1、第第2 2课时课时 电解电解原理的应用原理的应用 学习目标学习目标 1. 熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、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电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程 式。式。 2. 学会电解的有关计算。学会电解的有关计算。 电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理 思考思考: （1）电解池的两极各产生什么现象）电解池的两极各产生什么现象?若在两若在两 极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象? （2）怎样初步检验两极产物的生成）怎样初步检验两极产物的生成? （3）结合教材，分析产生这种现象的原因
2、。）结合教材，分析产生这种现象的原因。 在在U型管里装入饱和食盐水，用一型管里装入饱和食盐水，用一 根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。 接通直流电源接通直流电源 实验装置实验装置 （1）在）在NaCl溶液中溶液中,NaCl电离出电离出 ，H2O电离出电离出 。 通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下， 向阴极移动，向阴极移动， 向向 阳极移动。阳极移动。 在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式：阳极方程式： ; （2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 。 使使H2O 电
3、离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大，pH 。 阴极方程式：阴极方程式： 。 2Cl - 2e = Cl2 2H+ + 2e = H2 Na+、Cl H+、OH Cl、OH Cl Cl2 H+ H2 OH 增大增大 Na+、H+ 氯氯碱工业碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。 总化学方程式：总化学方程式： ; 总离子方程式总离子方程式: 。 （3）电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：）电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为： _ ，两极极板上都，两极极板上都 有气体产生，如何检验气体的种类？有气体产生，如何检验气体的种类
4、？ 222 2NaCl+2H OCl+H+2NaOH 电解 - 222 2Cl +2H OCl+H+2OH 电解 阴极附近的溶液无色变为阴极附近的溶液无色变为红色红色 阳极：产生阳极：产生刺激刺激气体使湿润气体使湿润KI淀粉淀粉 试纸变试纸变蓝色。蓝色。 阴极：阴极：产生产生无色、无味气体无色、无味气体 1.1.电解饱和食盐水电解饱和食盐水 现象：现象： 阳极：阳极： 阴极：阴极： 阳极：阳极：2Cl -2e =Cl2 阴极：阴极：2H+2e =H2 总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 (条件条件:电解电解) 实验装置实验装置 有气泡产生，使湿润有气泡产生，使湿润 的的
5、 淀粉淀粉KI溶液变溶液变蓝蓝 有气泡产生，滴加酚酞有气泡产生，滴加酚酞 溶液变溶液变红红 (2)避免生成物避免生成物H2和和Cl2混合混合, 因为因为: 。 (1)避免避免Cl2接触接触NaOH溶液会反应溶液会反应,使产品不纯使产品不纯, 反应方程式反应方程式: 。 第一个问题第一个问题: Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O 混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸 解决解决方法：方法：使用使用离子交换膜离子交换膜 （1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换
6、膜：只允许阳离子通过(Cl 、 、OH 离子 离子 和气体不能通过和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用： a. 防止氢气和氯气混合；防止氢气和氯气混合； b. 避免氯气和氢氧化钠反应生成避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠，而影响氢氧化钠 的产量。的产量。 氯碱氯碱工业：离子交换膜工业：离子交换膜法制法制烧碱烧碱 + Cl2 Cl2 Cl H2 Na+ H+ OH 淡盐水淡盐水 NaOH溶液溶液 精制饱和精制饱和 NaCl溶液溶液 H2O（含少量（含少量NaOH） 离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极 金属
7、钛网金属钛网 阴阴 极极 碳钢网碳钢网 阳阳 极极 室室 阴阴 极极 室室 提示：提示： 第二个问题：精第二个问题：精制制食盐水食盐水 由于由于粗盐中含有泥沙、粗盐中含有泥沙、Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42等等 杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那 么如何除去这些杂质呢？么如何除去这些杂质呢？ 3. 所有所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个试剂只有过量才能除尽，你能设计一个 合理的顺序逐一除杂吗？合理的顺序逐一除杂吗？ 2. 用用什么试剂除去什么试剂除去Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42 1. 用用什么方法除去泥
