【人教版】高中化學(xué) 選擇性必修一 第四章 第二節(jié) 電解池 第3課時 課件（兩份打包）

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中學(xué)實驗條件下鍍鋅工藝的初步探索與實踐

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第2節(jié)電解池

一、了解電鍍鋅工藝的目的和方法

鍍鋅鐵板

非鍍鋅鐵板

一、了解電鍍鋅工藝的目的和方法

一、了解電鍍鋅工藝的目的和方法

依據(jù)電鍍原理模型畫出鍍鋅示意圖，并寫出在鐵質(zhì)鍍件上鍍鋅的電極反應(yīng)。

二、設(shè)計并搭建簡單的鍍鋅實驗

根據(jù)已有用品，選擇合適的試劑設(shè)計實驗，以小組為單位初步嘗試在鐵片上鍍鋅。

試劑：電鍍液（1mol/LZnCl2溶液，0.5mol/LZnCl2溶液，0.1mol/LZnCl2溶液），4mol/LKCl溶液，硼酸30g/L。

電極：鐵片（300目砂紙打磨），鋅片。

儀器：燒杯，學(xué)生電源，數(shù)字電流計，筆式pH計，導(dǎo)線，鱷魚夾，玻璃棒。

你的電鍍是否成功？請為自己的作品打分，滿分10分。

總結(jié)鍍鋅裝置出現(xiàn)的問題。

三、電鍍條件的探究

展示查詢的鍍鋅工藝選擇的一般思路。

主鹽提供電沉積金屬的粒子，多以絡(luò)合離子形式或水化離子形式存在導(dǎo)鹽擴大允許使用的電流密度范圍緩沖劑用來調(diào)節(jié)和控制溶液酸堿度的物質(zhì)添加劑潤濕劑作用是加大各種金屬和溶液間的界面張力

整平劑能夠改變金屬表面的微觀平整性

應(yīng)力消除劑能降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力，提高鍍層的韌性

光亮劑主要用來增加鍍層的光亮度，出去了拋光的工序

三、電鍍條件的探究

選擇影響電鍍效果的四個因素，以小組為單位對電解條件進行探究。

因素一：是否加入以及加入多少Cl-（該離子通過與鋅離子絡(luò)合實現(xiàn)對鋅離子濃度的緩沖），保持鋅離子濃度穩(wěn)定，有利于實現(xiàn)鋅的均勻析出，從而容易形成比較致密的鍍層，但Cl-過多可能導(dǎo)致鋅離子濃度過低，電鍍速率過小。

電壓為3V，電解液為200mL0.5mol/LZnCl2溶液，電極距離3cm，以5g為一個單位逐漸加入氯化鉀固體，控制電解時間為3分鐘，探究電解效果。

三、電鍍條件的探究

因素二：電壓

從2V電壓開始，以0.5V為一個單位，逐漸增加電壓，其他實驗條件相同（加入15gKCl），控制電解時間為3分鐘，探究電解效果。

因素三：電極距離（本質(zhì)是電極表面電流密度）

以因素一探究的實驗條件為依據(jù)，通過控制電極距離，以0.2A為一個單位，研究上述條件對于電鍍質(zhì)量的影響（加入15gKCl）?？刂齐娊鈺r間為3分鐘，探究電解效果。

因素四：溶液酸堿性

以因素一探究的實驗條件為依據(jù)，通過少量酸、堿（忽略體積影響）來調(diào)控pH，從2開始，以pH變化3為單位，探究酸、堿性對電鍍質(zhì)量的影響?？刂齐娊鈺r間為3分鐘，探究電解效果。

三、電鍍條件的探究

解釋電鍍產(chǎn)品效果不同的原因。

（1）鋅離子濃度過高會導(dǎo)致電極極化而使鍍層粗糙。在ZnCl2中加入KCl溶液后，主要發(fā)生的離子反應(yīng)是：Zn2++2Cl-+2H2O[ZnCl2(OH)2]2-+2H+，可以使得Zn2+濃度降低二獲得較為致密的鍍層。

（2）電壓和電極間距共同決定了電流密度，電流密度大，電解速率大，形成的金屬晶粒較大、較粗，難以緊密附著。

（3）酸性過強時，H+主要放電產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致鍍層疏松，且鋅析出速率過?。粔A性過強時，容易使鋅以氫氧化物的形式沉淀而影響電鍍效果。

