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第二节 电解池
第2课时
化学反应与电能
第四章
电镀
2
电冶金
1
本节重难点
本节重难点
工业上制备的铜，其含Cu约98.5%，还含有Fe、Ag、Au等杂质，为粗铜，需要通过再次精炼处理才能得到纯度为99.99%精铜，如何用电解的方法得到纯铜？
粗铜
精铜
电解CuCl2溶液
电解饱和NaCl溶液
阴极
阳极
石墨
石墨
阴极
阳极
铁钉
石墨
阴极用金属材料，目的在于增强电解池的导电性能
思考：选择电极材料时，需要注意哪些事项呢？
阴极
产物
阳极
产物
活性电极
惰性电极
电极材料失电子
与电极材料无关
溶液中阳离子根据放电顺序得电子
阳极
阴极
溶液中阴离子根据放电顺序失电子
归纳总结
(除金、铂)
分析3
阳极
材料：粗铜
阴极
材料：精铜
分析4
电解质溶液为硫酸铜溶液，其铜离子迁移到阴极得电子，析出为铜
电冶金
粗铜电解精炼得精铜
理论分析
分析1
如何让粗铜中的铜变成铜离子进入溶液？
分析2
粗铜生成铜离子，失去电子，发生氧化反应，反应在阳极进行
实验装置
电冶金
粗铜电解精炼得精铜
实验装置
备注：忽略粒子大小
阳极
阴极
(粗铜)
(纯铜)
Cu-2e-= Cu2+等
Cu2+ + 2e-= Cu
硫酸铜溶液
电冶金
粗铜电解精炼得精铜
实验装置
备注：忽略粒子大小
阳极
(粗铜)
Cu-2e-= Cu2+等
Zn - 2e- = Zn2+
Ni - 2e- = Ni 2+
Zn2+、Ni2+比Cu2+难还原，故不在阴极得电子析出，而只是留在电解质溶液里
硫酸铜溶液
粗铜含有铁 、银、金等杂质，接通直流电源后，粗铜中排在Cu前面的金属在阳极失电子，发生氧化反应，进入溶液中
电冶金
粗铜电解精炼得精铜
实验装置
备注：忽略粒子大小
阳极
(粗铜)
Cu-2e-= Cu2+等
银、金等金属杂质的失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子，故以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥
Zn - 2e- = Zn2+
Ni - 2e- = Ni 2+
硫酸铜溶液
阳极泥
可作为提炼金、银等贵金属的原料
电冶金
粗铜电解精炼得精铜
实验装置
备注：忽略粒子大小
阴极
(纯铜)
Cu2+ + 2e-= Cu
硫酸铜溶液
CuSO4溶液中Cu2+、H+以及阳极材料失电子溶解的Cu2+、Zn2+、Fe2+和Ni2+，都向阴极迁移
铜离子析出为铜单质，其他离子留在溶液中，从而达到粗铜精炼的目的
放电顺序：Cu2+＞H+＞Ni2+＞Fe2+＞Zn2+
电冶金
归纳总结
原理
实质
应用
金属冶炼的木质是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，用电解法可将通常极难被还厦的活泼金属 从它们的化合物中还原出来即称为电治金
Mn+ + ne- = M
电解法适用于冶炼用普通还原剂难以还原的金属，如钠、钙、镁、铝等活泼金属
生活中为了使金属增强抗腐蚀能力以及增加表面硬度和美观，通常在这些金属表面镀上一薄层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)
这是什么工艺呢？
电镀
定义
电镀是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。主要目的是增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度。镀层金属通常是铬、镍、银、黄铜等。
标价900 00
镀银水壶
标价1 000 000
镀金手表
标价5 000 000
镀金金条
以上是通过电镀完成的，表面为贵金属，内部则是价格低廉的一些金属(也就是假货)，那么，到底什么是电镀呢？
电镀
粗铜电解精炼得精铜
理论分析
电镀时，通常把待镀的金属制品一端作阴极，把镀层金属一端作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，镀件表面覆盖上一层均匀、光洁而致密的镀层
待镀金属(镀件)
镀层金属
电镀液
含镀层金属阳离子的电解质溶液
电镀金已有两百多年的历史。金镀层具有金黄色外观，具有良好的化学稳定性，使得电镀金镀层既可以作为装饰性镀层，又可作为功能性、防护性镀层。
电子工业发展，金价暴涨，大都采用镀薄金
英国人发明的氰化物镀金
1838年
20世纪40年代
出现了刷镀金(即选择性镀金)以及无氰镀金尤其是以亚硫酸盐镀金应用最广
20世纪60年代
出现了脉冲镀金和镭射镀金
20世纪80年代
电镀金发展历史
电镀
案例分析
电镀金原理(含氰法)
镀层金属
KAu(CN)2溶液
——金
阳极的电极材料是金，本身非常难失去电子，在溶液中的氰根离子的帮助下通过电解失去电子，同时溶液中的氢氧根也可以失去电子，变成水和氧气
4OH－4e- ＝ 2H2O+O2↑
说明
电极反应式
＝[Au(CN)2]-
Au＋2CN-－e-
待镀金属(镀件)
电镀
案例分析
电镀金原理(含氰法)
镀层金属
KAu(CN)2溶液
——金
金离子和氰根离子一起形成的更复杂的离子迁移到阴极得到电子，又析出金单质和氰根离子，水分子也可以得到电子，变成氢气和氢氧根
2H2O + 2e-＝H2↑ + 2OH-
说明
电极反应式
[Au(CN)2]- ＋e- ＝Au＋2CN-
待镀金属(镀件)
