4.2.2 电解原理的应用 课件（共34张PPT）

(共34张PPT)
第2课时
电解原理的应用
学习目标
1. 熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电解反应式及化学方程式。
2. 学会电解的有关计算。
与电源正极相连
阳极
阴极
与电源负极相连
失去电子，发生氧化反应
阳离子移向
阴离子移向
得到电子，发生还原反应
1. 电源、电极、电极反应关系
复习回顾
e-
e-
e-
e-
e-
还
原
反
应
氧化
反
应
阳离子
阴离子
特别注意：如果阳极是活性电极，则电极自身反应，离子不放电
2. 分析电解过程步骤
1. 氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）
电解原理的应用
阳极：
2Cl－ －2e－ == Cl2↑
阴极：
2H+ + 2e－ == H2 ↑
总反应：
2NaCl+2H2O 2NaOH +Cl2↑+H2 ↑
食盐水中存在的离子：
Na+ 、Cl－ 、H+ 、OH－
离子放电顺序：
电极反应：
H+
Na+
Cl-
OH-
阴极
阳极
氧化反应
还原反应
阴离子：Cl－ ＞OH－
阳离子：H+ ＞ Na+
2Cl－+2H2O 2OH－ +Cl2↑+H2 ↑
若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：
______________ _____ __ ，两极极板上
都有气体产生，如何检验气体的种类？
阴极附近的溶液无色变为红色
阳极：产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色
阴极：产生无色、无味气体
(2)避免生成物H2和Cl2混合,
因为: 。
(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,
反应方程式: 。
第一个问题:
Cl2 +2 NaOH ==NaCl + NaClO + H2O
混合遇火或遇强光爆炸
解决方法：使用离子交换膜
电解饱和食盐水必须解决两个主要问题
（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽
阴极：碳钢 阳极：钛
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。
（2）离子交换膜的作用：
a. 防止氢气和氯气混合；
b. 避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量。
氯碱工业：离子交换膜法制烧碱
－
+
Cl2
Cl2
Cl—
H2
Na+
H+
OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
离子交换膜
阳 极
金属钛网
阴 极
碳钢网
阳极室
阴极室
提示：
第二个问题：精制食盐水
由于粗盐中含有泥沙、Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42—等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？
3. 所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个
合理的顺序逐一除杂吗？
2. 用什么试剂除去Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42—
1. 用什么方法除去泥沙？
电解饱和食盐水必须解决两个主要问题
泥沙、Na+、 Cl－ 、Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、SO42-
Na+、 Cl－ 、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42-
Na+、 Cl－ 、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、引入Ba2+
Na+、 Cl－ 、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引入OH－
Na+、 Cl－ 、CO32-、OH－
Na+、 Cl－
沉降
除泥沙
略过量BaCl2 溶液
除SO42-
略过量Na2CO3 溶液
除Ca2+、 Ba2+
略过量NaOH 溶液
除Fe3+ , Mg2+
适量HCl溶液
调节PH 除CO32- 、OH－
含氯漂白剂
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
金属冶炼
有机合成
HCl
盐酸
电解饱和食盐水
以氯碱工业为基础的化工生产
H2
NaOH
湿氯气
湿氢气
液碱
Cl2
2. 电镀
定义：
利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的加工工艺。
装置(以铜上镀银为例)
结果：“一多一少一不变”
阴极——待镀金属或镀件 阳极——镀层金属
电镀液——含有镀层金属离子的溶液
阳极：
2Ag—2e－ == 2Ag+
阴极：
2Ag++ 2e－ ==2Ag
Ag
Cu
AgNO3
【铜上镀锌】
一般火法炼铜得到的粗铜远不能满足电器工业的要求。铜的电解精炼，以硫酸铜为电解质溶液，与电源正极相连的电极是粗铜板，里面含有少量的锌、铁、金、银杂质；与电源负极相连的是薄的纯铜片，溶液中的铜离子结合电子形成铜析出。电解消耗电能，得到纯度大于99.9%的电解铜 。
3.粗铜的电解精炼
纯铜
粗铜
－
CuSO4溶液
问:电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
阳极：
Zn-2e- == Zn2+
Fe -2e- == Fe2+
Ni -2e- == Ni2+
Cu-2e － == Cu2+
Zn
Fe
Ni
Cu
Ag
Au
阴极: Cu2+ + 2e－ == Cu
阳极泥
阳极泥: 相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥
电解精炼铜
电解精炼铜原理：
①粗铜的溶解与纯铜的生成：
阳极（粗铜）：Cu －2e－ == Cu2+
阴极（纯铜）： Cu2+ + 2e－ == Cu
②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；
③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；
④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略小）。
制取金属钠
电解熔融状态的氯化钠。
阳极：
2Cl－ －2e－ == Cl2↑
阴极：
2Na+ + 2e－ == 2Na
总反应：
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ↑
4. 电冶金
由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。
电解熔融氯化钠制钠
4. 电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）
制取金属铝
电解熔融状态的氧化铝。
阳极：
6O2- －12e－ == 3O2↑
阴极：
4Al 3+ + 12e－ == 4Al
总反应：
2Al2O3(熔融) 4Al + 3O2 ↑
冰晶石
助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）
阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充
思考：工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3
AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。
冶炼铝设备图
阳极C
电解质
烟罩
熔融态铝
钢壳
钢导电棒
阴极C
耐火材料
资料卡片
电解与元素的发现
历史上伏打发明电池以后，引起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。
资料卡片
电有机合成
拓展：金属的防护
金属腐蚀的快慢程度：
电解池的阳极＞
原电池的负极＞
化学腐蚀＞
原电池的正极＞
电解池的阴极
海水
C
Fe
+
—
练习：下列装置暴露空气中一段时间，铁的腐蚀由快到慢顺序 。
Fe
Fe
C
Fe
Zn
Fe
Zn
Fe
Sn
A(海水)
B(海水)
C(海水)
D(海水)
Fe
Sn
F(天然水)
E(海水)
D
E
F
A
C
B
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
例1 ： 铂电极电解1 LCu(NO3)2和KNO3混合溶液，通电一段
时间，两极均产生11.2 L(标况)气体。求电解后溶液的pH，并
确定析出铜的物质的量。
解析：阳极：4OH－ -4e－ ==2H2O+O2↑
阴极：Cu2++2e－ ==Cu 2H++2e－ ==H2↑
阳极转移电子的物质的量为: 0.5×4 = 2 mol，消耗OH- 2 mol，即产生H+ 2 mol。
阴极生成0.5 mol H2，消耗H+ 1mol；所以溶液中c(H+)=1mol/L pH=0
生成H2转移的电子：0.5 ×2=1 mol，故还有1mol e- 用于还原Cu2+,可析出铜为0.5 mol。
电解计算——电子守恒法
O2～2Cu～4Ag～4H＋～2H2～2Cl2～4OH－
计算关系式：
例2 ： 用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ）
A.1 mol/L B.2 mol/L C.3 mol/L D.4 mol/L
A
阳极O2为0.1 mol，电子为0.4 mol
则H2为0.1 mol，所以Cu为0.1 mol，浓度为A
例3 ： 某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100 mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：
①金属M的相对原子质量及 x、n 值；
②电解溶液的pH（溶液体积仍为100 mL）。
Mx+ + xe－ == M
0.005 mol 0.01 mol 0.32 g
所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3
产生H+为0.01 mol，pH=1
练习：用两支惰性电极插入50 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是（ ）
A. 27mg B. 54mg
C. 108mg D. 216mg
B
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