高中化学第四章电化学基础4.3.2电解原理的应用.ppt

第,2,课时,电解原理的应用,任务一、认真阅读教材第,80,页到第,81,页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。,1,.,什么是氯碱工业,?,提示,习惯上,把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。,2,.,食盐水溶液中含有哪些离子,?,阴离子失电子的难易顺序和阳离子得电子的难易顺序如何,?,写出电极反应式和总反应式。,提示,在食盐溶液中,存在着,Na,+,、,Cl,-,、,H,+,、,OH,-,四种离子。通电时,在阳极,Cl,-,比,OH,-,容易失去电子,氧化生成氯气,;,在阴极,H,+,比,Na,+,容易得到电子,还原生成氢气。,阅读思考,自主检测,阅读思考,自主检测,任务二、认真阅读教材第,81,页的内容,思考回答下列问题,自主学习电镀。,1,.,什么是电镀,?,电镀的目的是什么,?,镀层金属一般具有什么特点,?,提示,电镀是应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方法。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易发生变化的金属,(,如铬、镍、银,),和合金,(,如黄铜,),。,阅读思考,自主检测,2,.,电镀时,如何设计阴极、阳极和电解液,?,提示,电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。,3,.,如何用电镀的方法电解精炼粗铜,?,提示,电解时,用纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,用,CuSO,4,溶液作电解液。当通以直流电时,作为阳极的粗铜逐渐溶解,纯铜在阴极上析出,粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部。,阅读思考,自主检测,任务三、认真阅读教材第,81,页到第,82,页的内容,思考回答下列问题,自主学习电冶金。,1,.,什么是金属冶炼,?,提示,金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来,:,M,n,+,+,n,e,-,M,。,2,.,常常用电解法冶炼哪些金属,?,提示,常常用电解法冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。,3,.,利用电解法制备金属钠时,电解液是什么,?,阴极、阳极的电极反应式及总反应式分别是什么,?,阅读思考,自主检测,1,.,欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是,(,),A.Ag,和,AgCl,溶液,B.Ag,和,AgNO,3,溶液,C.Fe,和,AgNO,3,溶液,D.Pt,和,Ag,2,SO,4,溶液,答案,:,B,2,.,在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是,(,),A.,都是轻金属,B.,都是活泼金属,C.,成本低廉,D.,这些金属的化合物熔点较低,答案,:,B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,探究问题,实验目的,:,模拟电解原理的应用。,实验装置,:,如右图所示,:,1,.,若用如图所示装置,模拟氯碱工业,则电解质溶液,c,、电极,a,、电极,b,的电极材料分别是什么,?,电极反应式和总反应式分别是什么,?,用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点,?,如何改进,?,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2,.,若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电解质溶液,c,、电极,a,、电极,b,的电极材料分别是什么,?,电极反应式分别是什么,?,电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化,?,提示,若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电极,a,是,Cu,电极,b,是铁制品,电解质溶液是,CuSO,4,溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3,.,若用如图所示装置,模拟电解精炼粗铜,(,含,Zn,、,Fe,、,Ag,等杂质,),则电解质溶液,c,、电极,a,、电极,b,的电极材料分别是什么,?,电极反应式分别是什么,?,电镀过程中电解质溶液中,Cu,2+,的浓度如何变化,?,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,知识点拨,一、电解饱和食盐水,氯碱工业,1,.,原理,(1),电极反应式,:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2,.,氯碱工业的电解槽,由阳极,(,金属钛网,),、阴极,(,碳钢网,),、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,二、电镀与电解精炼的比较,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向一,氯碱工业原理的应用,【例题,1,】,如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是,(,),A.,装置中的离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子通过,B.,装置中出口,处的物质是氢气,出口,处的物质是氯气,C.,除去杂质后的,NaOH,溶液从出口,B,处导出,D.,转移,0.8 mol,电子时产生,H,2,8.96 L(,标准状况下,),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析,:,阳离子交换膜只允许阳离子通过,A,正确,;,处是阳极,发生,B,错误,;,处,H,+,放电后生成,OH,-,Na,+,通过离子交换膜从左室进入右室,所以除去杂质后的,NaOH,溶液从,B,口导出,C,正确,;,生成,1,mol,H,2,转移,2,mol,电子,转移,0.8,mol,电子时生成,0.4,mol,H,2,标准状况下为,8.96,L,D,正确。