1.3电能转化为化学能——电解原理的应用（第二课时）课件 （共26张PPT）2022-2023学年鲁科版（2019）高中化学选择性必修一

(共26张PPT)
电能转化为化学能——电解原理的应用（第二课时）
修复被84消毒液腐蚀的镀铜门把手
疫情防控期间，每天用84消毒液擦拭门把手，久而久之，门把手表面的铜镀层被腐蚀出现破损，如何修补铜镀层呢？需要哪些原料？
任务一：探究原理
【查阅资料】门把手基体材质为铁，表面镀铜，活泼性Fe>Cu，依据何种原理修复？
①依据氧化还原原理，Fe可将Cu2+置换，可通过置换反应进行化学修补，用含有Cu2+的盐溶液浸泡门把手，该反应为Fe+Cu2+=Fe2++Cu
优点：操作简单
缺点：进一步消耗门把手的基体铁，修补后表面仍然凹凸不平；镀层不致密
该方法有哪些优点、缺点呢？
②结合上节课电解池，可否利用电解原理修复？
电源：220V交流电 、充电宝（5V直流电）
从安全性和电解池电流方向稳定性考虑，
电源、离子导体、电子导体、电极材料怎样选取？
依据电解池模型，Cu2++2e-=Cu ，
可以将门把手作为阴极
任务一：探究原理
电源选择充电宝（5V直流电）
离子导体选取含有Cu2+的盐溶液
电子导体选择铜导线
阴极材料选取门把手（待镀件）
任务一：探究原理
阳极材料：石墨电极或纯铜棒
+
-
+
-
任务二：寻找原料
【思考】如何利用居家材料，制备含Cu2+的电解质溶液作为离子导体？
废旧铜电线（紫铜，Cu含量≥99%）
废旧铜阀门（黄铜，Cu、Zn合金）
【质疑】①白醋（含有CH3COOH）可否溶解Cu？
根据金属活动性顺序，CH3COOH与Cu不自发
缺点：步骤繁琐，反应较慢，产率低
2Cu+O2=2CuO
CuO+2CH3COOH=Cu(CH3COO)2+H2O
△
②可否将铜丝加热变为黑色氧化铜，再加入白醋溶解？
任务二：寻找原料
【思考】回顾上节课，用铜导线连接碳棒电解食盐水，
铜丝与石墨作阳极，Cu优先放电Cu—2e—=Cu2+
任务二：寻找原料
③可通过电解方法，让废旧铜导线或铜阀门作电解池阳极，实现Cu-2e-=Cu2+
废旧铜阀门成分为黄铜，含有Cu、Zn，价格低
废旧铜导线成分为紫铜，Cu含量≥99%，价格高
【思考】选择哪种材料作为阳极材料？
从成本和实验效果角度考虑
任务二：寻找原料
【思考】从原材料成本角度考虑，选择黄铜（Cu、Zn合金）合适，但黄铜中含有的Zn是否会变为Zn2+ 进入溶液中？Zn2+会不会对阴极Cu2++2e-=Cu造成干扰？
阴极：由离子放电顺序可知，得电子能力Cu2+>Zn2+
Cu2+优先于Zn2+ 得电子析出，
选择黄铜（Cu、Zn合金）不会对Cu2+造成干扰
任务二：寻找原料
阳极：活泼性Zn>Cu，Zn-2e-=Zn2+ ，Cu-2e-=Cu2+
Zn2+能进入离子导体中
【思考】选择何种电解质溶液作为离子导体？
纯净水、食醋、食盐水、纯碱溶液，哪一种合适？
纯净水导电能力较差，不合适
根据离子放电顺序，
食盐溶液中阴极发生反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-
OH-与Cu2+反应生成Cu(OH)2,不合适
纯碱溶液中的CO32-与Cu2+反应，不合适
综合考虑，食醋（含有CH3COOH）最合适
任务二：寻找原料
任务二：寻找原料
当溶液变为蓝色时，停止通电。发现阳极底部附近有少量固体沉积
【思考】阳极底部固体如何产生的？应如何处理？
阳极底部固体称为阳极泥
