(共14张PPT)
电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
第2节 电解池
一、对电解饱和食盐水过程的深入思考
写出右图装置的电极反应和总反应，预测实验现象，选用合适的试剂检验产品。
实验：电解饱和食盐水，用酚酞溶液和碘化钾淀粉试纸分别检验阴极附近溶液和阳极产生的气体。
这个反应的产物都是有很高附加值的工业产品，你了解它们的用途吗？
石墨
石墨
+
-
阳极
阴极
饱和氯化钠溶液
放电顺序：
阴极 Ag+ >Hg2+ >Cu2+>H+
阳极 金属>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根
一、对电解饱和食盐水过程的深入思考
有同学认为将上述装置成比例放大即可用于工业生产，请你评价该同学的观点并说明你的理由。
石墨
石墨
+
-
阳极
阴极
饱和氯化钠溶液
（1）该原理用于生产实际面临哪些问题？
无法避免H2和Cl2混合。无法避免NaOH与Cl2反应、无法避免NaOH与NaCl混合。无法实现大量、连续生产。
一、对电解饱和食盐水过程的深入思考
有同学认为将上述装置成比例放大即可用于工业生产，请你评价该同学的观点并说明你的理由。
石墨
石墨
+
-
阳极
阴极
饱和氯化钠溶液
（2）化工生产还有哪些需要考虑的问题？
确保安全；环境友好；成本：包括设备成本、土地成本、能源成本、人力成本、原料成本等；提高产品附加值；提高产品顺读、三废的综合处理和利用、联产高附加值产品、生产效率。
二、利用离子交换膜设计电解装置
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由高分子材料制成。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。离子交换膜实际上就是一种选择性离子导体，通过其成分和结构的调整可以实现只透过一种或者一类离子（阴离子或阳离子）的神奇效果，同时高分子具有良好的气密和液密功能。
常见的离子交换膜有质子交换膜（只允许H+透过）、阴离子交换膜（只允许阴离子透过）、阳离子交换膜（只允许阳离子透过）。
请以小组为单位讨论并设计电解饱和氯化钠溶液的工业装置模型，绘制示意图。请代表上台讲解其工作原理，说明是如何避免上述问题产生的，还有哪些显著优点？
二、利用离子交换膜设计电解装置
标明各出口、入口的物质。
应选择何种离子交换膜，为什么？
该装置和你设计的装置相比有哪些不同？你认为其优点是什么？还有哪些改进的余地？
结合化学平衡移动原理解释NaOH生成的原理。
二、利用离子交换膜设计电解装置
离子交换膜在电化学装置中的作用
（1）隔绝两极反应物和两极环境，避免两极反应物之间直接反应；避免两极之间产物直接反应，避免原料和产物之间混合，减少后续分离成本。
（2）作为离子导体形成闭合回路，选择性透过某些离子，是心啊某些物质的精准和定向制备。
二、利用离子交换膜设计电解装置
海水或者浓缩海水能不能直接用于上述工业？为什么？
粗盐溶液中通常含有以下杂质：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-。据此回顾粗盐提纯原理，回答除杂试剂的选择和加入顺序。
实际电解过程中通常会在阳极附近加入少量稀盐酸，结合平衡移动原理解释其目的。
一切操作为生产目的服务
主要平衡：
Cl2+H2O HCl+HClO
三、电解精炼金属和电镀
CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-四种离子，通电后Cu2+、H+移向阴极，SO42-、OH-移向阳极，阴极Cu2+放电变成Cu聚集在阴极板（精铜）上。
Zn-2e-=Zn2+
Ni-2e-=Ni2+
比铜不活泼的金属杂质，不能失电子而溶解，以单质形式沉积于电解槽底部，形成阳极泥。
实际生产过程中发生放电的离子和产物更为复杂和多样，不同工艺条件如电压、极板形状和间距、浓度、其他离子组分及改变都会对精炼效率和质量发生影响。
三、电解精炼金属和电镀
上述分析对其他金属的精炼有哪些启发？
请总结这类装置设计的一般思路。
+
-
纯金属
粗金属
待提纯金属可溶性盐溶液
电解精炼模型
三、电解精炼金属和电镀
如果将上述装置中的纯金属换成另一种导电物体，则理论上可以实现在该物体上镀一层金属的目的，这就是电镀。
+
-
镀件
镀层金属
镀层金属可溶性盐溶液
电镀模型
含有杂质的电解质溶液会影响析出金属的品质，且盐溶液中金属离子浓度对于镀层质量有很大影响，通常要控制在一个合理浓度，不能过高或过低。
如果将上述装置改成想铁钥匙镀铜的装置，需要做哪些改动？
请总结电镀的思维模型
三、电解精炼金属和电镀
电镀和电解冶炼行业可能排放出对环境有害的废水、废气，必须通过处理或回收再利用以防对环境造成污染。
电冶金
（1）本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。
（2）适用范围：制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3分别制取Na、Mg、Al。
决定
决定
三、电解精炼金属和电镀
资料：铝在人类应用历史上从“贵族”到“平民”的转化
19世纪，铝可是一种稀罕的贵金属，价格比黄金还要高。爱显摆的拿破仑三世为了彰显自己的身份地位，在宴会上使用皇家专供的铝餐具，而宾客们只能用“普通”的金银餐具。 一八八九年，发现和归纳元素周期表的门捷列夫在伦敦时，为了表彰他的贡献，被赠予了一件贵重奖品──用金和铝制作的天平。
原理
目的
装置
条件控制
电解原理的应用思路
