資源簡介

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第二節 電解池
第2課時
化學反應與電能
第四章
電鍍
2
電冶金
1
本節重難點
本節重難點
工業上制備的銅，其含Cu約98.5%，還含有Fe、Ag、Au等雜質，為粗銅，需要通過再次精煉處理才能得到純度為99.99%精銅，如何用電解的方法得到純銅？
粗銅
精銅
電解CuCl2溶液
電解飽和NaCl溶液
陰極
陽極
石墨
石墨
陰極
陽極
鐵釘
石墨
陰極用金屬材料，目的在于增強電解池的導電性能
思考：選擇電極材料時，需要注意哪些事項呢？
陰極
產物
陽極
產物
活性電極
惰性電極
電極材料失電子
與電極材料無關
溶液中陽離子根據放電順序得電子
陽極
陰極
溶液中陰離子根據放電順序失電子
歸納總結
(除金、鉑)
分析3
陽極
材料：粗銅
陰極
材料：精銅
分析4
電解質溶液為硫酸銅溶液，其銅離子遷移到陰極得電子，析出為銅
電冶金
粗銅電解精煉得精銅
理論分析
分析1
如何讓粗銅中的銅變成銅離子進入溶液？
分析2
粗銅生成銅離子，失去電子，發生氧化反應，反應在陽極進行
實驗裝置
電冶金
粗銅電解精煉得精銅
實驗裝置
備注：忽略粒子大小
陽極
陰極
(粗銅)
(純銅)
Cu-2e-= Cu2+等
Cu2+ + 2e-= Cu
硫酸銅溶液
電冶金
粗銅電解精煉得精銅
實驗裝置
備注：忽略粒子大小
陽極
(粗銅)
Cu-2e-= Cu2+等
Zn - 2e- = Zn2+
Ni - 2e- = Ni 2+
Zn2+、Ni2+比Cu2+難還原，故不在陰極得電子析出，而只是留在電解質溶液里
硫酸銅溶液
粗銅含有鐵 、銀、金等雜質，接通直流電源后，粗銅中排在Cu前面的金屬在陽極失電子，發生氧化反應，進入溶液中
電冶金
粗銅電解精煉得精銅
實驗裝置
備注：忽略粒子大小
陽極
(粗銅)
Cu-2e-= Cu2+等
銀、金等金屬雜質的失電子能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子，故以金屬單質的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥
Zn - 2e- = Zn2+
Ni - 2e- = Ni 2+
硫酸銅溶液
陽極泥
可作為提煉金、銀等貴金屬的原料
電冶金
粗銅電解精煉得精銅
實驗裝置
備注：忽略粒子大小
陰極
(純銅)
Cu2+ + 2e-= Cu
硫酸銅溶液
CuSO4溶液中Cu2+、H+以及陽極材料失電子溶解的Cu2+、Zn2+、Fe2+和Ni2+，都向陰極遷移
銅離子析出為銅單質，其他離子留在溶液中，從而達到粗銅精煉的目的
放電順序：Cu2+＞H+＞Ni2+＞Fe2+＞Zn2+
電冶金
歸納總結
原理
實質
應用
金屬冶煉的木質是使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質的過程，用電解法可將通常極難被還廈的活潑金屬 從它們的化合物中還原出來即稱為電治金
Mn+ + ne- = M
電解法適用于冶煉用普通還原劑難以還原的金屬，如鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬
生活中為了使金屬增強抗腐蝕能力以及增加表面硬度和美觀，通常在這些金屬表面鍍上一薄層在空氣或溶液中不易發生變化的金屬(如鉻、鎳、銀)和合金(如黃銅)
這是什么工藝呢？
電鍍
定義
電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。主要目的是增強金屬抗腐蝕能力，增加美觀或表面硬度。鍍層金屬通常是鉻、鎳、銀、黃銅等。
標價900 00
鍍銀水壺
標價1 000 000
鍍金手表
標價5 000 000
鍍金金條
以上是通過電鍍完成的，表面為貴金屬，內部則是價格低廉的一些金屬(也就是假貨)，那么，到底什么是電鍍呢？
電鍍
粗銅電解精煉得精銅
理論分析
電鍍時，通常把待鍍的金屬制品一端作陰極，把鍍層金屬一端作陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。在直流電的作用下，鍍件表面覆蓋上一層均勻、光潔而致密的鍍層
