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电解池工作原理的应用
专题１ 化学反应与能量变化
苏教版 选择性必修1
电解原理在生产中有着广泛的应用。对于比较活泼的金属，我们常用电解其熔融盐的方法制取，如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融氯化钠、氯化镁，而铝的制取是通过电解熔融氧化铝。在氯碱工业中，通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料——烧碱和氯气。
一、氯碱工业——电解饱和食盐水
电解饱和食盐水时，发生如下反应：
2NaCl + 2H2O = 2NaOH ＋ H2↑＋Cl2↑
请与同学交流讨论下列问题：
1. 在氯化钠溶液中存在 Na＋、H＋、Cl－和OH－，请根据实验事实指出哪些离子优先在电极上发生反应。
2. 写出阴极和阳极的电极反应式。
通电
阳极：
阴极：
电解总反应：
Cl->OH－, H＋>Na＋
2Cl--2e-=Cl2↑
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
3. 如图1-23所示，电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，使得阴极区的OH－不能进入阳极区。电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的OH－进入阳极区？
离子交换膜的作用:
①、防止阴极区的OH-进入阳极区，与Cl2反应。
②、防止H2与Cl2混合发生爆炸。
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。
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。
在氯碱工业中，用离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图如下图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出 D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
阳极
阴极
饱和食盐水
稀食盐水
Na+
稀NaOH溶液
浓NaOH溶液
Na＋迁移
D
电解——人类创造新物质的重要手段
电的发明是人类历史上一个重要的里程碑，不仅提高了人类的生活质量，还实现了从电能到化学能的转变，“颠覆”了对化学变化的传统认识，一些在通常条件下不能进行的化学反应在通电条件下成为了现实。电解帮助人类创造出更多自然界不存在的新物质，成为化学重要分支——电化学或能源化学的基础，因此也形成了电解工业。
从本质上看，电解就是借助电流分解反应物，将电子提供给溶液或熔融态中的某些微粒，使其获得电子生成新的物质。在使用电解手段之前铝是稀缺金属，时至今日每年通过电解得到的铝已逾千万吨计，成为生产、生活中常用的金属材料。电解除广泛应用于金属矿物冶炼、金属精炼外，还促进了电镀、污水处理等领域的技术革命，为新的制造业的发展提供了理论基础。
二、铜的电解精炼
铜的电解精炼
图1-24是铜的电解精炼示意图。精炼铜的电解槽中的电解液是用硫酸酸化的硫酸铜溶液。与直流电源正极相连的电极是含有锌、金、银等杂质的粗铜块，作为电解池的阳极，它在电解时发生氧化反应，金属铜和比铜活泼的金属杂质（如锌等）转化为阳离子进入溶液，粗铜中金、银等活动性较弱的金属在阳极沉积下来，形成阳极泥。分离、处理阳极泥可得到金、银等贵重金属。与直流电源负极相连的电极是纯铜薄片，作为电解池的阴极，溶液中的铜离子获得电子成为金属铜析出，得到纯度大于99.9%的精铜（电解铜）。
粗铜中往往含有铁、锌、金、银等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。请你依据铜的电解精炼示意图分别写出阴阳极的电极反应式。
Zn -2e-= Zn2+
Fe-2e-= Fe2+
Cu -2e-=Cu2+
Cu2++2e-=Cu
不如铜活泼的金、银
思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
略微减小，有杂质离子Zn2+、Fe2+、Ni2+
工业精炼铜
利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是（ ）（双选）
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极上发生的反应为Cu2++2e-=Cu
C.粗铜连接电源的负极，其电极反应为Cu2++2e-=Cu
D.电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥
B.D
阴极
正极
三、电镀
1、定义：
应用电解的原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
2、电镀的目的：
①提升美观和增加表面硬度；
②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。
电镀所用的镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易被腐蚀的金属或合金，如铬、镍、银、铜等。
电镀——铁钉镀锌
1. 实验准备
仪器：托盘天平、烧杯、试管、玻璃棒、镊子、药匙、导线、细砂纸、直流电源（6~9 V）。
药品和试剂：铁钉、锌片、2 mol·L-1 NaOH溶液、浓盐酸、ZnCl2、KCl、硼酸、浓硝酸、蒸馏水。
电镀——铁钉镀锌
2. 实验操作
（1）电镀液配制：先向烧杯中加入50 mL蒸馏水，加入3.5 g ZnCl2，再加入12.5 g KCl、1.5 g硼酸，搅拌使固体溶解，调节溶液的pH为5~6。
（2）镀件的处理：用细砂纸打磨铁钉，用水洗净；把铁钉放入80℃2 mol·L-1 NaOH溶液中浸泡5 min，除去油污，洗净；再将铁钉放入45 ℃的浓盐酸中浸泡2 min，取出，洗净；最后将铁钉放入V(浓硝酸)∶V (水)＝1∶100的稀硝酸中浸泡3~5 s，取出，洗净。
（3）电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通6 V的直流电源，电镀20~25 min，观察并记录现象。
3. 记录与结论
除去铁钉表面的氧化物
3、电镀的装置
金属材料电镀时，通常以为 阴极，以 为阳极，
用 作电解质溶液。
在直流电的作用下，镀层金属在待镀金属制品表面形成均匀、光亮而致密的镀层。
待镀金属制品
镀层金属
含有镀层金属离子的溶液
特点：阳极本身参加电极反应；
电解质溶液的浓度保持不变。
Ag＋+e－=Ag
Ag－e－=Ag＋
1、若要在铜片上镀银，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用CuSO4溶液作电解质溶液 ⑥用AgNO3溶液作电解质溶液
A. ①③⑥ B. ②③⑥ C. ①④⑤ D. ②③④⑥
C
2、用电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr2O72- ）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应： Cr2O72- + 6Fe2++14H+ =2Cr3++ 6Fe3++7H2O，最后 Cr3+ 以 Cr(OH)3 形式除去。下列说法中错误的是 （ ）
A. 阳极反应为Fe-2e- =Fe2+
B. 电解过程中废水的pH不发生变化
C. 电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D. 电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O72- 被还原
B
塑料电镀
同学们在选购衣服时可能会注意到 ， 一些衣服上金闪闪或银灿灿的纽扣让服装的色彩更加协调，给人一种赏心悦目的美感。但也许你会发现，这些看上去像金属材质的纽扣很轻，并没有印象中的金属质感。其实这漂亮的“金属”纽扣不是金属的，而是塑料的，它们表面金色或银色的华贵外衣，是采用化学方法电镀上去的。
事实上，把金属外衣镀到塑料制品上并不是一件容易的事。因为塑料是绝缘体，无法直接将金属镀到塑料制品的表面。但这难不倒化学工作者，他们经过多番实验，终于发明了一种名为ABS的新型塑料。这种塑料一旦碰上铬酸，表面就会受腐蚀，产生许多微孔，在电镀工业上叫粗化。将这种材料粗化后，再采用化学方法，使用氯化亚锡、硝酸银和硫酸铜等溶液，通过化学反应使已粗化的塑料表面附着一层能导电的金属薄膜，这样就可以用电镀法将镍、铬等金属外衣“披”在塑料制品上了。
由于塑料电镀制品兼有塑料的质量轻、易成型和金属镀层的美观等特点，因而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。
电解的应用
电解熔融氯化钠
电解饱和食盐水
铜的精炼
电镀

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