4.2.2 电解原理的应用 课件(共42张PPT) 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.2.2 电解原理的应用 课件(共42张PPT) 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 17.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-14 21:16:37 | ||
图片预览
文档简介
(共42张PPT)
第二节 第二课时 电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化
建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第103-105页，完成大本第 88-89页
自学检测 P89 练一练 3min
√
×
×
×
不变 减小
阴极导电即可，阳极用惰性电极。
电冶金
氯碱工业
电 镀
粗铜精炼
电解池的应用
金属防护
应用
1.电解饱和食盐水：
食盐水中的离子：
H＋、Na＋、Cl－、OH－
离子移动方向：
移向阳极，
移向阴极
Cl－、OH－
H＋、Na＋
现象：
阴极有无色气体产生，滴加酚酞溶液变红，阳极产生的黄绿色气体能使淀粉—KI试纸变蓝。
教师点拨 25min
阳极反应：
2Cl－－2e－=Cl2↑
Cl－>OH－
阳极离子放电顺序：
阴极反应：
2H2O+2e－=H2↑+2OH－
H＋>Na＋
阴极离子放电顺序：
总反应化学方程式：
2NaCl+2H2O == 2NaOH+Cl2↑+H2↑
电解
2Cl－+2H2O == H2↑+Cl2↑+2OH－
电解
1.电解饱和食盐水：
问题：若工业上采用上图的装置制备NaOH、H2 、Cl2，存在何种不足之处？如何解决这个问题？
氯碱工业：电解饱和食盐水制造烧碱、氯气和氢气的工业。
电解饱和食盐水必须解决两个主要问题：
1.Cl2接触NaOH溶液会反应，使产品不纯，反应方程式：
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
2.生成的Cl2和H2混合不安全：
遇火或强光会爆炸
解决方法：
使用离子交换膜
生产设备：阳离子交换膜电解槽
阳离子交换膜：
只允许阳离子通过，将电解槽隔成阳极室和阴极室。可避免H2和Cl2混合；同时避免Cl2和NaOH反应从而影响NaOH的产量。
增强导电性
－
+
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)
阳离子交换膜
阳 极
惰性电极
阴 极
碳钢网
阳极室
阴极室
交换膜的分类及应用
电 解 饱 和 食 盐 水
液碱
湿氢气
湿氯气
NaOH
含氯漂白剂
Cl2
H2
HCl
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
盐酸
有机合成
金属冶炼
图4－1 氯碱工业产品及其应用
思考：
判断下列电解池两极的现象及写出电极方程式。
CuSO4溶液
Fe Cu
阳极：
阴极：
铜不断溶解
Cu – 2e = Cu2+
Cu2+ + 2e- = Cu
铁上附上一层铜
2、电镀
电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属(如锌、铜、铬、镍等)或合金的加工工艺。目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？
①电极式：
阳极：Cu - 2e- = Cu2+
阴极：Cu2+ + 2e- = Cu
②电镀液：
含Cu2+离子的电解质溶液
想一想：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
保持不变
2.电镀：
①电极：
阳极：镀层金属
阴极：待镀金属制品（即镀件）
②电镀液：
含有镀层金属离子的电解质溶液
利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
③电镀的特点
电镀液的组成及酸碱性保持不变
+
镀件
镀层金属
－
含镀层金属离子的盐溶液
3.金属的电解精炼：
黄铜矿
粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）
如果用粗铜制电线会大大降低其导电能力
电解精炼铜：利用电解将粗铜中的杂质(如锌、铁、镍、银、金等)除去，以获得电解铜(含Cu的质量分数达99.95％～99.98％)的过程。目的：制得电解铜，以增强铜的导电性
铜的电解精炼：
阳极和阴极材料分别是？粗铜中的杂质金属如何除去？
电解精炼后，CuSO4溶液有何变化？
1.粗铜作阳极，纯铜作阴极。
2.阳极放电的金属有锌、铁和铜，而银、金、铂等金属不放电形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)，同时阴极只有Cu2+放电（优于H+），所以能够将杂质除去。
3.Cu2+的浓度有所下降。
Ag等比Cu金属性弱的金属就形成阳极泥
阳极反应：
Zn-2e-=Zn2+
Fe-2e-=Fe2+
Ni-2e-=Ni2+
Cu-2e-=Cu2+
阴极反应：
Cu2++2e-=Cu
4. 电冶金
金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。