待鍍金屬(鍍件)
鍍層金屬
電鍍液
含鍍層金屬陽離子的電解質溶液
電鍍金已有兩百多年的歷史。金鍍層具有金黃色外觀，具有良好的化學穩定性，使得電鍍金鍍層既可以作為裝飾性鍍層，又可作為功能性、防護性鍍層。
電子工業發展，金價暴漲，大都采用鍍薄金
英國人發明的氰化物鍍金
1838年
20世紀40年代
出現了刷鍍金(即選擇性鍍金)以及無氰鍍金尤其是以亞硫酸鹽鍍金應用最廣
20世紀60年代
出現了脈沖鍍金和鐳射鍍金
20世紀80年代
電鍍金發展歷史
電鍍
案例分析
電鍍金原理(含氰法)
鍍層金屬
KAu(CN)2溶液
——金
陽極的電極材料是金，本身非常難失去電子，在溶液中的氰根離子的幫助下通過電解失去電子，同時溶液中的氫氧根也可以失去電子，變成水和氧氣
4OH－4e- ＝ 2H2O+O2↑
說明
電極反應式
＝[Au(CN)2]-
Au＋2CN-－e-
待鍍金屬(鍍件)
電鍍
案例分析
電鍍金原理(含氰法)
鍍層金屬
KAu(CN)2溶液
——金
金離子和氰根離子一起形成的更復雜的離子遷移到陰極得到電子，又析出金單質和氰根離子，水分子也可以得到電子，變成氫氣和氫氧根
2H2O + 2e-＝H2↑ + 2OH-
說明
電極反應式
[Au(CN)2]- ＋e- ＝Au＋2CN-
待鍍金屬(鍍件)
氰化物鍍金工藝具有優良的鍍液和鍍層綜合性能，至今仍是工業上廣泛應用的鍍金體系。氰化物體系具有高穩定性，CN-能夠與Au+配位形成Au(CN)2-，絡合穩定常數高達1038。但大量游離的CN-，不僅對操作人員的健康造成極大威脅，還存在腐蝕光刻膠等問題。
如何改進呢？
電鍍
案例分析
鍍金工藝改進
鍍層金屬
KAu(SO3)2溶液
——金
說明
電極反應式
[Au(SO3)2]- ＋e- ＝Au＋2SO3-
經研究，得出了利用亞硫酸根離子和金離子形成的復雜離子替代氰根和金離子形成的復雜離子的電鍍金方法，填補了我國無氰鍍金的空白
待鍍金屬(鍍件)
電鍍與電解精煉
電鍍 電解精煉
裝置
陽極材料 鍍層金屬Cu 粗銅(含鋅、銀、金等雜質)
陰極材料 鍍件金屬Fe 純銅
陽極反應 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
陰極反應 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
溶液變化 Cu2＋濃度保持不變 Cu2＋濃度減小，金、銀等金屬沉積形成陽極泥
電解精煉
原因：
恢復方法：
思考：電鍍過程中電解質溶液成分及濃度均保持不變，而電解精煉過程中，卻減少，這是為什么呢？如何恢復呢？
根據得失電子守恒，溶解銅的量小于析出銅的量，故硫酸銅濃度逐漸減小
電鍍過程中，溶液中的陽離子在陰極得到電子析出，根據得失電子守恒，溶質出去多少陽離子，陽極就下來多少陽離子，故過程中溶質濃度不變
“少什么加什么”
例如：電解硫酸銅溶液少的是銅和氧，可加入氧化銅或者碳酸銅等復原
電鍍
原因：
目前有許多手機都采用了陽極氧化工藝，鋁型材陽極氧化是一種電解氧化，鋁及其合金在相應的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，在鋁制品(陽極)上形成一層多孔而致密，平整且均勻的氧化鋁，以防止鋁合金進一步氧化，同時通過電解作用完成鋁合金的上色。
陽極氧化工藝
(Al-C-H2SO4)
陽極
陰極
2Al-6e- + 3H2O= Al2O3 + 6H+
2H+ + 2e-= H2↑
1．若要在銅片上鍍銀時，下列敘述中錯誤的是(　　)
①將銅片接在電源的正極　②將銀片接在電源的正極　③在銅片上發生的反應是Ag＋＋e－===Ag　④在銀片上發生的反應是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤可用CuSO4溶液作電解質溶液　⑥可用AgNO3溶液作電解質溶液
A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥
答案　C
