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电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
电解原理的应用
学习目标
1. 通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析， 认识电能与化学能之间的能量转化。
2. 建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
课堂导入
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？
一、电解饱和食盐水
【温故】电解饱和氯化钠溶液，得到什么产物？
饱和NaCl溶液
阴极 阳极
离子
分析 电极反应
产物 检验方法
总反应 Cl- OH-
Na+ H+
点燃法检验H2
酚酞溶液检验碱性
湿润淀粉KI试纸检验Cl2
2H2O +2e－ =H2 ↑ +2OH－
2Cl--2e－=Cl2↑
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
电解
一、电解饱和食盐水
总反应：
使湿润的KI淀粉
试纸变蓝
溶液变红
阳极
阴极
阳极区域
2NaCl +2H2O H2↑+ 2NaOH + Cl2↑
电解
阴极区域
①按照这套装置用于工业生产会遇到什么问题？
②产品Cl2和NaOH溶液会接触而反应吗？
③产品Cl2和H2能混合吗？
阴极、阳极区域相通
Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O
使产品不纯
H2 + Cl2 = 2HCl
产品Cl2和H2能混合遇火或强光会爆炸
解决方法？
一、电解饱和食盐水
阳离子交换膜：允许阳离子通过 (Cl 、OH 离子和气体不能通过)
一、电解饱和食盐水
电 解 饱 和 食 盐 水
液碱
湿氢气
湿氯气
NaOH
含氯漂白剂
Cl2
H2
HCl
有机合成
造纸
玻璃
肥皂
纺织
印染
有机合成
氯化物合成
农药
盐酸
有机合成
金属冶炼
随堂训练
1．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是(　　)
A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋(=====)Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
电解
C
真题演练
1.沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是
A.阳极发生将海水中的Cl 氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
类比氯碱工业的原料与装置，有何不同？
电解海水
没除杂；
没阳膜。
反应式
后续反应
性质→操作
易燃性气体
防爆炸
及时通风稀释
Mg2+＋2OH == Mg(OH)2↓
×
阴极
2Cl 2e == Cl2↑
2H2O＋2e == H2↑＋2OH
随堂训练
2．用惰性电极电解饱和的NaCl水溶液，下列叙述不正确的是（ ）
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到氢气和金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈红色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈碱性
A
3．NaCl被称为“化学工业之母”。下列说法不正确的是（ ）
A．“制钠”：电解熔融的NaCl可制备金属Na
B．“氯碱工业”：电解饱和食盐水可获得Cl2、NaOH和H2
C．“侯氏制碱”：将CO2、NH3通入饱和食盐水中，析出碳酸钠晶体
D．“制皂”：向油脂的碱性水解液中加入热的饱和食盐水，使高级脂肪酸盐析出
C
从铜矿石到景泰蓝工艺品
黄铜矿
精铜
景泰蓝工艺品
紫铜胎体
掐丝、点蓝、烧蓝、磨光
镀金
浸出液
CuCl2 NaCl
湿法炼铜
粗铜
电解精炼
二、电解精炼铜
黄铜矿
电解精炼粗铜时，以待精炼的铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，可得含铜量为99.95%～99.98%的电解铜。
粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）
精铜
二、电解精炼铜
图1-3-5铜的电解精炼示意图
e-
e-
+
-
Cu2+
Zn2+
Fe2+
Ni2+
阴极
阳极
阳极泥（含Ag、Au、Pt等）
硫酸酸化的CuSO4溶液
Cu(粗铜) －2e－===Cu2＋
Cu2＋ +2e－=== Cu(精铜)
Ag、Pt 、Au等金属沉积
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？
不断补充CuSO4溶液
铜离子变为铜单质，其他离子留在溶液中，从而达到精炼的目的
随堂训练
4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知氧化性：）( )
A. 阳极发生还原反应，其电极反应式为
B. 电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等
C. 电解后，电解槽底部的阳极泥中含有和
D. 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有和
C
三、电镀
1. 电镀：应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工艺
2. 主要目的：
增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度
镀层金属通常是铬、镍、银、黄铜等在空气中或溶液里不易起变化的金属和合金。
【思考】如果想在铁制品上镀上铜，该如何设计实验？
三、电镀
电镀材料的选取：
电极材料 电极反应
阳极
阴极
电解液 镀层金属Cu
镀件金属Fe
含镀层金属离子 CuSO4溶液
Cu 2e == Cu2+
Cu2+ + 2e == Cu
【思考】电解一段时间后，
阳极、阴极的质量有何变化？
电镀液中Cu2+的浓度有何变化？
电镀的特点：
一少、一多、一不变
“一少” 指阳极上有镀层金属溶解；
“一多” 指阴极上有镀层金属沉积；
“一不变” 指电镀液的浓度(组成及酸碱性)不变。
随堂训练
5．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是（ ）
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e = Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
C
随堂训练
6．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是（ ）
A．装置①中阳极上析出红色固体E
B．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
C．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
D．装置③闭合电键后，外电路电子由a极流向b极
C
小结：电解池、电解精炼池、电镀池的比较
电解池 电解精炼池 电镀池
定义
形成 条件
电极 名称
电极 反应
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。
①两电极接直流电源
②电极插人电解质溶液
③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极
待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连
阳极：镀层金属
阴极：镀件
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。
①不纯金属接电源正极 纯的金属接电源负极
②电解质溶液须含有待提纯金属的离子
阳极：不纯金属
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
四、电冶金
电解是最强有力的氧化还原手段
冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属
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
阳极
阴极
总反应
2Na+ + 2e-＝ 2Na
2Cl- －2e-＝ Cl2
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑
电解
工业上制备金属钠
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
电解
冰晶石
总反应化学方程式 电极反应式
冶炼钠 ___________________________ 阳极：__________________
阴极：__________________
冶炼镁 __________________________ 阳极：__________________
阴极：__________________
冶炼铝 _____________________________ 阳极：___________________
阴极：__________________
2Na+＋2e == 2Na
6O2 12e == 3O2↑
4Al3+＋12e == 4Al
注意：冶炼镁不用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。
2Cl 2e == Cl2↑
2Cl 2e == Cl2↑
Mg2+＋2e == Mg
MgO熔点很高（2852 ℃），耗能高
MgCl2：714 ℃
AlCl3为共价化合物，熔融时不断共价键、无自由离子
助熔剂：Na3AlF6
原料：熔融的金属氯化物or氧化物
四、电冶金
2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
电解
MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑
电解
课堂总结
电 冶 金
氯碱工业
电 镀
粗铜精炼
应用
阴极—镀件/待镀金属
阳极—镀层金属
阴极—精铜
阳极—粗铜
阳极：
2Cl－－2e－ == Cl2↑
阴极：
2H2O＋2e－ == H2↑＋2OH－

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