苏教版高中化学选择性必修1专题1第二单元化学能与电能的转化1.2.5电解原理的应用课件(共28张PPT)

(共28张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第5课时 电解原理的应用
思考：制作奥运金牌时，如何纯银上镀金？
课前导入
1.变化观念与平衡思想：
通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.证据推理与模型认知：
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。
教学目标
氯气和烧碱是重要的化工原料。
工业上利用电解饱和食盐水制氯气和烧碱，称为氯碱工业。
氯碱工业
总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑
电解
2Cl-+2H2O 2OH-+ Cl2↑ + H2↑
电解
【思考】根据电解原理，分析使用惰性电极电解食盐水时，如何制得氯气和烧碱？
阴极 阳极
离子
分析电极反应
产物检验方法
总反应
NaCl溶液
电解饱和食盐水（氯碱工业）
电解原理
阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑
阴极：2H2O +2e- =H2 ＋2OH－
总反应：
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH？若不能，该怎样改进装置？
NaCl溶液
缺点: 电解产物之间能够发生化学反应
NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火或强光能发生爆炸
电解饱和食盐水（氯碱工业）
Cl2
H2
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O(含少量NaOH)
阳离子交换膜
阳极金
属钛网
阴极
碳钢网
+
－
电解原理
阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑
阴极：2H2O +2e- =H2 ＋2OH－
总反应：
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
氯碱工业规律：
氢气烧碱出阴极，氯气阳极两相隔。
（避免Cl2与NaOH反应，防止Cl2和H2混合而引起爆炸）
补充Na+和Cl-
增强溶液导电性
电解饱和食盐水（氯碱工业）
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、含氯漂白剂等。
(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、有机合成、农药等领域中广泛应用。
电解饱和食盐水（氯碱工业）
“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一
种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱
和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有
较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、
d都为石墨电极。完成下列填空：
(1)a为电源的_____极，c为电解池的_____极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。
负
阳
课堂练习
(2)d电极的电极反应式：_________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________
___________________。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
NaCl＋H2O
课堂练习
离子交换膜由高分子特殊材料制成，分四类：
(1)阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
常见的离子交换膜
电解饱和食盐水（氯碱工业）
交换膜的作用
隔离某些物质，防止发生化学反应。
能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
用于物质的制备（电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质）
用于物质的分离、提纯
1
2
3
4
电解饱和食盐水（氯碱工业）
铜导线
黄铜矿（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）
精炼
1、含义：利用电解原理将粗铜中的杂质(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。
2、目的：制得电解铜，以增强铜的导电性
铜的电解精炼
材料 电极反应式
阳极
阴极
电解液 ——
Cu2+ +2e- ＝Cu
①Zn－2e-＝Zn2+ ②Fe－2e-＝Fe2+
③Ni－2e-＝Ni2+ ④
粗铜
精铜
CuSO4溶液
Cu－2e-＝Cu2+
铜的电解精炼
电解精炼过程中，电解液组分（如浓度、酸碱性）是否变化？
Cu2+浓度减小，需定期补充电解液
阴阳两电极的质量差有何变化？阳极泥有何作用？
阳极减轻，阴极增重，且不相等；提炼贵金属、稀有金属、其他有价金属
铜的电解精炼
阳极材料 粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）
阴极材料 纯铜
阳极反应




阴极反应
“阳极泥”
溶液变化
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e—===Ni2+
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2+ + 2e- === Cu
Ag、Au等金属杂质失电子能力弱，会以单质形式沉积，形成“阳极泥”。
①电解质溶液的Cu2+浓度_______
②引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去
减小
铜的电解精炼
（1）定义：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。
（2）目的：使金属增强抗腐蚀能力，防止金属氧化，增加美观和表面硬度。
镀铜
镀铬
镀镍
电镀
请应用电解原理，设计实验方案，在铁钉上镀铜。
1.铁制品应该在哪一极？
2.电解质溶液中应该含有什么离子？
3.另一极应该用什么材料做电极？
阴极
铜离子
纯铜做电极
阳极：
阴极：
Cu2++2e-＝Cu
Cu-2e-=Cu2+
电解一段时间后溶液中硫酸铜浓度怎样变化？
硫酸铜浓度不变
电镀
（4）特点：
（3）电镀池的结构：
阴极——待镀金属（镀件）
电镀液——含有镀层金属阳离子的盐溶液
阳极——镀层金属
阳极本身参加电极反应；电解质溶液的浓度保持不变(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
电镀
(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
(2)电镀过程中的“一多，一少，两不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“两不变”：电镀液(电解质溶液)的浓度不变和溶液pH等保持不变。
总结归纳
(2)基础实验：铁钉镀锌
根据电解原理，设计在铁钉上镀锌的实验方案。
电解原理 阳极：________
，
阴极：_________
_______ 电镀方案 电极
材料 阳极： ，
阴极：_____
电镀液 ZnCl2溶液
镀件 铁钉
锌片
铁钉
Zn－2e－
===Zn2＋
Zn2＋＋2e－
===Zn
电镀
(3)某电镀银实验装置如图所示。
请回答下列问题：
①银为 金属，与直流电源的 相连，作阳极；待镀金属制品与直流电源的 相连，作阴极；含银离子的溶液为 ，含有镀层金属离子。
②阳极反应式为 ；
阴极反应式为 。
镀层
正极
负极
电镀液
Ag－e－===Ag＋
Ag＋＋e－===Ag
③可观察到的现象是待镀金属制品表面___________ ，银 。
④含银离子的溶液浓度的变化是 。
不变
镀上一层光亮的银
不断溶解
电镀
电解精炼池 电镀池
定义
形成条件
电极名称
特点 原电解质溶液中金属离子的浓度减小 阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
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：镀层金属
阴极：镀件
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
电解精炼池、电镀池的比较
得电子，被还原
Mn+ M
+ne-
正价
0价
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
富集法
通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来
(1)原理：比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，使金属离子得电子被还原。
电冶金
2NaCl (熔融) 2Na + Cl2↑
MgCl2 (熔融) Mg + Cl2↑
2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2↑
电解
冰晶石
助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
PS：(1)电解法制钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液。
(2)工业上用电解熔融MgCl2而不是MgO的方法制Mg；用电解熔融Al2O3而不是AlCl3的方法制Al。（由于AlCl3是共价化合物，无法导电）
电冶金
熔融NaCl
阴极
阳极
e-
e-
Na+
Cl-
2Cl- － 2e- == Cl2
Na++ e- == Na
氧化反应
还原反应
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑
电解
电冶金
电解原理的应用
电解饱和食盐水
电镀
电解精炼
电冶金
原理
现象及检验
离子交换膜
产品及应用
定义
目的
电镀池构成
特点
原理
本质
工业电解熔融氯化钠
归纳总结
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：________________________
。
(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”)。
氧化
Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－
===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋
不相等
课堂练习
(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有　　　　　　、Ni2＋等。
(4)电解后，电解槽底部含有　　　　等金属。
Fe2＋、Zn2＋
Cu、Pt