原理： Mn+ + ne- = M
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方法。对于冶炼Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。
方程式
阳极
阴极
总反应
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
2NaCl（熔融）===== 2Na ＋ Cl2↑
电解
电解熔融电解质：
（2）电解熔融的氯化镁(制取金属镁)
阳极：
阴极：
2Cl- －2e- = Cl2↑
Mg2+ + 2e- = Mg
MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑
电解
（3）电解熔融的氧化铝(制取金属铝)
阳极：
阴极：
总反应：
6O2- －12e- = 3O2↑
4Al3+ + 12e- = 4Al
2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
【思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化铝而不用氯化铝？
原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费了能量 ；氯化铝是共价化合物，共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。
【思考】电解熔融NaCl的方法可制备金属钠，金属Mg、Al如何制备呢？
助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充
归纳对比
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电解质溶液须含有待提纯金属的离子
阳极：不纯金属
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
电有机合成
阳极：H2O-2e-= 2H++1/2O2↑
丙烯（CH3CH=CH2）
丙烯腈（CH2=CHCN）
己二腈(NC(CH2)4CN）
阴极：2CH2=CHCN+2e-+2H+= NC(CH2)4CN
电解
总反应：2CH2=CHCN+2H2O ====NC(CH2)4CN+ 1/2O2
电解
-3
5. 金属的防护
外加电流的阴极保护法
应用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，外接直流电源。通电后，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
探究电解原理的应用
原电池 电解池
甲 乙 丙
负 正 阳 阴
阳 阴
Ag Fe
AgNO3溶液
Ag－e－=Ag＋ Ag＋＋e－=Ag
阳 阴
氯碱工业
Pt/石墨 铁丝
(导体均可)
饱和食盐水
电镀生产—镀银
阳 阴
粗铜 纯铜
CuSO4溶液
电解精炼铜
C
2Cl－＋2H2O == H2↑＋Cl2↑＋2OH－
电解
A
电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
D
阴
Ni：相对原子质量59
放电 阳极泥
Ni Fe Zn Cu Pt Ni
Ni2+
D
2Cl－－2e－=Cl2↑
粗铜中含有锌、铁、镍等杂质
↓
铁片
阴极 阳极
2Cl－＋2H2O === H2↑＋Cl2↑＋2OH－
电解
阻止OH－进入阳极室，与Cl2发生副反应 阻止阳极产生的Cl2进入阴极室，和H2混合发生爆炸
a d
阳极 阴极
饱和食盐水
稀食盐水
稀NaOH溶液
浓NaOH溶液
不能
阳极产生的Cu2+不能将Cr2O72-还原到低价态
84.8
0.1 molCr2O72-~0.2 molCr(OH)3~0.6 mol Fe(OH)3
0.2×103＋0.6×107＝84.8 g
电解的有关计算
甲 乙
负 正
阴 阳 阴 阳
Ag O2 Cu Cl2
设n(Cu)=amol，n(Ag)=2amol
108×2a－64×a＝1.9
a＝0.0125
则m(Ag)=108×2a=2.7g
m(Cu)=64×a=0.8g
B极：4OH－-4e－=O2↑+2H2O
B
阴极：Cu2++2e－= Cu 阳极：2Cl－-2e－= Cl2↑
0.3mol 0.2mol ~0.4mole－
0.6mole－ 4OH－-4e－=O2↑+2H2O
0.05mol ~0.2mole－
即阳极共放出0.25mol气体，V=22.4×0.25=5.6 L
甲 乙
正
NO2＋NO3－－e－=N2O5
Fe－2e－=Fe2＋
石墨Ⅰ
1：4
负 正 阳 阴
4NO2＋O2=2N2O5
5
0.12
Cr2O72-~ 6Fe2＋~ 6Fe ~ 12e－
随堂自测 大本P77
D
D
可能有Zn－2e－=Zn2+，
电解精炼铜时，杂质可能有比铜活泼的金属(如锌)
镀铜时Cu作阳极，阴极是镀件
阳极 → 正极
√
√
放电顺序：锌>铁>铜>银
C
铅片 铝片
2Al+3H2O == Al2O3+3H2↑
阳极 阴极
阳极：2Al－6e－+3H2O =Al2O3+6H+
阴极：6H+ + 6e－= 3H2↑
电解
