4.2.2电解原理的应用 课件(共42张PPT)2023-2024学年高二化学课件（人教版2019选择性必修1）

(共42张PPT)
第2课时 电解原理的应用
第二节 电解池
电解饱和食盐水
知识回顾:
二、电解原理的应用
——(一)氯碱工业
电解饱和食盐水
阳极：
2Cl - －2e- = Cl2↑
阴极：
总反应：
食盐水中存在的离子：
电极反应：　
H+
Na+
Cl-
OH-
阴极
阳极
氧化反应
还原反应
知识回顾:
&电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业，叫氯碱工业
离子反应：
二、电解原理的应用
Na+ 、H+
Cl- 、OH-
2NaCl+2H2O == Cl2 ↑+H2↑+2NaOH
电解
2Cl—+2H2O== Cl2 ↑+H2↑+2OH—
电解
——(一)氯碱工业
2H2O+2e- =H2↑+2OH-
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
①在电解装置中，可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？
②转移电子和生成NaOH的物质的量的关系？
③电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？
如何检验两极上的电解产物？
2NaCl+2H2O === Cl2 ↑+H2↑+2NaOH
阴极区
阳极区
不能用Cu 做阳极。
活性金属做阳极，失电子
∽
2e—
相等
用湿润的淀粉 KI试纸靠近阳极，若变蓝，证明……
Cl2
在阴极收集一瓶气体， 靠近火源能听到“噗”证明……
H2
在阴极附近滴加酚酞，溶液能变红证明……
NaOH
④阴极产物和阳极产物可以接触吗？Why
问题：
电解饱和食盐水
不可以
电解
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
H2 +Cl2 ==== 2HCl
光/点燃
混合遇火或遇强光爆炸
怎么办？
工业制备方法：
只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过
把电解槽隔成阴极室和阳极室
①防止H2和Cl2混合而引起爆炸；
②避免Cl2和NaOH反应生成，而影响NaOH的产量。
∽ 什么是阳离子交换膜？
效用
阳离子交换膜法
Na+
阳极室
阴极室
+ —
阳离子交换膜
增强水的导电性
且不引进新的杂质
Cl2
Cl2
Cl—
H2
Na+
H+
多余OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O
阳离子交换膜
阳 极
金属钛网
阴 极
碳钢网
阳极室
阴极室
+ —
？
多余Na+
(含少量NaOH)
？
循环利用
由于粗盐中含有泥沙、Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42—等杂质，①会在碱液中形成沉淀,从而损坏离子交换膜；
②会使得到的产品不纯.
氯碱工业为什么要用精制饱和食盐水？
精制食盐水：
BaCl2
NaOH
Na2CO3
BaCl2溶液
Na2CO3溶液
适量HCl溶液
调节pH，除CO32- 、OH-
过滤
沉淀、泥沙、Na+、 Cl-、CO32-、OH-
NaOH溶液呢？
NaOH
NaOH
NaOH
Na+、 Cl-、CO32-、OH-
Na+、 Cl-
那么如何除去这些杂质呢？
问题：精制食盐水的过程中
①取加了BaCl2之后的溶液少量，静置，
②取上层清液加稀硫酸观察，若产生白色沉淀，则BaCl2过量。
2.怎样判断盐酸适量？
用pH试纸或pH计测定
1.怎样知道所加试剂BaCl2过量？
离子交换膜法工艺流程
淡盐水
＋ 电解槽 －
Cl2
H2
NaOH溶液
水
粗盐
精盐
提纯
Na+
循环利用
阳
阴
Cl—
放电
(含NaOH)
H+放电
石墨
排气孔
饱和氯化钠溶液
自制消毒液
+
—
⑴概念：
⑵电镀的目的:
二、电解原理的应用
(二)电镀
应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程
增强金属抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。
(课本P104)
在空气或溶液中不易起变化的金属(如铬、镍、银、黄铜等)
特性
思考与交流：
阳极：
阴极：
Cu2++2e-＝Cu
Cu-2e-=Cu2+
如果想在铁制品上镀铜，利用电解原理，该如何设计实验？
电极反应：
阳极
阴极
溶液？
CuSO4
电源？
电解后，CuSO4溶液的浓度如何变化？
不变
总反应呢？
没有
实验结果：
在铁制品上镀了一层铜
换塑料片，能镀铜吗？
不能
塑料不导电
(二)电镀
P118实验活动4：铁钉镀铜
阳极
阴极
溶液？
CuSO4
二、电解原理的应用
(二)电镀
镀件
含镀层金属离子的盐溶液
(3)电镀池结构
①阴极
②阳极
③电镀液:
(4)电镀的特点：
一多，一少，一不变。
---镀层金属
---待镀金属
含镀层金属阳离子的盐溶液
如Cr、Zn、Ag、Cu等。
阴极
阳极
电镀液
[归纳整理]
镀层金属
& 电镀应用于铜的精炼
问题：制备金属Cu有哪些方法？
①湿法炼铜:
②火法炼铜
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
+ O2 ===2Cu + SO2
高温
上述方法所制得的铜为粗铜，含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等
杂质较多，因此不适合电器及其他很多工业使用。
—— 粗铜必须精炼
Cu2S
⑴粗铜所含的杂质