解析　電鍍原理，若在銅片上鍍銀時，銅作電解池的陰極與電源負極相連，電解質溶液中的銀離子得到電子發生還原反應生成銀；銀作電解池的陽極和電源正極相連，銀失電子發生氧化反應生成銀離子；電解質溶液為硝酸銀溶液。銅片應接在電源的負極上，故①錯誤；銀片應接在電源的正極上，故②正確；在銅片上發生的反應是Ag＋＋e－===Ag，故③正確；在銀片上發生的反應是Ag－e－===Ag＋，故④錯誤；用硫酸銅溶液作電鍍液，陰極析出銅，故⑤錯誤；需用硝酸銀溶液作電鍍液，故⑥正確。
2．金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量鐵、鋅、銅、鉑等雜質，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性：Fe2＋A．陽極發生還原反應，其電極反應式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等
C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳
答案　D
解析　電解精煉鎳時，粗鎳作陽極，純鎳作陰極，電解質溶液中含有Ni2＋，則陽極發生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，陰極電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni，因此，電解過程中陽極減少的質量不等于陰極增加的質量，電解后，溶液中存在的金屬陽離子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，電解槽底部的陽極泥中只有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳。
3．海水提鎂的最后一步是將氯化鎂電解獲取金屬鎂，下列有關該電解過程的敘述中，正確的是(　　)
A．兩個電極必須都用惰性電極
B．陽極可以用金屬電極，陰極必須是惰性電極
C．電解熔融狀態的氯化鎂
D．電解氯化鎂的水溶液
答案　C
解析　電解MgCl2獲取金屬鎂，也就是說鎂離子需要得電子，如果在水溶液中，水電離的氫離子會優先得電子，因此只能在熔融狀態下進行。在陰極發生的是鎂離子得到電子的反應，對電極材料沒有要求，在陽極上發生失電子的反應，如果使用活性電極時會失電子，所以陽極必須用惰性電極。
4.21世紀是鈦的世紀，在800～1 000 ℃時電解TiO2可制得鈦，裝置如圖所示，下列敘述正確的是(　　)
A．a為電源的正極
B．石墨電極上發生還原反應
C．陰極發生的反應為TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．每生成0.1 mol Ti，轉移0.2 mol電子
答案　C
解析　由O2－的移動方向可知，b為電源正極，A錯誤；石墨電極作陽極，發生氧化反應，B錯誤；每生成0.1 mol Ti，轉移0.4 mol電子，D錯誤。
5．一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．a為直流電源的正極
B．陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
C．工作時，乙池中溶液的pH不變
D．若有1 mol離子通過A膜，理論上
陽極生成0.25 mol氣體
答案　D
解析　A項，制備鉻，則Cr電極應該是陰極，即a為直流電源的負極，錯誤；B項，陰極反應式為Cr3＋＋3e－===Cr，錯誤；C項，工作時，甲池中硫酸根移向乙池，丙池中氫離子移向乙池，乙池中硫酸濃度增大，溶液的pH減小，錯誤；D項，若有1 mol離子通過A膜，即丙池產生1 mol氫離子，則理論上陽極生成0.25 mol氧氣，正確。
第二節
電解池
第2課時
電解精煉銅
電鍍
裝置
產物分析
定義
目的
構成
原理
電冶金
原理
實質
應用
THANKS
謝謝聆聽

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