为防止石墨坩埚作阳极Zn-Mg合金放电，X极应接负极
A
负 正
阴 阳
阴极：Si4+＋4e－=Si，0.4mol e-~ 0.1mol Si
甲 乙 丙
正 负
阴 阳 阴 阳
原电池 电解池 电解池
负极
H2－2e－+2OH－=2H2O
阳极
铁极
Cu2＋+2e－=Cu
减小
第二节 第二课时 电解原理的应用
第四章 化学反应与电能
通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化
建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第103-105页，完成大本第 88-89页
自学检测 P89 练一练 3min
√
×
×
×
不变 减小
阴极导电即可，阳极用惰性电极。
电冶金
氯碱工业
电 镀
粗铜精炼
电解池的应用
金属防护
应用
1.电解饱和食盐水：
食盐水中的离子：
H＋、Na＋、Cl－、OH－
离子移动方向：
移向阳极，
移向阴极
Cl－、OH－
H＋、Na＋
现象：
阴极有无色气体产生，滴加酚酞溶液变红，阳极产生的黄绿色气体能使淀粉—KI试纸变蓝。
教师点拨 25min
阳极反应：
2Cl－－2e－=Cl2↑
Cl－>OH－
阳极离子放电顺序：
阴极反应：
2H2O+2e－=H2↑+2OH－
H＋>Na＋
阴极离子放电顺序：
总反应化学方程式：
2NaCl+2H2O == 2NaOH+Cl2↑+H2↑
电解
2Cl－+2H2O == H2↑+Cl2↑+2OH－
电解
1.电解饱和食盐水：
问题：若工业上采用上图的装置制备NaOH、H2 、Cl2，存在何种不足之处？如何解决这个问题？
氯碱工业：电解饱和食盐水制造烧碱、氯气和氢气的工业。
电解饱和食盐水必须解决两个主要问题：
1.Cl2接触NaOH溶液会反应，使产品不纯，反应方程式：
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
2.生成的Cl2和H2混合不安全：
遇火或强光会爆炸
解决方法：
使用离子交换膜
生产设备：阳离子交换膜电解槽
阳离子交换膜：
只允许阳离子通过，将电解槽隔成阳极室和阴极室。可避免H2和Cl2混合；同时避免Cl2和NaOH反应从而影响NaOH的产量。
增强导电性
－
+
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)
阳离子交换膜
阳 极
惰性电极
阴 极
碳钢网
阳极室
阴极室
交换膜的分类及应用
电 解 饱 和 食 盐 水
液碱
湿氢气
湿氯气
NaOH
含氯漂白剂
Cl2
H2
HCl
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
盐酸
有机合成
金属冶炼
图4－1 氯碱工业产品及其应用
思考：
判断下列电解池两极的现象及写出电极方程式。
CuSO4溶液
Fe Cu
阳极：
阴极：
铜不断溶解
Cu – 2e = Cu2+
Cu2+ + 2e- = Cu
铁上附上一层铜
2、电镀
电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属(如锌、铜、铬、镍等)或合金的加工工艺。目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？
①电极式：
阳极：Cu - 2e- = Cu2+
阴极：Cu2+ + 2e- = Cu
②电镀液：
含Cu2+离子的电解质溶液
想一想：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
保持不变
2.电镀：
①电极：
阳极：镀层金属
阴极：待镀金属制品（即镀件）
②电镀液：
含有镀层金属离子的电解质溶液
利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
③电镀的特点
电镀液的组成及酸碱性保持不变
+
镀件
镀层金属
－
含镀层金属离子的盐溶液
3.金属的电解精炼：
黄铜矿
粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）
如果用粗铜制电线会大大降低其导电能力
电解精炼铜：利用电解将粗铜中的杂质(如锌、铁、镍、银、金等)除去，以获得电解铜(含Cu的质量分数达99.95％～99.98％)的过程。目的：制得电解铜，以增强铜的导电性
铜的电解精炼：
阳极和阴极材料分别是？粗铜中的杂质金属如何除去？
电解精炼后，CuSO4溶液有何变化？
1.粗铜作阳极，纯铜作阴极。
2.阳极放电的金属有锌、铁和铜，而银、金、铂等金属不放电形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)，同时阴极只有Cu2+放电（优于H+），所以能够将杂质除去。
3.Cu2+的浓度有所下降。
Ag等比Cu金属性弱的金属就形成阳极泥
阳极反应：
Zn-2e-=Zn2+
Fe-2e-=Fe2+
Ni-2e-=Ni2+
Cu-2e-=Cu2+
阴极反应：
Cu2++2e-=Cu
4. 电冶金
金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。
原理： Mn+ + ne- = M
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方法。对于冶炼Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。