阳极泥的来源：银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，与其他不溶性杂质形成阳极泥
过滤阳极泥
任务二：寻找原料
【拓展应用】铜是重要的金属材料， 它的主要用途之一是制作导线， 这要求铜具有很高的纯度。 工业上主要从黄铜矿中提炼铜。 冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铅等杂质， 俗称粗铜。这些杂质的存在使粗铜的导电性不够理想，如何将粗铜提炼变为精铜？
粗铜作为阳极，精铜作为阴极，电解质溶液为硫酸酸化的CuSO4溶液
阳极发生的主要是铜电极材料氧化为Cu2+ 的反应
阳极：Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+
阴极：Cu2++2e-=Cu
任务二：寻找原料
图示：铜的电解精炼
任务二：寻找原料
将门把手拆卸，用导线连接电源负极放入含Cu2+的离子导体中，用石墨棒做阳极进行电镀
[思考]1.如何设计电镀装置？
任务三：设计原创
若不慎将镀件连接电源正极，会产生何种后果？
镀件中金属失电子，
加快镀件腐蚀
①拆卸门把手麻烦
②门把手铜镀层只有部分破损，将门把手全部浸入后，无法修补凹陷缺损的部位，不仅浪费电镀液，而且门把手表面将全部电镀，破坏原有的铜镀层，不美观
[思考]2.实际操作过程中会遇到什么困难
任务三：设计原创
能否参照刷油漆修补破损油漆层的方法，用刷子做电极，蘸取电镀液，刷在破损部位，进行电刷镀？可用棉花包裹电极增加接触面积
[思考]3.如何既不破坏原镀层，又能进行局部精准修复？参照修补刷漆的方式
任务三：设计原创
设计电刷镀装置
阳极选择石墨棒还是铜棒？
方案1：石墨棒接电源正极，镀件门把手接电源负极 ，棉花包裹石墨棒蘸取电镀液
任务三：设计原创
任务三：设计原创
方案2：铜棒（多股铜丝缠绕而成）接电源正极，镀件门把手接电源负极 ，棉花包裹铜棒蘸取电镀液
任务三：设计原创
实施方案2（铜棒+棉花作阳极）
用棉花+石墨棒作阳极，蘸取醋酸铜溶液刷镀过程中，刷镀的铜镀层与阳极长时间接触后变黑，发现阳极有气泡产生，请解释该现象
任务四：查找原因
由阳极放电顺序可知，石墨作惰性电极，OH—放电
4OH--4e-=2H2O+O2↑，阴极生成的铜被阳极新生成的活性O2氧化
实施方案2（石墨棒+棉花作阳极）
方案1中石墨作阳极，为惰性电极，较难被消耗，但是容易产生活性O2，极易氧化铜镀层，影响电镀效果
方案2中铜棒作阳极，可补充离子导体中的Cu2+，不会产生O2,但阳极铜棒会不断被消耗，需要定期更换
【思考】方案1和方案2，从刷镀效果和电极稳定性角度，比较两种方案异同
任务四：查找原因
①若使用碳棒作阳极，应该不断移动碳棒进行刷镀，避免碳棒与镀件在相同位置长时间接触，导致OH-放电产生的O2积聚，氧化铜镀层
②适当增加电镀液浓度、提高电压可以加快刷镀效果
使用自制电刷镀机有哪些注意事项？
任务四：查找原因
1.确定阳极
①阳极材料
②阳极反应物
2.确定阴极
①阴极材料
②阴极反应物
3.构成闭合回路
①离子导体②电子导体
实验现象
任务五：总结原型
总结设计电镀装置的关键问题
①如何使镀层金属沉积在待镀金属表面？
②是否需要补充消耗的镀层物质？如何补充？
原理维度
1.原理
2.原料
3.原创
4.原因
5.原型
装置维度
任务五：总结原型
电解修复铜镀层
废旧黄铜件，白醋，碳棒，充电宝，棉花
设计电刷镀装置
铜镀层为何变黑？
原理维度
构建设计电镀装置的思路模型