資源簡介

(共27張PPT)
第四單元 化學反應與電能
第二節 電解原理及其應用
第2課時 電解原理的應用
學習目標
1. 能利用電解池的工作原理解釋氯堿工業，電鍍，電解精煉以及電冶金的基本原理，會書寫電極反應式和總反應。
2. 進一步理解電解在實現物質轉化和儲存能量中的具體應用，并能夠熟練分析新型的電解池裝置。
上節課已經知道，電解為冶煉高純度的銅起到了重要的作用,冶煉銅得到的是粗銅，需要電解精煉才能得到高純度99.99%的精銅，如何用電解的方法得到純銅？帶著問題進行預習
銅
情境引入 電解精煉銅
思考以下問題：
（1）食鹽水中的離子：
濕潤的淀粉
KI試紙變藍
（2）離子移動方向：
Cl－、OH－ 移向陽極，
H＋、Na＋ 移向陰極。
（3）預測現象：
陰極有無色氣體產生，陰極端溶液變紅，陽極產生的黃綠色氣體能使淀粉—KI溶液變藍。
H＋、Na＋、Cl－、OH－
任務一： 電解飽和食鹽水原理
思考1
任務一： 電解飽和食鹽水原理
電解飽和食鹽水（模擬氯堿工業），根據原理，預測實驗現象
電解飽和NaCl溶液
陰極
陽極
鐵釘
石墨
實驗陰極使用金屬材料，目的在于增強導電性能
注意：選擇電極材料時，注意陽極材料可能參與電極反應
任務一： 電解飽和食鹽水原理
陽極 陰極
存在離子
電極反應
產物檢驗
總反應 Cl-、OH-
2e-
2Cl-
Cl2↑
－
Na+ 、H+
2e-
2H+
+
H2↑
2e-
[ 2H2O
H2↑ +2OH-]
+
點燃法檢驗H2
酚酞變紅檢驗堿性
2NaCl +
2H2O
電解
H2↑ + 2NaOH + Cl2↑
濕潤的淀粉KI試紙
變藍檢驗Cl2
總結歸納
學生活動一：思考討論1：上述裝置的缺點，并小組展示。
（1）H2和Cl2 混合不安全。
（2）Cl2會和NaOH反應，會使得到的NaOH不純。
思考2
任務二： 電解飽和食鹽水實驗改進
學生活動一：思考討論2：:如何改進裝置呢？
提示：隔離陰陽極，控制離子移動
使用離子交換膜隔離陰陽極
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
遇火或強光會爆炸
(1)離子交換膜的作用：
a.防止H2和Cl2混合而引起爆炸；
b.避免Cl2和NaOH反應影響NaOH的產量。
c.平衡電荷，形成閉合回路的作用
(2)常用的離子交換膜
陽離子交換膜：只允許陽離子和水通過，不允許陰離子和氣體通過
陰離子交換膜：只允許陰離子和水通過，不允許陽離子和氣體通過
質子交換膜： 只允許質子(H+)和水分子通過
任務二： 電解飽和食鹽水實驗改進
思考：使用陽離子膜更合適
總結：(1)生產設備名稱：離子交換膜電解槽
陰極：碳鋼
陽極：鈦
陽離子交換膜：只允許陽離子通過
(Cl－、OH－離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。
任務二： 電解飽和食鹽水實驗改進
－
+
Cl2
Cl2
Cl—
H2
Na+
H+
OH—
鈦
NaOH溶液
精制飽和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
陽離子交換膜
陽極室
陰極室
a、避免氫氣和氯氣混合爆炸
b、避免氯氣和氫氧化鈉反應，降低氫氧化鈉產量
碳鋼
淡鹽水
任務二： 電解飽和食鹽水實驗改進
氯堿工業產品及其應用
以氯堿工業為基礎的化工生產
電解飽和食鹽水
濕氫氣
濕氯氣
液堿
H2
Cl2
含氯漂白劑
NaOH
金屬冶煉
有機合成
HCl
鹽酸
有機合成
氯化物合成
農藥
有機合成、造紙
玻璃、肥皂
紡織、印染
任務二： 電解飽和食鹽水實驗改進
粗銅制備精銅，如何設計電解裝置？
思考（1）粗銅生成銅離子，應該在哪一極進行？
（2）電解質溶液選擇原則。
任務三： 電解精煉銅
思考3
實驗裝置
陽極
陰極
(粗銅) :
(純銅) :
Cu-2e-= Cu2+
Cu2+ + 2e-= Cu
硫酸銅溶液
陽極反應書寫準確嗎？
思考4
任務三： 電解精煉銅
精銅精煉：
①電極反應式：
陽極：Cu - 2e- = Cu2+
陰極：Cu2+ + 2e- = Cu
②電解液：
含Cu2+離子的電解質溶液
Fe - 2e- = Fe2+ Zn - 2e- = Zn2+
Ni - 2e- = Ni2+
硫酸銅溶液
任務三： 電解精煉銅
說明：粗銅制備精銅
1.粗銅作陽極，純銅作陰極。
2.粗銅中排在Cu前的金屬在失電子，包括鋅、鐵、鎳和銅，而排在Cu后的銀、金、鉑等以金屬單質的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥，陰極放電順序：Cu2+＞H+＞Ni2+＞Fe2+＞Zn2+，僅有Cu2+放電
3.溶液中Cu2+的濃度有所下降。
