资源简介

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化学反应与能量转化
第一章
1.3电能转化为化学能——电解
章节脉络
电解原理的应用
电解的原理
第一章
化学反应与能量转化
1.2化学能转化为电能——电池
1.1化学反应的热效应
1.3电能转化为化学能——电解
1.4金属的腐蚀与防护
电解原理的应用
核心素养目标
1. 宏观辨识与微观探析
从宏观视角理解电解精炼铜、电镀、氯碱工业等生产过程，从微观层面分析离子在电极表面的氧化还原反应机理，建立认知关联，阐释电解技术实现物质转化与提纯的本质。
2. 证据推理与模型认知
通过分析电解应用的生产数据、实验现象及产物特性，推理电解过程的反应规律；构建分析模型，能运用模型解释不同工业场景下电解参数的优化依据。
3. 科学探究与创新意识
针对电解应用中的实际问题，设计实验方案改进工艺条件；关注电解技术前沿，尝试从原理出发提出新型电解应用方向，培养创新思维与实践能力。
学习重难点
重点：
1. 掌握电解精炼铜、电镀、氯碱工业等典型应用的工艺流程，明确各流程中电解原理的具体体现。
2. 能够书写电解应用过程中的电极反应式和总反应式，分析物质转化和能量变化情况。
难点：
1. 将电解原理迁移应用于新型电解技术（如电催化合成、废水处理），解决实际工程问题。
2. 从电解原理出发，综合考虑能耗、成本、环保等因素，优化电解工艺条件和设备设计。
课前导入
生活中处处有电解的身影。闪亮的电镀饰品、消毒用的次氯酸钠溶液、锂电池的电极材料，这些都离不开电解技术。
那么，电解是如何实现这些神奇转化的呢？
电解食盐水
PART 01
电解食盐水
实验探究 —— 电解饱和食盐水
实验室电解饱和食盐水装置图
按如图所示组装电解装置，电极材料为石墨，离子导体为饱和食盐水。
1. 请你分析饱和食盐水中可能存在哪些离子，在电场中它们的移动方向如何，可能发生的电极反应是什么。
2. 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。
3. 判断阴极和阳极，写出电极反应和该电解反应的化学方程式。
电解食盐水
电解食盐水
电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气
①阳极上有黄绿色有刺激性气味的气体产生。
②阴极上有气体产生，阴极附近溶液变红色。
实验现象
电解时，OH-、Cl- 移向阳极，H+、Na+ 移向阴极。
①阳极电极反应：2Cl- - 2e- == Cl2↑，氧化反应。
②阴极电极反应：2H+ + 2e- == H2↑，还原反应。
原理分析及电极反应:
电解食盐水
+
-
精制饱和NaCl
淡水
Cl2
H2
NaOH溶液
H2O含少量NaOH
Cl-
Cl2
OH-
Na+
阳离子交换膜
阳 阴
2H++2e- H2↑
2Cl--2e- Cl2↑
在食盐水的电解过程中，由于阴极区 H+ 浓度变小，水的电离平衡向生成 H+ 和 OH- 的方向移动，而且随着 H+ 不断变为氢原子并最终形成氢气逸出，阴极区溶液中的 OH- 越来越多。
总反应
电解食盐水
水是一种极弱的电解质，水分子能电离出极少量的 H+ 和 OH- 。水的电离过程达到平衡状态时可以表示为：H2O H+ + OH- ，当 H+ 或 OH- 的浓度改变时，该平衡会发生移动。
水的电离
电解食盐水
离子在电极表面得到或失去电子的过程通常叫作“放电”。当电解质溶液中存在多种阳离子或阴离子时，离子在电极上放电的顺序是存在某种规律的。根据大量的实验事实，人们总结出一些离子的放电顺序。
阴极上，金属阳离子得电子能力越强越先放电。通常，常见阳离子的放电顺序为：
离子放电顺序
电解食盐水
离子放电顺序
对于阳极来说，阳极材料为金属（铂、金等惰性金属除外）时，通常金属阳极材料优先失去电子；阳极材料为石墨时，电解质溶液中的阴离子失去电子，阴离子失电子能力越强越先放电。通常，常见阴离子的放电顺序为：
电解食盐水
工业电解食盐水制备烧碱
电解食盐水是氯碱工业的基础。工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止 OH- 移向阳极，以使 Na+ 和 OH- 在阴极溶液中富集。目前，比较先进的方法是用阳离子交换膜将两极溶液分开。
电解食盐水
工业电解食盐水制备烧碱
离子交换膜（简称离子膜）是一类高分子膜，它能选择性地使物质通过。阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子则不能通过。在电解食盐水的过程中，Na+ 不断从阳极区进入阴极区，而阴极区不断产生的 OH- 只能留在阴极附近的溶液中，因此由阴极附近的溶液可以得到浓度较高的 NaOH溶液。
铜的电解精炼
PART 02
铜的电解精炼
铜是重要的金属材料，它的主要用途之一是制作导线，这要求铜具有很高的纯度。工业上主要从黄铜矿中提炼铜。冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称“粗铜”。杂质的存在使粗铜的导电性不够理想，工业上常通过电解法除去粗铜中的这些杂质制得精铜。
