1.3　第2课时　电解原理的应用-高中化学鲁科版选择性必修第一册（34张）

(共34张PPT)
第2课时　电解原理的应用
第1章　第3节　
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)。
学习目标
电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气
一
温故知新
惰性电极(石墨)电解饱和食盐水的电极反应和总反应方程式。
阴极：_____________________
阳极：_____________________
总反应：__________________________________
2Cl-＋2H2O ==== Cl2↑＋H2↑＋2OH-
通电
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
石墨
石墨
饱和NaCl溶液
1.实验室电解饱和食盐水
1.实验室电解饱和食盐水
(1)实验装置
阴
阳
(2)实验现象
阴极：有无色气体产生，阴极附
近溶液变红色。
阳极：有刺激性气味的黄绿色气
体产生，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。
(3)原理分析
阳极：离子放电顺序为Cl－>OH－，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：离子放电顺序为H＋>Na＋，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
因H＋放电，故阴极区生成NaOH
通电前
氯化钠溶液中含有的离子：
Na＋、Cl－、H＋、OH－
通电后
Na＋、H＋移向阴极，Cl－、OH－移向阳极
(4)电解的总反应式
化学方程式：
离子方程式：
2NaCl＋2H2O ==== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
通电
2Cl－＋2H2O ==== 2OH－＋H2↑＋Cl2↑
通电
阴极产物
阳极产物
2.氯碱工业
工业上，用隔膜阻止OH－移向阳极，则Na＋和OH－可以在阴极附近的溶液中富集，这样就可以从阴极溶液中得到NaOH。这就是电解食盐水制备烧碱的原理，也称作氯碱工业。
思考交流
1.正误判断
(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区
(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)
(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠
×
×
×
×
思考交流
2.氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品，如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中阳离子交换膜只允许Na＋等通过，不允许OH－、Cl－等阴离子及气体分子通过。
思考交流
试完成下列问题：
(1)阳极(金属钛网)电极反应式：___________________；
阴极(碳钢网)电极反应式：___________________；
电解饱和食盐水总离子方程式：_________________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
思考交流
(2)阳离子交换膜的作用为______________________________________
____________________________________________________________
______________________。
从图中b位置补充的为含有少量NaOH的水，NaOH的作用为_________
_________________。
将电解槽隔成阳极室和阴极室，允许阳离子
Na＋通过，阻止阴离子OH－和气体通过，使生成的NaOH更纯，并防
止H2、Cl2混合发生爆炸
增强导电
性，提高电解效率
思考交流
(3)精制饱和食盐水从图中___(填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，NaOH溶液从图中___位置流出。图中e位置排出的气体为______。
a
c
氯气
思考交流
3.84消毒液是常用的环境消毒液之一。某课外小组制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，可以使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如图所示。c、d都为碳电极。
完成下列填空：
(1)a为电源的___极，c为电解池的___极(填“正”“负”
或“阴”“阳”)。
(2)d电极上发生的电极反应式：_________________，
负
阳
2H＋＋2e－===H2↑
电解产生消毒液的总化学方程式为___________________________。
要让Cl2与NaOH充分混合反应，应在下端产生Cl2
﹣ ﹢
工业电解饱和食盐水制取烧碱
在氯碱工业中，采用了阳离子交换膜，阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋、H＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
归纳总结
铜的电解精炼、电镀
二
粗铜中含锌、银、金等杂质，结合电解原理如何设计电解池进行粗铜的精炼
阴极
阳极
粗铜
纯铜
粗铜：Cu－2e－===Cu2＋ 纯铜：Cu2＋＋2e－===Cu
CuSO4溶液
阳极粗铜中金属锌失电子吗？
1.铜的电解精炼
粗铜
精铜
黄铜矿
1.铜的电解精炼
(1)粗铜成分
主要成分：Cu
杂质金属：Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等。
(2)装置
比铜活泼
不如铜活泼
(3)电解精炼的电极反应
Cu(粗铜) －2e－===Cu2＋
Cu2＋ +2e－=== Cu(精铜)
Ag、Pt 、Au等金属沉积在池底形成阳极泥
阴极：
阳极：
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
(主要反应)
(4)电解精炼的结果
粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子进入溶液；不如铜活泼的金属Ag、Au、Pt等以金属单质的形式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；阴极上得到精铜。
2.电镀
(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
(2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。
(3)电镀池的设计
直流电源
﹢
﹣
阳极
阴极
镀层金属
镀件
电镀液：
含有镀层金属离子的盐溶液
阳 极：
镀层金属
(与直流电源正极相连)
阴 极：
镀件
(与直流电源负极相连)
(4)案例(铁钉镀铜实验)
阴极
阳极
离子导体
装置图与 实验现象
铁钉(镀件)
电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
电极反应：Cu－2e－===Cu2＋
铜片(镀层金属)
硫酸铜溶液
铜片：逐渐溶解
铁钉：表面覆盖一层红色物质
3.电解法用于冶炼较活泼的金属
电解熔融的氯化钠制取金属钠
电解工业上常利用电解法冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
总反应：
电解熔融的氧化铝制取金属铝
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
电解熔融的氯化镁制取金属镁
总反应：
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
总反应：
MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑
思考交流
1.正误判断
(1)在Fe上镀Ag，应用Fe作阳极，Ag作阴极，用AgNO3溶液作电镀液
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变
(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3
(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料
(5)电解精炼铜和电镀铜过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加都相等
×
×
√
×
×
思考交流
2.电镀和电解精炼时，电解液的浓度分别有何变化？
提示　电镀池中，电解液的浓度不变；电解精炼池中，电解液的浓度减小。
思考交流
3.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题：
(1)阳极发生_____反应，其电极反应式：________________________
__________________________。
氧化
Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－
===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋
(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加________(填“相等”或“不相等”)。
电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。
不相等
思考交流
3.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题：
(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有_____、______、Ni2＋等。
(4)电解后，电解池底部含有_______等金属。
Fe2＋
Zn2＋
Cu、Pt
粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，Cu和Pt沉降到电解池底部。
思考交流
4.如图为电解熔融的氧化铝冶炼铝的示意图。
(1)资料表明Al2O3的熔点2 054 ℃，冰晶石(Na3AlF6)的熔点1 000 ℃，用电解Al2O3制取金属铝时会加入冰晶石，其作用是__________________。
(2)该电解装置中的离子导体是__________________________。
降低氧化铝的熔点
熔融状态的冰晶石和Al2O3
思考交流
(3)该电解过程要在1 000 ℃以上进行，工业上冶炼铝过程中会发生阳
极损耗，可能发生的反应有___________________________________
__________________。