8、沙？什么方法除去泥沙？ 泥沙、泥沙、Na+、 Cl 、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、SO42- Na+、 Cl 、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42- Na+、 Cl 、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、引入引入 Ba2+ Na+、 Cl 、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引引 入入OH Na+、 Cl 、 CO32-、OH Na+、 Cl 沉降沉降 除泥沙除泥沙 略过量略过量 BaCl2 溶液溶液 除除SO42- 略过量略过量 Na2CO3 溶液溶液 除除Ca2+、 Ba2+ 略过量略过量NaOH 溶液溶液 除除Fe3+ , Mg2+ 适量适量HCl溶液溶液 调节调节p
9、H 除除 CO32- 、OH 粗盐的成份：粗盐的成份： 泥沙泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42 杂质，会与碱性物 杂质，会与碱性物 质反应产生沉淀，损坏离子交换膜质反应产生沉淀，损坏离子交换膜 精制食盐水精制食盐水 杂质的除去过程：杂质的除去过程： 粗盐水粗盐水 含少量含少量 Ca2+.Mg2+ 精制精制 盐水盐水 )SO( BaCl 2 4 2 除 过量 )(除泥沙及沉淀 过滤 )Ba.Ca( CONa 22 32 除 过量 )CO( 2 3 除 适量盐酸 )Mg.Ca( 22 除 阳离子交换塔 )Fe.Mg( NaOH 32 除 过量 2.2.铜的铜的电解精炼电解精炼 一般火法冶
10、炼得到的粗铜中含有多种杂质一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质 （如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电 性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线， 就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电 解的方法精炼粗铜。解的方法精炼粗铜。 粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等) 纯铜纯铜 粗铜粗铜 阳极：阳极： Zn Zn2+2e Fe Fe2+2e Ni Ni2+2e Cu Cu2+2e Zn Fe Ni Cu Ag Au 阴极阴极: Cu2+ +
11、 2e Cu 阳极泥阳极泥 问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？ CuSO4溶液溶液 3. 3. 电镀电镀 概念概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层：应用电解原理在某些金属表面镀上一层 其它金属或合金的过程。其它金属或合金的过程。 电镀电镀池形成条件池形成条件 + 镀件镀件 镀层金属镀层金属 含镀层金属离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液 镀镀件作阴极件作阴极 镀层镀层金属作阳极金属作阳极 含含镀层金属阳离子镀层金属阳离子 的的盐溶液作电解液盐溶液作电解液 电镀电镀的特点的特点 电镀液的组成及酸碱性保持不变电镀液的组成及酸碱性保持不变 4. 4. 电
12、冶金电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）（冶炼活泼金属钠、镁、铝等） 制取金属钠制取金属钠 电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。 通直流电后，通直流电后， 阳极：阳极： 2Cl - 2e = Cl2 阴极：阴极： 2Na+ + 2e = 2Na 总反应：总反应： 2NaCl(熔融 熔融) 2Na + Cl2 结论：结论：电解法是冶炼金属的一种重要方电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是法，是最强有力的氧化还原最强有力的氧化还原的手段。的手段。 电 解 熔 融 氯 化 钠 制 钠 电 解 熔 融 氯 化 钠 制 钠 4. 4. 电冶金电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金（使用电解法冶炼
13、像钠、镁、铝等活泼金 属属的方法的方法） 制取金属铝制取金属铝 电解熔融状态的氧化铝。电解熔融状态的氧化铝。 阳极：阳极： 6O2- 12e = 3O2 阴极：阴极： 4Al 3+ + 12e = 4Al 总反应：总反应： 2Al2O3(熔融熔融) 4Al + 3O2 冰晶石冰晶石 助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠） 阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充 思考：工业思考：工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不 用用AlCl3? 冶炼铝设备图冶炼铝设备图 阳极阳极C 电解质