铜的电解精炼
粗铜
精铜
离子导体
阳极 发生的主要反应是粗铜作为电极反应物氧化为 Cu2+ 而进入溶液
Cu2+ 比 H+ 、Zn2+、Fe2+ 和 Ni2+ 等离子优先在阴极上得到电子被还原
阴极
铜的电解精炼
粗铜中的锌、铁和镍等比铜活泼的金属也发生氧化反应，变成金属阳离子进入溶液。
银、金、铂等不如铜活泼的金属在电解过程中不发生氧化反应，最终沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥。
粗铜
精铜
离子导体
铜的电解精炼
粗铜
精铜
离子导体
在铜的电解精炼过程中，作为阳极的粗铜不断溶解，铜在阴极上不断析出，结果使粗铜变成精铜（工业上常称为电解铜）。精铜纯度可达到 99.95% ～ 99.98%，完全能满足作为导线的要求。电解过程形成的阳极泥中银、金、铂等贵金属的含量较高，具有提取回收价值。
电镀
PART 03
电镀
实验探究 —— 铁钉镀铜
电镀
电镀定义：应用电解原理在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
电镀铜实验装置
电镀池的设计：
一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作为电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；镀件与直流电源的负极相连，作为阴极。如铁钉镀铜。
电镀的主要目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品外观。
电镀
电化学储能技术
钒液流电池的结构及工作原理示意图
充电时，具有较高能量的产物被泵回储液罐，将能量储存起来。放电时，发生相反的过程，储液罐中的离子被泵回，在正极室和负极室分别得到或失去电子，释放电能。由于储液罐和反应场所是分离的，液流电池能够突破传统电池的体积限制，这样就可以将储液罐做得很大，以增大储能容量。
课堂小结
离子放电顺序
电解原理的应用
电解食盐水
电镀
实验现象
原理分析及电极反应
铜的电解精炼
水的电离
阳极反应
阴极反应
电镀定义
电镀池的设计
电镀的主要目的
随堂训练
1.如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图(所用电极均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)
A.从E口逸出的气体是H2
B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C.标准状况下每生成22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOH
D.若B口不加入物质，则电解一段时间后加适量盐酸可以使电解质溶液恢复到电解前的浓度
D
随堂训练
2.锡(Sn)是生活中常用的金属，电解精炼锡精矿(单质Sn:70%，单质Cu、Pb、Fe、Zn:28%)可获得Sn，装置如下：(已知:H2SiF6为强酸)
下列说法正确的是(　　)
A.a为外加电源的正极
B.A是阳极泥，其成分为Cu、Fe、Pb
C.电路中每转移2 mol电子，d电极质量减轻119 g
D.H2SiF6的作用是为了抑制Sn2+的水解
D
随堂训练
3.塑料电镀制品既有塑料的质量轻、易成型的特点，又有金属镀层的美观等特点，因此塑料电镀被广泛用于汽车、摩托车、家用电器的零部件和水暖器材的生产。已粗化(塑料表面有许多微孔)的塑料勺电镀银的装置如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.a为电源的负极
B.保持其他条件不变,若将电极X的材料换成Cu，
塑料勺首先镀上的金属仍为银
C.电镀一段时间后，溶液的pH变小
D.电极Y上发生还原反应，失去电子
B
随堂训练
4.利用如图所示装置模拟电解在工业生产的应用，
下列说法正确的是(　　)
A.若要在铁片上镀铜，Z为FeSO4溶液
B.若要在铁片上镀铜，X、Y分别为纯铜和铁片
C.若Z是饱和NaCl溶液，电解一段时间后，Y电极析出少量的Na
D.若Z是饱和NaCl溶液，X电极首先发生的电极反应是
4OH--4e-═2H2O+O2↑
B
随堂训练
5.利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.a极反应：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
B.A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C.该装置工作时还可得到产物NaOH、H2、Cl2
D.a极上通入2.24 L甲烷(标准状况)，阳极室Ca2＋减少0.8 mol
D
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