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电解原理的应用
第1章 化学反应与能量转化
学习目标
01
认识电解在实现物质转化中的具体应用。
02
能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题。
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？
课堂导入
一、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:
一、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。
一、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
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
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：
思考与讨论
该装置有什么缺点？
2NaCl＋2H2O ==== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
通电
H2和Cl2 混合不安全。
Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。
如何改进装置呢？
隔离阴阳极，控制离子移动
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。
一、电解食盐水
离子交换膜是一类高分子膜，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。
工业电解食盐水制备烧碱
一、电解食盐水
二、铜的电解精炼
冶炼铜得到的是粗铜，需要电解精炼才能得到高纯度99.99%的精铜，如何用电解的方法得到纯铜？
粗铜
（Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au……）
粗铜生成铜离子，应该在哪一极进行？
电解质溶液选择原则。
二、铜的电解精炼
粗铜
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
阴极：Cu2+ 比 H+ 、Zn2+、Fe2+ 和 Ni2+ 等离子优先在阴极上得到电子被还原
二、铜的电解精炼
粗铜
精铜
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
二、铜的电解精炼
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。
二、铜的电解精炼
三、电镀
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
使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。
请应用电解原理，设计实验方案，在铁钉上镀铜。
电镀池的设计：
三、电镀
材料 电极反应式
阳极
阴极
电镀液 ——
Cu2+ +2e-＝Cu
Cu－2e-＝Cu2+
铜板
铁钉
CuSO4溶液
特点：
电镀材料的选择：
阴极——镀件
电镀液——含有镀层金属离子的溶液
阳极——镀层金属
阳极本身参加电极反应；电解质溶液的浓度保持不变(电镀液的组成及酸碱性保持不变)。
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。
电化学储能技术
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
课堂总结
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
反馈训练
反馈训练
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
反馈训练
3. 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．在冶金工业上，常用电解法制取钠、镁、铝等金属
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
A
反馈训练
4. 下列关于电解氯化钠水溶液（两根石墨棒作电极）的叙述正确的是（　　）
A. 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
B. 若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色
C. 电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
D. 电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
B
反馈训练
5. 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

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