14、电解质 烟罩烟罩 熔融熔融 态铝态铝 钢壳钢壳 钢导电棒钢导电棒 阴极阴极C 耐火耐火 材料材料 原电池、电解池、电镀池判定规律原电池、电解池、电镀池判定规律 若若无外接电源，无外接电源， 可能是原电池，然后依据原可能是原电池，然后依据原 电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看” 先先看电极：两极为导体且活泼性不同看电极：两极为导体且活泼性不同 再再看溶液：两极插入电解质溶液中看溶液：两极插入电解质溶液中 后后看回路：形成闭合回路或两极接触看回路：形成闭合回路或两极接触 若若有外接电源，两极插入电解质溶液中有外接电源，两极插入电解质溶液中，则，则可能
15、是可能是电解池电解池 或或电镀池。当阳极金属与电镀池。当阳极金属与电解质溶液电解质溶液中的金属阳离子相同中的金属阳离子相同， 则则为电镀池，其余为电镀池，其余情况情况为电解池。为电解池。 讨论：讨论：比较电解池和原电池的异同比较电解池和原电池的异同 电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较 电解池电解池 电解精炼池电解精炼池 电镀池电镀池 定义定义 形成形成 条件条件 电极电极 名称名称 电极电极 反应反应 将电能转变成化将电能转变成化 学能的装置。学能的装置。 应用电解原理在某些金属表应用电解原理在某些金属表 面镀上一层其它金属的装置。面镀上一层其它金属的装置。 两电
16、极接直流电源两电极接直流电源 电极插人电解质溶电极插人电解质溶 液液 形成闭合回路形成闭合回路 镀层金属接电源正极待镀层金属接电源正极待 镀金属接电源负极镀金属接电源负极 电镀液须含有镀层金属电镀液须含有镀层金属 的离子的离子 阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连阴极：电源负极相连 阳极：镀层金属；阳极：镀层金属； 阴极：镀件阴极：镀件 阳极：氧化反应阳极：氧化反应 阴极：还原反应阴极：还原反应 阳极：氧化反应阳极：氧化反应 阴极：还原反应阴极：还原反应 应用电解原理将不纯的应用电解原理将不纯的 金属提纯的装置。金属提纯的装置。 不纯金属接电源正极不纯金属接电源正极 纯的金
17、属接电源负极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯电解质溶液须待提纯 金属的离子金属的离子 阳极：不纯金属；阳极：不纯金属； 阴极：纯金属阴极：纯金属 阳极：氧化反应阳极：氧化反应 阴极：还原反应阴极：还原反应 5. 5. 电解的有关计算电解的有关计算 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、 气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原 子质量、溶液的子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。及物质的量浓度等。 典型例题典型例题2 将两支惰性电极插入将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。溶液中，通电电解。 (1
18、)当有当有1.0 10 3 mol的 的OH 放电时，溶液显浅蓝色 放电时，溶液显浅蓝色 ，则在阴极上析出铜的质量是，则在阴极上析出铜的质量是_。 (2)若溶液的体积为若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标，忽略溶液体积变化，在标 准状况下放出准状况下放出5.6 mL O2时，溶液的时，溶液的pH是是_。 解析解析： (1)用惰性电极电解用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为溶液时，电极反应为 阴极：阴极：2Cu2 4e 2Cu，阳极： ，阳极：4OH 4e O2 2H2O。当有。当有1.0 10 3 mol的 的OH 放电时，生成标准状况下的放电时，生成标准状况下的O2为为5.6
19、mL，此时，此时 转移电子为转移电子为1.0 10 3 mol，则在阴极上析出 ，则在阴极上析出Cu： 32 10 3 g。 。 = = (2)阳极阳极： 4OH 4e 2H2O O2 4 mol 1 mol n n1.0 10 3 mol，消耗 ，消耗1.0 10 3 mol OH，生成 ，生成 1.0 10 3 mol H则 则H 1.0 10 3 mol L 1 pH lgH lg(1.0 10 3) 3。 3 1 5.6 10 L 22.4 L mol g 3 1.0 10 mol 1 L 答案：答案：(1) 0.032 g (2) 3 = 电化学的计算方法可归纳为下列三种：电化学的计
20、算方法可归纳为下列三种： (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路，其依据根据电子守恒法计算：用于串联电路，其依据 是电路中转移的电子总数相等。是电路中转移的电子总数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写 出总反应式，最后根据总反应式计算。出总反应式，最后根据总反应式计算。 (3)根据关系式计算：依据得失电子守恒关系建立根据关系式计算：依据得失电子守恒关系建立 已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关 系式。系式。 归纳总结归纳总结 6. 6. 电解池电解池及原电池的应用及原电池的应用-金属的防护
21、金属的防护 1）金属腐蚀快慢的判断）金属腐蚀快慢的判断 电解原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学腐化学腐 蚀蚀 有防腐蚀措施的腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀 同一种金属的腐蚀同一种金属的腐蚀：强电解质：强电解质弱电解质弱电解质非电解质非电解质 2）金属的防护方法）金属的防护方法 改变金属内部结构改变金属内部结构 覆盖保护层覆盖保护层 电化学保护法电化学保护法 外加电源的阴极保护法外加电源的阴极保护法 牺牲负极的正极保护法牺牲负极的正极保护法 6. 6. 原电池及电解池原电池及电解池的应用的应用-可充电电池可充电电池 阴极：阴极： 正极：正极： 还原反应极还原反