,答案,:,B,规律方法点拨,电解饱和食盐水时,电解产物之间能够发生化学反应,如,NaOH,溶液和,Cl,2,能反应生成,NaClO,H,2,和,Cl,2,混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,为避免这几种产物混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜,阻止,OH,-,向阳极区移动,使氯气与氢氧化钠不能发生反应,从而制得烧碱、氯气和氢气。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,1,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,溶液,溶液呈现紫色,C.,若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈现无色,D.,电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性,解析,:,电解,NaCl,溶液,阴极生成,H,2,和,NaOH,阳极生成,Cl,2,。,答案,:,B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向二,电镀原理的应用,【例题,2,】,某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是,(,),A.,用铜钥匙做阳极,碳棒做阴极,CuSO,4,溶液做电解质溶液,B.Zn,与铜钥匙用导线相连插入,ZnSO,4,溶液中,C.Zn,做阳极,铜钥匙做阴极,ZnSO,4,溶液做电镀液电解,D.,在电镀过程中溶液中的,Zn,2+,浓度减小,Cu,2+,浓度增大,解析,:,锌为镀层金属,需做阳极,铜为镀件,需做阴极,含有镀层金属离子的溶液做电解液。,答案,:,C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨,(1),电镀的特点,:,阳极材料是活性电极,(,金属活动性顺序,Ag,以前,即除,Au,、,Pt),阳极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。,一多、一少,:“,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。,(2),电镀过程中电镀液浓度的变化情况,:,若电镀池的阳极为镀层金属,则阳极溶解产生的离子的物质的量等于溶液中的离子在阴极得电子析出的物质的量,此时,电镀液的浓度保持不变,电镀过程中,需要经常更换阳极材料。,若电镀池的阳极为惰性电极,则阳极不溶解,但溶液中的离子在阴极得电子析出,此时,电镀液的浓度不断减小,电镀过程中,需要经常更换电镀液。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,2,在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是,(,),A.,锌做阳极,镀件做阴极,溶液中含有锌离子,B.,铂做阴极,镀件做阳极,溶液中含有锌离子,C.,铁做阳极,镀件做阴极,溶液中含有亚铁离子,D.,锌做阴极,镀件做阳极,溶液中含有亚铁离子,解析,:,电镀原理是镀层金属做阳极、镀件做阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。,答案,:,A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向三,电解精炼原理的应用,【例题,3,】,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,(,),粗铜与直流电源负极相连,阴极发生的反应为,Cu,2+,+2e,-,Cu,电路中每通过,3.0110,23,个电子,得到的精铜质量为,16 g,杂质,Ag,以,Ag,2,SO,4,的形式沉入电解槽形成阳极泥,A.,B.,C.,D.,解析,:,粗铜做阳极,与电源正极相连,;,杂质,Ag,以单质的形式形成阳极泥。,答案,:,D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨,(1),电解精炼过程,:,电解精炼粗铜时,用含杂质的铜做阳极,精铜做阴极。反应过程中阳极上首先是比,Cu,活泼的金属失去电子成为离子,进入溶液,在阴极只有,Cu,2+,得电子成为单质,然后是,Cu,失去电子成为离子,进入溶液,在阴极仍然只有,Cu,2+,得电子成为单质,当金属铜放电完毕,活泼性比,Cu,差的金属掉落形成阳极泥,此时电路断路,电解结束,;,其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。,(2),电解精炼过程中,溶液中,Cu,2+,浓度的变化情况,:,阳极上比,Cu,活泼的金属放电时,溶液中的,Cu,2+,在阴极上放电,浓度不断减小,然后当,Cu,放电时,生成一个铜离子进入溶液的同时,溶液中的一个铜离子得电子变成铜单质析出,溶液中的,Cu,2+,浓度保持不变。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,3,以,CuSO,4,溶液为电解质溶液进行粗铜,(,含,Al,、,Zn,、,Ag,、,Pt,、,Au,等杂质,),的电解精炼,下列说法正确的是,(,),A.,溶液中,Cu,2+,浓度保持不变,B.,粗铜接电源正极,发生还原反应,C.,溶液中,Cu,2+,向阳极移动,D.,利用阳极泥可回收,Ag,、,Pt,、,Au,等金属,解析,:,电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能。电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。,答案,:,D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向四,电化学的相关计算,【例题,4,】,如图所示,若电解,5 min,时,测得铜电极的质量增加,2.16 g,。,试回答,:,(1),电源中,X,极是,(,填,“,正,”,或,“,负,”),极。,(2),通电,5 min,时,B,中共收集到,224,mL,(,标准状况下,),气体,溶液体积为,200,mL,(,电解前后溶液的体积变化忽略不计,),则通电前,c,(CuSO,4,)=,。,(3),若,A,中,KCl,溶液的体积也是,200,mL,则电解后溶液的,pH,为,。,(,K,W,=1.010,-14,),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析,:,(1),铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X,为负极。