电解池的应用+高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章

化学反应与电能第二节电解池4.2.2电解原理的应用1、熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式2、学会以电子守恒的观点进行电化学计算学习目标1、上一节课，我们学习了电解原理，知道了电解池的工作原理，也明白了，电解过程时放电的逆过程，那么电池可以用来供电，那电解池又可以用来干什么了？思考一、电解原理的应用1、电解饱和食盐水(1)氯碱工业的概念：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业(制烧碱、氯气和氢气)。(2)电解饱和食盐水的原理原理分析装置图通电前氯化钠溶液中含有的离子是

通电时移向阳极的离子是

，移向阴极的离子是

.电极反应阳极反应阴极反应化学方程式离子方程式Na＋、Cl－、H＋、OH－Cl－、OH－Na＋、H＋2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)2H2O+2NaCl=H2↑+Cl2↑+2NaOH电解2H2O+2Cl-

=H2↑

+Cl2↑

+2OH-

电解2、若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象?思考阴极试液变红(因H+放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性)！阳极无明显变化！3、整个电解质溶液的PH如何变化?PH增大(生成了碱)4、上述装置的缺点有哪些？①H2和Cl2

混合爆炸，不安全②Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯(Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO＋H2O)5、装置如何改进?使用离子交换膜(3)氯碱工业生产流程工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行①阳离子交换膜电解槽阴极材料：碳钢阳极材料：钛(起导电作用)②阳离子交换膜的作用只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量a.能传导溶液中的阳离子;b.阻止阴离子和气体分子通过。－+Cl2Cl-H2Na+H+OH-淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）阳离子交换膜阳极阴极阳极室阴极室Na+氯碱工业:离子交换膜法制烧碱增强溶液导电性①因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应②阴极室加入含少量NaOH的目的:增强溶液导电性。③阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性④离子交换膜种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。离子交换膜的作用:a.隔离某些物质，防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应;b.用于制备某些物质:通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质;c.对物质进行分离、提纯等。【几点强调】(4)氯碱工业产品及其应用①氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂②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、农药、金属冶炼等领域中广泛应用1、下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是(

)

D【练一练】2、关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（）A、电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B、若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色C、若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D、电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性B【练一练】镀金奖杯

镀金饰品

景泰蓝2、电镀(1)电镀的概念：利用电解原理在某些金属表面(镀件)镀上一薄层其他金属或合金(镀层)的加工工艺(2)电镀的主要目：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观【注意】镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易起变化的金属和合金(性质比较稳定)(3)电镀池的构成以在铁制钥匙上面镀铜为例阳极材料:镀层金属Cu电极反应：Cu-2e-=Cu2+阴极材料:镀件铁制钥匙阴极(镀件)：Cu2++2e-=Cu总反应：Cu+Cu2+=Cu2++Cu电解现象：铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解特点：硫酸铜溶液浓度的变化是不变(Cu2+浓度保持不变。)

阳极镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连作阳极

阴极待镀金属制品与直流电源的负极相连作阴极电镀液含有镀层金属离子的电解质溶液特点电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等电镀池的结构和特点3、回答下列问题①a、b哪一极为正极(铁叉是镀件)？②若要给铁叉镀锌，a端电极选用什么材料？选择何种溶液？e-镀件作阴极，所以b为负极，a为正极。锌是镀层金属，则a端电极应选用纯锌作电极材料；选择可溶性锌盐作电镀液。【练一练】4、若在铜片上镀银时，下列叙述正确的是（）①将铜片接在电源的正极上②将银片接在电源的正极上③在铜上发生的反应是：Ag++e—=Ag④在银片上发生的反应是：4OH—-4e—=O2↑+2H2O⑤需用硫酸铜溶液为电镀液⑥需用硝酸银溶液为电镀液A、①③⑥B、②③⑥C、①④⑤ D、②③④⑥B【练一练】6、粗铜中含锌、银、金等杂质，结合电解原理如何设计电解池进行粗铜的精炼?思考3、电解精炼铜(1)原理:电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜(2)电极反应①阳极反应Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阳极泥：相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥②阴极反应以阳离子形式留于溶液中Cu2++2e-=Cu(3)反应特点铜的电解精炼时，电解质溶液中的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等(得电子的金属只有铜，但是失电子的金属有铁，镍，铜)【注意】电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而比需要精炼的金属不活泼的杂质会沉积(如：精炼镍时Cu就会沉积)铜精炼阳极炉车间镍铁精炼炉5、用含少量铁的粗铜做阳极，纯铜片做阴极，硫酸铜溶液做电解液，电解一段时间后，阳极质量减少xg，则（）A、电解液质量增加XgB、阴极质量增加XgD阴极质量增加ag，且a＜xC、阴极质量增加ag，且a＞xC【练一练】6、以硫酸铜溶液做电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼，下列叙述正确的是（）①粗铜与直流电源负极相连②阴极发生的反应为Cu2++2e－＝Cu④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥③电路中毎通过0.5mol电子，得到精铜质量为16gA、①③D、②③C、③④B、②④D【练一练】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电解质浓度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：还原反应视情况具体分析浓度减小浓度不变①电解精炼过程中的“两不等”:a.电解质溶液浓度在电解前后不相等;b.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，一不变”︰a.“一多”指阴极上有镀层金属沉积;b.“一少”指阳极上有镀层金属溶解;c.“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。【几点强调】4、电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－=M(2)电解法适用范围：用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态(无水环境)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法加热法物理提取法①电解熔融的氯化钠制取金属钠电极反应阳极2Cl－－2e－=Cl2↑

阴极2Na＋＋2e－=2Na总反应2NaCl(熔融)=2Na＋Cl2↑电解熔融NaCl阴极阳极e-e-Na+Cl-总反应：2NaCl=2Na+Cl2↑电解阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜D隔开。②电解熔融的氯化镁制金属镁电极反应阳极2Cl－－2e－=Cl2↑阴极Mg2＋＋2e－=Mg总反应MgCl2(熔融)

=Mg＋Cl2↑电解③电解熔融的氯化镁制金属镁电极反应阳极阴极总反应微点拨4Al3++12e-=4Al6O2--12e-=3O2↑2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑电解冰晶石冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂，降低氧化铝的熔点【注意】①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高，消耗电能大，成本高②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电【练一练】7、(双选)下列可被工业上采用的冶金方法是（

）A.电解氯化钠溶液制钠B.电解熔融的氯化镁制镁C.电解熔融的氯化铝制铝D.高温下用一氧化碳还原氧化铁制铁BD二、电解的有关计算1、计算类型电解的相关计算包括两极产物的定量计算(如质量、气体的体积、某元素的化合价、溶液的pH及物质的量浓度等)2、电解计算的依据(1)阳极失去的电子总数＝阴极得到的电子总数(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等3、电解计算的方法(1)根据电子守恒法计算：用