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第四章 化學反應與電能
第二節(jié) 電解池
課時2 電解原理的應用
課堂導入
工業(yè)上制備的銅，其含Cu約98.5%，還含有Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，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？
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根據(jù)已學知識，設(shè)計精煉銅的實驗裝置。
電解原理的應用
如何讓粗銅中的銅變成銅離子進入溶液；
粗銅生成銅離子，失去電子，發(fā)生氧化反應，反應在陽極進行；
陽極材料選擇粗銅，陰極材料選擇精銅；
電解質(zhì)溶液為硫酸銅溶液，其銅離子遷移到陰極得電子，析出為銅。
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電解原理的應用
陽極(粗銅)發(fā)生反應：Cu - 2e- = Cu2+
粗銅含有鐵、銀、金等雜質(zhì)，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(fā)生氧化反應，進入溶液中。
副反應：Zn - 2e- = Zn2+ Ni - 2e- = Ni2+
而Zn2+、Ni2+比Cu2+難還原，故不在陰極得電子析出，只留在電解質(zhì)溶液里。
銀、金等金屬雜質(zhì)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(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥，可以作為提煉金、銀等貴金屬的原料。
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電解原理的應用
陰極(純銅)發(fā)生反應：Cu2+ + 2e- = Cu
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。
放電順序：Cu2+>H+>Ni2+>Fe2+>Zn2+
Cu2+析出為銅單質(zhì)，其他離子留在溶液中，從而達到粗銅精煉的目的。
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(fā)生變化的金屬(如鉻、鎳、銀)和合金(如黃銅)。
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電解原理的應用
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。
通過電鍍完成的奢侈品，通常表面為貴金屬，內(nèi)部卻是一些價格低廉的金屬(假貨)，那么到底什么是電鍍呢？
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電解原理的應用
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。
電鍍金至今已有兩百多年的歷史。金鍍層具有金黃色外觀和良好的化學穩(wěn)定性，既可以作為裝飾性鍍層，又可作為功能性、防護性鍍層。
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電解原理的應用
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。
Au + 2CN- - e- = [Au(CN)2]- 4OH- - 4e- = 2H2O + O2↑
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(zhì)和氰根離子，水分子也可以得到電子，變成氫氣和氫氧根。
[Au(CN)2]- + e- = Au + 2CN- 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-
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電解原理的應用
氰化物鍍金工藝具有優(yōu)良的鍍液和鍍層綜合性能，至今仍是工業(yè)上廣泛應用的鍍金體系。氰化物體系具有高穩(wěn)定性，CN-能夠與Au+配位形成Au(CN)2-，絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)高達1038。但大量的游離CN-對操作人員的健康會造成極大威脅，還存在腐蝕光刻膠等問題。
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。
[Au(SO3)2]- ＋e- ＝Au＋2SO3-
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電解原理的應用
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電解原理的應用
電解法適用于冶煉用普通還原劑難以還原的活潑金屬，如鈉、鈣、鎂、鋁等金屬的冶煉。
NaCl(熔融) = Na+ + Cl-
陽極：2Na+ + 2e- = 2Na
陰極：2Cl- - 2e- = Cl2↑
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電解原理的應用
金屬冶煉的本質(zhì)是使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質(zhì)的過程，用電解法可將通常極難被還原的活潑金屬從它們的化合物中還原出來，即稱為電治金。
根據(jù)Mn+ + ne- = M的電解原理，分析右圖工業(yè)制取鋁單質(zhì)的工藝流程，寫出相應的反應原理。
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(guān)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(tài)的氯化鎂
D．電解氯化鎂的水溶液
課堂鞏固
C
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(chǎn)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
課堂鞏固
D
課堂小結(jié)

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