氰化物镀金工艺具有优良的镀液和镀层综合性能，至今仍是工业上广泛应用的镀金体系。氰化物体系具有高稳定性，CN-能够与Au+配位形成Au(CN)2-，络合稳定常数高达1038。但大量游离的CN-，不仅对操作人员的健康造成极大威胁，还存在腐蚀光刻胶等问题。
如何改进呢？
电镀
案例分析
镀金工艺改进
镀层金属
KAu(SO3)2溶液
——金
说明
电极反应式
[Au(SO3)2]- ＋e- ＝Au＋2SO3-
经研究，得出了利用亚硫酸根离子和金离子形成的复杂离子替代氰根和金离子形成的复杂离子的电镀金方法，填补了我国无氰镀金的空白
待镀金属(镀件)
电镀与电解精炼
电镀 电解精炼
装置
阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料 镀件金属Fe 纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
溶液变化 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
电解精炼
原因：
恢复方法：
思考：电镀过程中电解质溶液成分及浓度均保持不变，而电解精炼过程中，却减少，这是为什么呢？如何恢复呢？
根据得失电子守恒，溶解铜的量小于析出铜的量，故硫酸铜浓度逐渐减小
电镀过程中，溶液中的阳离子在阴极得到电子析出，根据得失电子守恒，溶质出去多少阳离子，阳极就下来多少阳离子，故过程中溶质浓度不变
“少什么加什么”
例如：电解硫酸铜溶液少的是铜和氧，可加入氧化铜或者碳酸铜等复原
电镀
原因：
目前有许多手机都采用了阳极氧化工艺，铝型材阳极氧化是一种电解氧化，铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品(阳极)上形成一层多孔而致密，平整且均匀的氧化铝，以防止铝合金进一步氧化，同时通过电解作用完成铝合金的上色。
阳极氧化工艺
(Al-C-H2SO4)
阳极
阴极
2Al-6e- + 3H2O= Al2O3 + 6H+
2H+ + 2e-= H2↑
1．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4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　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
答案　C
解析　电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作电解池的阳极和电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故③正确；在银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；需用硝酸银溶液作电镀液，故⑥正确。
2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性：Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂，没有锌、铁、镍
答案　D
解析　电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。
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中，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
答案　C
解析　电解MgCl2获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极时会失电子，所以阳极必须用惰性电极。
4.21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
答案　C
解析　由O2－的移动方向可知，b为电源正极，A错误；石墨电极作阳极，发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移0.4 mol电子，D错误。
5．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a为直流电源的正极
B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
C．工作时，乙池中溶液的pH不变
D．若有1 mol离子通过A膜，理论上
阳极生成0.25 mol气体
答案　D
解析　A项，制备铬，则Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，错误；B项，阴极反应式为Cr3＋＋3e－===Cr，错误；C项，工作时，甲池中硫酸根移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，错误；D项，若有1 mol离子通过A膜，即丙池产生1 mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，正确。
第二节
电解池
第2课时
电解精炼铜
电镀
装置
产物分析
定义
目的
构成
原理
电冶金
原理
实质
应用
THANKS
谢谢聆听

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