课堂小结
电解原理的应用
一、电解食盐水装置的改进
1.需要解决的问题
2.神奇的离子交换膜
3.利用交换膜设计装置
二、电解法精炼金属和电镀
三、电解原理的应用思路
原理
目的
装置
决定
决定
条件控制(共14张PPT)
电解原理模型的理解与发展
第四章 化学反应与电能
第2节 电解池
一、迁移巩固，探查学情
请类比CuCl2溶液，运用“分析电解池工作原理的一般思路”，分析以石墨为电极电解CuSO4溶液的产物，并用化学用于表示电极反应（同时注明反应类型）及总反应。
CuSO4溶液
CuSO4=Cu2++SO42-
H2O H++OH-
向阴极
向阳极
阴极：Cu2++2e-=Cu
电解
总反应：2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+H2SO4
阳极：2H2O-4e-=H2↑+4H+
二、替换要素，内化模型
阳极Cu、OH-哪一个先在阳极失电子？
CuSO4=Cu2++SO42-
H2O H++OH-
向阴极
向阳极
阴极：Cu2++2e-=Cu
CuSO4溶液
铜棒
铜棒
若以铜棒代替石墨电极电解CuSO4溶液，其产物是否发生变化？
Cu的失电子能力强于溶液中的OH-
二、替换要素，内化模型
CuSO4溶液
铜棒
铜棒
实验：以铜为电极电解硫酸铜溶液
①在阳极表面并没有看到气泡产生
②通电一段时间后，阳极质量减少，阴极质量增加，溶液蓝色保持不变。
阴极：Cu2++2e-=Cu
阳极：Cu-2e-=Cu2+
除铂、金等惰性金属外，阳极材料为金属时，金属通常由于溶液中的粒子失去电子。
阳极粒子放电顺序： 金属（除Pt、Au）>Cl->OH->SO42-含氧酸根
三、理解进阶，简单应用
请设计实验，实现反应：Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑
借助电解可以使非自发的氧化还原反应得以实现。
H2SO4溶液
铜棒
石墨
阴极：2H++2e-=H2↑
电解
总反应：Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑
阳极：Cu-2e-=Cu2+
四、应用原理，发展模型
已知烧碱、氯气都是重要的化工原料，工业上习惯把电解饱和食盐水获得氯气和烧碱的工业生产叫做氯碱工业。
请依据电解的基本原理，分析电解饱和食盐水的产物，并设计实验装置。
NaCl=Na++Cl-
H2O H++OH-
向阴极
向阳极
阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
电解
总反应：2NaCl+H2O=2OH-+H2↑+Cl2↑
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
四、应用原理，发展模型
已知烧碱、氯气都是重要的化工原料，工业上习惯把电解饱和食盐水获得氯气和烧碱的工业生产叫做氯碱工业。
在氯碱工业中为何使用饱和食盐水？不饱和可以吗？是否会影响电解效果？
饱和食盐水中离子浓度大，电解速率大，并且饱和的食盐水可抑制Cl2的溶解，有利于Cl2的逸出。
上述装置可用于工业化生产H2、Cl2和NaOH吗？
不能。①气体逸散，不便收集，污染环境；②Cl2和NaOH反应，降低“氯碱”产量：2OH-+Cl2=ClO-+Cl2+H2O；③H2与Cl2混合易爆炸，存在安全隐患。
四、应用原理，发展模型
基于下图装置，提出你的改进意见。
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
四、应用原理，发展模型
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
Cl2
H2
①分别开通输H2、Cl2管道，既防止了气体逸散，又避免了氢氯混合爆炸；②将电解槽分割成两部分：阳极室和阴极室。
OH-仍然会通过盐桥进入阳极室与Cl2反应
有没有材料能限制Cl2和OH-通过，而不影响其他离子的定向移动？
Na+
阳离子交换膜
四、应用原理，发展模型
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
（精制）
Cl2
H2
工业上如何实现连续生产？
Na+
阳离子交换膜
淡盐水
添加NaCl（s）
NaCl和NaOH
饱和食盐水
（精制）
四、应用原理，发展模型
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
（精制）
Cl2
H2
工业上如何实现连续生产？
如何提高阴极产物烧碱的纯度？
Na+
阳离子交换膜
淡盐水
添加NaCl（s）
NaOH
水
四、应用原理，发展模型
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
（精制）
Cl2
H2
如何增强阴极室溶液的导电性，增大电解速率？
Na+
阳离子交换膜
淡盐水
添加NaCl（s）
较浓NaOH溶液
水
（含少量NaOH）
（1）加入电解质，但不能改变电极反应（2）不引入杂质
四、应用原理，发展模型
+
-
惰性电极
惰性电极
饱和食盐水
（精制）
Cl2
H2
近些年，国产化离子膜研发持续推进，性能稳步提升，该项技术具有占地面积小、可连续生产、生产能力大、产品质量高、污染小等优点。
Na+
阳离子交换膜
淡盐水
添加NaCl（s）
较浓NaOH溶液
水
（含少量NaOH）
课堂小结
电解原理
直流电源
阳极
阴极
阳离子迁移方向
阴离子迁移方向
发生氧化反应
发生还原反应
e-
e-
电解质溶液（或熔融态）
膜