4.銅離子變為銅單質，其他離子留在溶液中，從而達到精煉的目的
任務三： 電解精煉銅
1、定義：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
2、原理：Mn+ + ne- = M
3、適用范圍：電解是最強有力的氧化還原手段，適用于冶煉活潑金屬單質，如鈉、鈣、鎂、鋁等金屬
任務四： 電冶金
熔融NaCl
陰極
陽極
e-
e-
Na+
Cl-
總反應：2NaCl(熔融） === 2Na+Cl2↑
電解
4.電解熔融NaCl制金屬鈉
陽極：
2 Cl－- 2e- ＝ Cl2↑
陰極：
2 Na++2e- ＝ 2Na
任務四： 電冶金
陰極:
陽極:
總反應:
4Al3+ + 12e- = 4Al
6O2- - 12e- = 3O2↑
2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2↑
電解
助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉）
冰晶石
5.電解熔融Al2O3制金屬鋁
任務四： 電冶金
5、冶煉金屬的方法總結
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
電解法
熱還原法
加熱法
物理提取法
總結歸納
使金屬增強抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。
+
鍍件
鍍層金屬
－
含鍍層金屬離子的鹽溶液
鍍層金屬通常是一些在空氣中或溶液里不易起變化的金屬和合金
2.電鍍的特點
陽極本身參加電極反應；電解質溶液的濃度保持不變。
陽極：鍍層金屬
陰極：待鍍金屬制品（即鍍件）
1.主要目的
任務五： 電鍍
1．如圖是某同學用Cu片在Fe片上鍍銅的實驗裝置，下列說法正確的是（　　）
A．Cu2＋在A極被還原
B．溶液藍色逐漸變淺
C．Cu片為A極，Fe片為B極
D．若A極和B極直接相連，則金屬銅被氧化
練習一
C
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
總結歸納
2.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
陽極：2Al-6e- + 3H2O= Al2O3 + 6H+
陰極：2H+ + 2e-= H2↑
練習二
3.電解裝置如圖，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發現左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。已知：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O，下列說法正確的是（　　）
A.右側發生的電極方程式：O2+4e-+2H2O=4OH-
B.電解槽內發生反應的總化學方程式是：
KI+3H2O=KIO3+3H2↑
C.電解結束后，右側溶液中不可能含有IO3-
D.如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內反應的總化學方程式不變
B
練習三
3．下列描述中不符合生產實際的是（　　）
A．電解水制氫氣時，用銅作陽極
B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極
C．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網作陰極
D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極
A
練習三
4.電解裝置如圖，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發現左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。已知：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O，下列說法正確的是（　　）
A.右側發生的電極方程式：O2+4e-+2H2O=4OH-
B.電解槽內發生反應的總化學方程式是：
KI+3H2O=KIO3+3H2↑
C.電解結束后，右側溶液中不可能含有IO3-
D.如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內反應的總化學方程式不變
B
練習四

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