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电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
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。
2.深化对电解原理的理解。
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)
一、电解饱和食盐水—氯碱工业
NaCl Na+ + Cl-
H2O H+ + OH-
向阴极迁移
向阳极迁移
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)
一、电解饱和食盐水—氯碱工业
【思考】产品Cl2能和NaOH溶液接触吗？能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH ？
不能，可以使用阳离子交换膜隔离阴阳极！
（1）Cl2 与 NaOH 反应 ：Cl2 + 2OH- ==== ClO- + Cl- + H2O
（2）H2 与 Cl2 混合易爆炸：H2 + Cl2 ==== 2HCl
一、电解饱和食盐水—氯碱工业
+
-
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。
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。
阴极室加入含少量NaOH的水目的：增强溶液导电性。
一、电解饱和食盐水—氯碱工业
3. 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
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。
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。
二、电镀
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。
二、电镀
电镀银
阴极
阳极
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
“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；
电镀过程中的“一多，一少，一不变”
“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
三、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
三、铜的电解精炼
Cu–2e- === Cu2+
Fe–2e- === Fe2+
阴极放电顺序：
Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+
阳极放电顺序：
金属 ＞ OH- ＞ SO42-
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。
粗铜
精铜
三、铜的电解精炼
电解质溶液浓度在电镀前后不相等；
电解精炼过程中的“两不等”
粗铜
精铜
阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
四、电冶金
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+ +ne- === M
【思考】NaCl溶液和电解熔融的NaCl，电极反应式是否一样？
2NaCl(熔融)
电解
2Na + Cl2
2e-
↑
2Cl-
Cl2
-
阳极：
阴极：
e-
Na+
+
Na
总反应：
↑
电解熔融氯化钠装置示意图
NaCl进口
NaCl
(熔融)
Cl2出口
Na
(液态)
Na出口
阴极
阴极
阳极
四、电冶金
工业制金属钠：
工业制金属镁：
工业制金属铝：
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。
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
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。
电解与元素的发现
伏打电池的发明，引起了化学家利用电解方法研究元素的兴趣。由电解法分离的元素及利用新分离出的元素提纯的其他元素如下表。
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
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
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
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
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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