Zn、Fe、Ni、Ag、Au等
⑵电解法精炼铜的原理
& 铜的精炼
CuSO4溶液
纯铜
粗铜
电解精炼铜模拟
阳极(粗铜)：
Cu2+ +2e－＝Cu
不活泼金属:Au、Ag
& 铜的精炼
Cu－2e－＝Cu2+
－2e－＝Fe2+
－2e－＝Zn2+
－2e－＝Ni2+
(3)电极反应式
阴极
(纯铜):
[主要]
问：电解完后,电解质溶液有何变化？
提炼金、银等贵重金属。
比铜活泼的杂质
失去电子而溶解
Zn
Fe
Ni
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
①电解质溶液的Cu2+浓度减小②引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去
⑴粗铜所含的杂质
Zn、Fe、Ni、Ag、Au等
⑵电解法精炼铜的原理
CuSO4溶液
纯铜
粗铜
→用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，
它的纯度很高，可以达到99.95%～99.98%。
& 铜的精炼
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直流电源
②阴、阳两电极
③电解质溶液
④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
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
判断下列组合中各是什么装置,写出电极反应
原电池
电解池
电解池
电镀池
— 　＋
阳 　阴
阳 　　阴
阴 　　阳
无外接电源的多池判断
当没有外接电源时，怎样判断谁是原电池，谁是电解池
一般规律：
电极反应物活动性相差小或电极材料无活动性的电池为电解池。
电极反应物活动性相差大的电池为原电池；
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法 热还原法 热分解法 物理提取法
二、电解原理的应用
(三)电冶金
(1)本质：
用电解的方法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
即：Mn+ + ne- M
知识回顾：
金属冶炼的方法
[依据：金属离子(Mn+)得电子难易程度]
一般电解金属氯化物[MCln]
电解Al2O3(熔融)
(课本P104-105)
制备K：
KCl + Na = NaCl + K
(温度控制在K的沸点之上，Na的熔点与沸点之间)
【原理：高沸点制低沸点物质
电解熔融氯化钠
熔融NaCl
阴极
阳极
e-
e-
Na+
Cl-
2Cl--2e- = Cl2
2Na++ 2e- = 2Na
氧化反应
还原反应
1.制取金属钠
2NaCl(熔融) === 2Na + Cl2 ↑
电解
电解熔融氯化钠工业制钠
阴极
阳极
阴极
NaCl(熔融)
生成的Na和Cl2在不同的区域，避免接触反应。
Na出口
Cl2出口
Cl2
课本P105 图4-16
2.制取金属Al
电解熔融状态的氧化铝。
请写出下列电极反应式
阳极：
6O 2- －12e- = 3 O2↑
阴极：
4Al3+ + 12e- = 4Al
总反应：
2Al2O3(熔融)==== 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
助熔剂：冰晶石[Na3AlF6 六氟合铝酸钠]
二、电解原理的应用
(三)电冶金
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
电解池小结
与电源正极相连
阳极
阴极
与电源负极相连
发生氧化反应
阳离子移向
阴离子移向
发生还原反应
1、电源、电极、电极反应关系
2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金
1.用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的pH值保持不变的是（ ）。
A．HCl B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl
C
不变
2.铁制品上镀一层锌，以下方案设计正确的 ( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件为阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件为阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
A
3.下列关于铜电极的叙述正确的是（ ）
A、铜锌原电池中铜是正极
B、用电解法精炼粗铜时粗铜做阴极
C、在镀件上电镀铜时，可用金属铜做阳极
D、电解稀硫酸制H2和O2时，铜做阳极
AC
4.将分别盛有熔融KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽串联，一定条件下，通电一段时间后，析出K、Mg、Al的物质的量之比为（ ）
A、1:2:3 B、3:2:1 C、6:3:1 D、6:3:2
关键：流经串联电路上的电子数目相等。
D
A
　B　
　C　
　D　
Hg(NO3)2
AgNO3
AgNO3
NaHSO4
Ag
Cu
Cu
C
Pt
Pt
Ag
Fe
5.判断A、B、C、D属于原电池的是 ，属于电解池的是 ；并写出下列装置的电极反应式。
D
A、B、C
— 　　 ＋
阴 　　 阳
阴 　　阳
阴 　　 阳
电镀池
原电池
电解池
电解池
例:铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.
