl2
Cl2
Cl—
H2
Na+
H+
OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
离子交换膜
阳 极
金属钛网
阴 极
碳钢网
阳极室
阴极室
氯碱工业:离子交换膜法制烧碱
阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。
【思考】此装置是否能实现工业上大批量、安全稳定生产氯气和烧碱呢？
第一个问题:
(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯, Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O
(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:混合遇火或遇强光爆炸.
粗盐成分：
除杂过程:
注意离子加入顺序
第二个问题：精制食盐水
－
+
Cl2
Cl2
Cl—
H2
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
阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。
离子交换膜的作用：
a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量。
氯碱工业
电 解 饱 和 食 盐 水
液碱
湿氢气
湿氯气
NaOH
含氯漂白剂
Cl2
H2
HCl
有机合成
造纸
玻璃
肥皂
纺织
印染
有机合成
氯化物合成
农药
盐酸
有机合成
金属冶炼
图4－1 氯碱工业产品及其应用
我国的氯碱工业
交换膜的分类及应用
知识拓展
NO.2
精炼铜
电镀
电冶金
铜导线
黄铜矿
（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）

精炼
黄铜矿
粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）
精铜
【思考】粗铜中含Cu约98.5%，还含有Fe、Ag、Au等杂质，怎么用电解的方法得到纯铜？请设计实验。
　　 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。
【评】
粗铜：含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等)
阳极：
Zn－2e- ＝ Zn2+
Fe －2e- ＝ Fe2+
Ni －2e-＝ Ni2+
Cu－2e-＝ Cu2+
Zn
Fe
Ni
Cu
Ag Au
Cu2+ + 2e- ＝Cu
阳极泥
阴极: 　
纯铜
粗铜
问题：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
减小
电解精炼铜
粗铜精炼
电镀与生产生活
思考交流
如果想在铁制品上镀上铜，该如何设计实验？
电极反应：
阳极：
Cu-2e-=Cu2+
阴极：
Cu2++2e-＝Cu
1、含义：
应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方法。
2、目的：
使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。
3、电镀池的构成
（1）阴极-待镀金属
（2）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）
（3）电解液-含镀层金属阳离子的盐溶液
+
镀件
镀层金属
－
含镀层金属离子的盐溶液
电 镀
①电极式：
阳极：Cu - 2e- = Cu2+
阴极：Cu2+ + 2e- = Cu
②电镀液：
含Cu2+离子的电解质溶液
【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？
电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？
不变
电镀液的组成及酸碱性保持不变
4、电镀的特点：
电解池、电解精炼池、电镀池的比较
电解池 电解精炼池 电镀池
定义
形成 条件
电极 名称
电极 反应
将电能转变成化学能的装置。
①两电极接直流电源
②电极插人电解质溶液
③形成闭合回路
阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。
①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极
②电解质溶液须待提纯金属的离子
阳极：不纯金属；
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。
①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
阳极：镀层金属；
阴极：镀件
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
【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。
【评】
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子还原成金属单质的过程：Mn+ + n e- = M
对于像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。
电解是最强有力的氧化还原手段
Ag+>Fe3+>Cu2+ > H+(酸）> Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> H+(水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳离子得电子能力
金属活动顺序表倒过来
只有在熔融状态下可以放电，在水溶液中由于水可以电离出H+，它们没有机会放电
阴极（与电极材料无关）：发生还原反应，溶液中的阳离子得电子。
电冶金
（活泼金属的制备）
1、电解熔融氯化钠冶炼钠
阴极：2Na+ + 2e- = 2Na
阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑
总反应：2NaCl(熔融) === 2Na+Cl2↑
电解
【思考】电解熔融NaCl的方法可制备金属钠，金属Mg、Al如何制备呢？
2、电解熔融的氯化镁：（制取金属镁）
阳极：2Cl - －2e- = Cl2↑
阴极：Mg2+ + 2e- = Mg
总反应：MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑
电解
3、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
【思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化铝而不用氯化铝？
原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费了能量 ；氯化铝是共价化合物，共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。
助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
课堂小结
1. 下列叙述错误的是（ ）
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
C
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．电解时阳极发生还原反应
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
3. 关于下列各图的说法中，正确的是（ ）
A．①中阴极处能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体
B．②中待镀铁制品应与电源正极相连
C．③中电子由b极流向a极
D．④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
D
4.德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在《科学》杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570℃的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到80%.
该电解池采用了能传导某种离子（ H+、 Li+、F-、 O2- ）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。
写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。
固体复合氧化物
阳极：3H2→6H+＋6e－
阴极：N2+6H++6e→2NH3
通电
电解反应 ：N2+3H2 2NH3

展开更多......

收起↑