22、应极 得电子极 得电子极 电子流入极 电子流入极 放电：原电池放电：原电池 充电：电解池充电：电解池 负极：负极： 阳极：阳极： 氧化反应极氧化反应极 电子流出极电子流出极 失电子极失电子极 氧化反应极氧化反应极 失电子极失电子极 电子流出极电子流出极 还原反应极还原反应极 得电子极得电子极 电子流入极电子流入极 1. 池池型的判断型的判断 有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池； 多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是 在原电池带动下的电解池。在原电池带动下的电解池。 小结：小结
23、：一一. 原电池原电池与电解池的比较及判断：与电解池的比较及判断： 3. 电解池电解池放电顺序的判断放电顺序的判断 阳极放电：阳极放电： 1）惰性电极：）惰性电极：则溶液中阴离子放电。则溶液中阴离子放电。 2）非惰性电极：）非惰性电极：电极材料首先失电子。电极材料首先失电子。 阴极放电：阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。电极材料受保护，溶液中阳离子放电。 2. 电极电极的判断的判断 原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。 4. 判断判断溶液的溶液的pH变化：变化： 先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
24、电解水时原性质增强；电解水时原性质增强； 电解电解质本身时原性质减弱；电解电解质本身时原性质减弱； 电解生成酸时酸性增强；电解生成酸时酸性增强； 电解生成碱时碱性增强。电解生成碱时碱性增强。 电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 阴极阴极待镀金待镀金 属制品属制品 小结：小结：二二. 电解池电解池的应用的应用-电镀及氯碱工业电镀及氯碱工业 待镀制品待镀制品 铜片铜片 硫酸铜溶液硫酸铜溶液 电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。 电解质溶液：溶液中电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。的浓度保持不变。 1. 电镀电镀 2. 氯氯碱工业原理碱工业原理 （
25、离子膜法）离子膜法） + 精制饱和精制饱和NaCl 淡盐水淡盐水 Cl2 H2 NaOH溶液溶液 H2O含少量含少量NaOH Cl Cl2 H+ OH Na+ Na+交换膜交换膜 1.关于电解氯化钠水溶液关于电解氯化钠水溶液(铁作阴极、石墨作阳极铁作阴极、石墨作阳极)，下下 列叙述正确列叙述正确的的是是 ( ) A若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 B若在阳极附近的溶液中滴入若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色溶液，溶液呈棕黄色 C电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 D电解一段时间后，将全
26、部电解液转移到烧杯中，充电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充 分搅拌后溶液呈中性分搅拌后溶液呈中性 随堂练习随堂练习 B 2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案 设计正确的设计正确的是是 ( ) A锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子 A 3. 把两支惰性电极
27、插入把两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通溶液中，通 电电解。当电解液的电电解。当电解液的pH从从6.0变为变为3.0时时(设电解时设电解时 阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变 化可以忽略化可以忽略)，电极上应析出银的质量，电极上应析出银的质量是是 ( ) A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg B 4. 如如图所示的图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，两个电解池中的电极均为铂，在在 A池中加入池中加入0.05 mol L 1的 的CuCl2溶液，溶液，B池中加入池中加入0.1 mol L 1的 的AgNO3溶液，进行电解。溶液，进行电解。a、b、c、d四个四个 电极上所析出的物质的物质的量之比是电极上所析出的物质的物质的量之比是 ( ) A2241 B1121 C2111 D2121 A 5. 电解电解NO制备制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使，其工作原理如图所示，为使 电解产物全部转化为电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质需补充物质A，A是是 _，说明理由：，说明理由：_ _ 。 NH3 根据根据电池总反应：电池总反应：8NO 7H2O 3NH4NO32HNO3，知电解产生的，知电解产生的HNO3多，多， 故应补充故应补充NH3，使其转化为，使其转化为NH4NO3