,(2)C,中铜极增重,2.16,g,即析出,0.02,mol,Ag,线路中通过,0.02,mol,电子。由,4e,-,O,2,可知,B,中产生的,O,2,只有,0.,005,mol,即,112,mL,。但,B,中共收集到,224,mL,气体,说明还有,112,mL,气体是,H,2,即,Cu,2+,全部在阴极放电后,H,+,接着放电产生了,112,mL,H,2,则通过,0.01,mol,电子时,Cu,2+,已完全被还原。由,2e,-,Cu,可知,n,(Cu,2+,)=0.005,mol,则,c,(CuSO,4,)=0.,025,molL,-1,。,(3),由,4e,-,4OH,-,知,A,中生成,0.,02,mol,OH,-,则,c,(OH,-,)=0.1,molL,-1,c,(H,+,)=,molL,-1,=1.010,-13,molL,-1,pH=13,。,答案,:,(1),负,(2)0.025 molL,-1,(3)13,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨,电化学的有关计算,(1),计算的原则,:,阳极还原剂失去的电子数,=,阴极氧化剂得到的电子数。,串联电路中通过各电极的电子总数相等。,电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。,(2),计算的方法,:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(3),注意几个等量关系式,:,当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。,常见电化学计算的对应关系,:,如电解中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为,n,(H,2,),n,(Cl,2,),n,(O,2,)=1,1,0.5,。,总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性,电极反应式和总电池反应式,电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,4,有一电解装置如图所示。图中,B,装置中盛有,1 L 2 molL,-1,Na,2,SO,4,溶液,A,装置中盛有,1 L 2 molL,-1,AgNO,3,溶液。通电后,湿润的淀粉,KI,试纸的,C,端变蓝色,电解一段时间后,试完成下列问题。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(1)A,中发生反应的化学方程式为,。,(2),在,B,中观察到的现象是,。,(3),室温下,从电解开始到时间为,t,时,A,、,B,装置中共收集到气体,0.168 L(,标准状况下,),若电解过程中无其他副反应发生,且溶液体积变化忽略不计,则在,t,时,A,中溶液的,pH,为,。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(2),石墨电极表面有气泡产生,铜电极周围溶液变成蓝色,一段时间后,U,形管下部有蓝色沉淀产生,(3)2,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,1,.,利用电解法可将含有,Fe,、,Zn,、,Ag,、,Pt,等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是,(,),A.,电解时以精铜作阳极,B.,电解时阴极发生氧化反应,D.,电解后,电解槽底部会形成含少量,Ag,、,Pt,等金属的阳极泥,解析,:,电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化反应,;,精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生还原反应,A,、,B,、,C,错误。因为在金属活动性顺序中,Ag,、,Pt,排在,Cu,的后面,所以电解时,Ag,、,Pt,不会失电子,D,正确。,答案,:,D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2,.,在,25,时,将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出,a,mol,气体,同时有,W,g Na,2,SO,4,10H,2,O,晶体析出,若温度不变,此时剩余溶液中溶质的质量分数是,(,),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析,:,用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水,2H,2,O 2H,2,+O,2,阳极产生氧气。当阳极析出氧气,a,mol,时,消耗水,2,a,mol,。当饱和溶液减少,2,a,mol,水即,36,a,g,水时,有晶体析出,留下溶液仍为饱和溶液,即将,W,g,Na,2,SO,4,10H,2,O,晶体加入到,36,a,g,水中所得溶液仍为饱和溶液。该溶液中溶质的质量分数为,答案,:,C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3,.,如图所示,通电,5 min,后,第,极增重,2.16 g,此时,CuSO,4,恰好电解完。设,A,池中原混合溶液的体积为,200,mL,。,(1),电源,F,为,极,;,第,极为,极,;B,池为,池。,(2)A,池中第,极上的电极反应式为,。,(3),通电前,A,池中原混合溶液,Cu,2+,的浓度为,。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4,.,下图为相互串联的甲、乙两个电解池,甲池利用电解原理在铁上镀银,试回答,:,(1)A,是,、,(,填电极材料和电极名称,),电极反应式是,;B,是,、,(,填电极材料和电极名称,),电极反应式是,应选用的电解质溶液是,。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(2),乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始电解一段时间,铁极附近呈,色,;C,极附近呈,色。,(3),若甲槽阴极增重,43.2 g,则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是,mL,。,若乙槽中剩余溶液仍为,400,mL,则电解后所得,NaOH,溶液的物质的量浓度为,。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,