电解计算——电子守恒法
解析：
阳极
阴极
2H2O－4e－ ＝ O2↑ + 4H+
[NO3-、OH-]
[Cu2+、K+、H+]
①Cu2+ + 2e- = Cu
②2H2O+2e- = H2↑ + 2OH-
0.5mol
0.5mol
2mol
1mol

1mol
mole-
0.5mol
2mol
所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0
阳极产生2molH+
阴极产生1mol OH-
溶液中总H+为 mol
1
1
练习1: 用石墨电极电解100mLH2SO4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.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L
A
4OH－～O2～4H＋～2H2～ 4Cl－～ 2Cl2～～2Cu～4Ag
电子守恒计算关系式：
4e-
～
阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol
则阴极H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A
2.如图C、D、E、F、X、Y均为惰性电极，接通电源后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。
A B

C D E F X Y
甲:CuSO4(aq)
乙:饱和NaCl(aq)
丙
丁:Fe(OH)3胶体
①电源A为 极
②甲、乙装置中，C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为 。
G H
电源
正
＋ 　 —
阳 阴
阳
阳 阴
阳 阴
阴
Cu
Cl2
H2
O2
1 : 2 : 2 : 2
A B

C D E F X Y
甲:CuSO4(aq)
乙:饱和NaCl(aq)
丙
丁:Fe(OH)3胶体
③欲用丙给铜镀银，G应 ，H应为 ,电镀液为 。
④丁中X极附近红褐色变浅，说明Fe(OH)3胶粒带 电荷。
G H
电源
＋ 　 —
阳 阴
阳
阳 阴
阳 阴
阴
银
铜
AgNO3(aq)
正
或问：装置丁中的现象是___________________________。
2.如图C、D、E、F、X、Y均为惰性电极，接通电源后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。
3、用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气(标况)，从而可知M的相对原子质量为（ ）
A、 B、 C、 D、
C
22.4ax
b
11.2ax
b
5.6ax
b
2.5ax
b
4.1LNa2SO4和CuSO4的混合液中,c(SO42-)=2mol·L-1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L(标况)气体，则原溶液中c(Na+)为（ ）
A、0.5mol·L-1 B、1 mol·L-1
C、1.5 mol·L-1 D、2 mol·L-1
D
5.电解c(H+)=0.3mol/L100ml的下列溶液，当电路中通过0.04mole—时，理论上析出金属质量最大的是( )
0.10mol/L Ag+ B. 0.20mol/L Zn2+
C. 0.20mol/L Cu2+ D. 0.20mol/L Pb2+
C
不放电
A. 0.01mol Ag+完全放电，转移0.01mole—，得到1.08克Ag
C. 0.02molCu2+完全放电，恰好转移0.04mole—，得到1.28克Cu
6.最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如右所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极发生的反应为：
①EDTA-Fe2+ - e—= EDTA-Fe3+
②2 EDTA-Fe3++H2S= 2H++S+2 EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A.阴极的电极反应：CO2+2H+ +2e—=CO+H2O
B.协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/ Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+
溶液需为酸性
C
阴极
CO2+2H++2e-
＝CO+H2O
①+②即得到
H2S－2e－＝2H＋+S
阳极
H2S－2e－＝2H＋+S
高