方程式
阳极
阴极
总反应
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
2NaCl（熔融）===== 2Na ＋ Cl2↑
电解
电解熔融电解质：
（2）电解熔融的氯化镁(制取金属镁)
阳极：
阴极：
2Cl- －2e- = Cl2↑
Mg2+ + 2e- = Mg
MgCl2(熔融) == Mg + Cl2 ↑
电解
（3）电解熔融的氧化铝(制取金属铝)
阳极：
阴极：
总反应：
6O2- －12e- = 3O2↑
4Al3+ + 12e- = 4Al
2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
【思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化铝而不用氯化铝？
原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费了能量 ；氯化铝是共价化合物，共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。
【思考】电解熔融NaCl的方法可制备金属钠，金属Mg、Al如何制备呢？
助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充
归纳对比
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电解质溶液须含有待提纯金属的离子
阳极：不纯金属
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
电有机合成
阳极：H2O-2e-= 2H++1/2O2↑
丙烯（CH3CH=CH2）
丙烯腈（CH2=CHCN）
己二腈(NC(CH2)4CN）
阴极：2CH2=CHCN+2e-+2H+= NC(CH2)4CN
电解
总反应：2CH2=CHCN+2H2O ====NC(CH2)4CN+ 1/2O2
电解
-3
5. 金属的防护
外加电流的阴极保护法
应用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，外接直流电源。通电后，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
探究电解原理的应用
原电池 电解池
甲 乙 丙
负 正 阳 阴
阳 阴
Ag Fe
AgNO3溶液
Ag－e－=Ag＋ Ag＋＋e－=Ag
阳 阴
氯碱工业
Pt/石墨 铁丝
(导体均可)
饱和食盐水
电镀生产—镀银
阳 阴
粗铜 纯铜
CuSO4溶液
电解精炼铜
C
2Cl－＋2H2O == H2↑＋Cl2↑＋2OH－
电解
A
电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
D
阴
Ni：相对原子质量59
放电 阳极泥
Ni Fe Zn Cu Pt Ni
Ni2+
D
2Cl－－2e－=Cl2↑
粗铜中含有锌、铁、镍等杂质
↓
铁片
阴极 阳极
2Cl－＋2H2O === H2↑＋Cl2↑＋2OH－
电解
阻止OH－进入阳极室，与Cl2发生副反应 阻止阳极产生的Cl2进入阴极室，和H2混合发生爆炸
a d
阳极 阴极
饱和食盐水
稀食盐水
稀NaOH溶液
浓NaOH溶液
不能
阳极产生的Cu2+不能将Cr2O72-还原到低价态
84.8
0.1 molCr2O72-~0.2 molCr(OH)3~0.6 mol Fe(OH)3
0.2×103＋0.6×107＝84.8 g
电解的有关计算
甲 乙
负 正
阴 阳 阴 阳
Ag O2 Cu Cl2
设n(Cu)=amol，n(Ag)=2amol
108×2a－64×a＝1.9
a＝0.0125
则m(Ag)=108×2a=2.7g
m(Cu)=64×a=0.8g
B极：4OH－-4e－=O2↑+2H2O
B
阴极：Cu2++2e－= Cu 阳极：2Cl－-2e－= Cl2↑
0.3mol 0.2mol ~0.4mole－
0.6mole－ 4OH－-4e－=O2↑+2H2O
0.05mol ~0.2mole－
即阳极共放出0.25mol气体，V=22.4×0.25=5.6 L
甲 乙
正
NO2＋NO3－－e－=N2O5
Fe－2e－=Fe2＋
石墨Ⅰ
1：4
负 正 阳 阴
4NO2＋O2=2N2O5
5
0.12
Cr2O72-~ 6Fe2＋~ 6Fe ~ 12e－
随堂自测 大本P77
D
D
可能有Zn－2e－=Zn2+，
电解精炼铜时，杂质可能有比铜活泼的金属(如锌)
镀铜时Cu作阳极，阴极是镀件
阳极 → 正极
√
√
放电顺序：锌>铁>铜>银
C
铅片 铝片
2Al+3H2O == Al2O3+3H2↑
阳极 阴极
阳极：2Al－6e－+3H2O =Al2O3+6H+
阴极：6H+ + 6e－= 3H2↑
电解
为防止石墨坩埚作阳极Zn-Mg合金放电，X极应接负极
A
负 正
阴 阳
阴极：Si4+＋4e－=Si，0.4mol e-~ 0.1mol Si
甲 乙 丙
正 负
阴 阳 阴 阳
原电池 电解池 电解池
负极
H2－2e－+2OH－=2H2O
阳极
铁极
Cu2＋+2e－=Cu
减小