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第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
第2课时 电解原理的应用
学习目标
1.认识电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的实际应用(重点)。
2.深化对电解原理的理解(重、难点)。
一、电解饱和食盐水—氯碱工业
1. 氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，可制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品。
2. 电解饱和食盐水的原理(惰性电极)
NaCl Na+ + Cl-
向阴极迁移
向阳极迁移
H2O H+ + OH-
阴极：还原反应
放电顺序:H+ ＞Na+
2H2O＋2e－==H2↑+2OH－
阳极：氧化反应
放电顺序: Cl- ＞ OH －
2Cl － －2e － == Cl2↑
2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH-
电解
2. 电解饱和食盐水的原理(惰性电极)
【思考】能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH ？为什么？
原因：2NaCl +2H2O ==== H2 ↑ + 2NaOH + Cl2↑
通电
不能
（1）Cl2 与 NaOH 反应 ：Cl2 + 2OH- ==== ClO- + Cl- + H2O
（2）H2 与 Cl2 混合易爆炸：H2 + Cl2 ==== 2HCl
用离子交换膜隔开可以
3. 氯碱工业生产流程
(2)阳离子交换膜的作用：
①能传导溶液中的阳离子；②阻止阴离子和气体分子通过。
(1)阳离子交换膜电解槽
(3)阴极室加入含少量NaOH的水目的：增强溶液导电性。
阳离子交换膜电解槽
离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图
4. 氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。
(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
二、电镀
3.电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)
阳极材料：镀层金属Cu
电极反应：Cu－2e－=== Cu2＋
阴极材料：镀件铁制钥匙
电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。
1.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的加工工艺。
2.目的：可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。
电镀锌
Zn
通电前：
H2O
H+
OH-
+
通电时：
阴极：Zn2++ 2e- === Zn
阳极：Zn - 2e- === Zn2+
ZnSO4溶液
Fe
ZnSO4
Zn2+
+
SO42?
?
二、电镀
电镀银
阳极
阴极
电镀液
Ag+ + e－ === Ag
Ag - e－ === Ag+
阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
现象：
待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。
含银离子溶液浓度不变。
特点：
二、电镀
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”为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。
镀金
镀银
镀合金（黄铜）
镀锌铁丝
二、电镀
三、电解精炼铜
阴极放电顺序：
Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+
阳极放电顺序：
金属 ＞ OH- ＞ SO42-
Cu–2e- === Cu2+
Fe–2e- === Fe2+
Zn－2e－ === Zn2＋
Cu2＋＋2e－ === Cu
电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。
电解精炼过程中的“两不等”
电解质溶液浓度在电镀前后不相等；
阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
三、铜的电解精炼
四、电冶金
工业制金属钠：
工业制金属镁：
工业制金属铝：
像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，很难用其他还原剂还原，工业上常用电解法冶炼。
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。
?
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
AlCl3是共价化合物；Al2O3是离子化合物，熔点2050 ℃。
冰晶石Na3AlF6降低Al2O3的熔化温度，在铝电解中作为助溶剂。
四、电冶金
电解熔融氯化钠
阴极：
e-
Na+
+
Na
阳极：
2e-
↑
2Cl-
Cl2
-
总反应：
2NaCl(熔融)
电解
2Na + Cl2
↑
1.如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是（ ）
A.电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应
C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D.蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
D
课堂练习
2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　)
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
D
课堂练习
3.21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
C
课堂练习
本节内容结束

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