三、電鍍條件的探究

總結(jié)最佳電鍍條件。

電壓3V，0.5mol/LZnCl2，20gKCl，在pH為5左右時進行電鍍。

正交試驗設(shè)計法是研究與處理多因素實驗的一種科學(xué)方法，是數(shù)理統(tǒng)計中的一個較大的分支。利用規(guī)格化的表格—正交表，科學(xué)地挑選試驗條件，合理安排實驗。主要優(yōu)點是能在很多試驗方案中挑選出代表性強的少數(shù)幾個試驗方案，并且通過這些試驗方案的結(jié)果的分析，推斷出最優(yōu)方案，同時還可以作進一步的分析，得到比試驗結(jié)果本身給出的還要多的有關(guān)各因素的信息。

霍爾槽（英文：HullCell），又稱赫爾槽或哈氏槽?；魻柌墼囼炛恍枰倭垮円?，經(jīng)過短時間試驗便能得到在較寬的電流密度范圍內(nèi)鍍液的電鍍效果。由于該試驗對鍍液組成及操作條件作用敏感，因此，常用來確定鍍濃各組分的濃度以及pH值，確定獲得良好鍍層的電流密度范圍，同時也常用于鍍液的故障分析。因此，霍爾槽已成為電鍍研究、電鍍工藝控制不可缺少的工具。

四、給自制手辦鍍鋅

為手辦鍍鋅，要求表面沒有金屬鍍層，盡量為單色，也可以使用塑料片和熱熔膠、石蠟等制作（要求體積不要過大，能放入電解槽），如果零件形狀復(fù)雜，需要對陽極形狀進行必要改進，如利用鋅皮制作筒形電極，以保證鍍件表面電流密度均勻。

如何解決手辦不導(dǎo)電問題？

（1）導(dǎo)電漆涂抹；

（2）墨粉涂抹；

（3）利用銀鏡或銅鏡反應(yīng)先在手辦表面鍍一層很薄的銀，再進行電鍍。

課堂小結(jié)

中學(xué)實驗條件下鍍鋅工藝的初步探索與實踐

影響生產(chǎn)條件因素的發(fā)現(xiàn)

正交法確定理論最優(yōu)條件

實踐中微調(diào)，確定最終工藝條件

工業(yè)生產(chǎn)條件探究的一般過程(共11張PPT)

電解原理的應(yīng)用

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第2節(jié)電解池

一、電冶金

為什么電解飽和食鹽水沒有生成金屬鈉？如何制備金屬鈉？

什么是金屬冶煉？如何制備活潑金屬鈉和鋁？

金屬冶煉：

使礦物中的金屬離子獲得電子變成金屬單質(zhì)的過程：

Mn++ne-=M

電冶金：

通常極難被還原的活潑金屬，如K、Ca、Na、Mg、Al等

一、電冶金

回顧氯堿工業(yè)，依據(jù)所給資料，選擇合適電解質(zhì)，完成電解制備金屬鈉和鋁，并書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

熔點/℃化合物類型

NaCl801離子化合物

Na2O1132離子化合物

AlCl3194共價化合物

Al2O32054離子化合物

電解質(zhì)的選擇：

①鋁和鈉都是活潑金屬，對應(yīng)Na+和Al3+得電子能力弱于水中H+，所以不能電解水溶液。②氯化物的熔點低，轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)所需能量低，所以一般選擇電解熔融的氯化物。③AlCl3是共價化合物，熔融狀態(tài)無自由移動離子產(chǎn)生，不能形成閉合回路，只能選擇熔融Al2O3。

一、電冶金

資料：冰晶石（Na3AlF6），白色晶體，熔點1009℃，是電解Al2O3的助熔劑。其助熔原理：冰晶石較氧化鋁熔點低，其熔化后，氧化鋁可溶于冰晶石液體，從而降低冶煉金屬鋁的成本。

電極材料的選擇：

①陽極材料：依據(jù)鈉離子和鋁離子在陰極析出生成金屬單質(zhì)，為了不引入其他陽離子，所以陽極選擇惰性電極。

②陰極材料：考慮成本、環(huán)保等，選擇合適電極即可。

一、電冶金

完善裝置圖并書寫電極反應(yīng)。

陰極：2Na++2e-=2Na

電解

總反應(yīng)：2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

陰極：4Al3++12e-=4Al

陽極：6O2--12e-=3O2↑

電解

總反應(yīng)：2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑

冰晶石

二、電鍍

什么是電鍍？美麗的電鍍產(chǎn)品是如何制成的？

電鍍：應(yīng)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加工工藝。主要目的是增強金屬的抗腐蝕能力，增加美觀或表面硬度。

鍍層金屬：通常是一些在空氣或溶液中不易發(fā)生變化的金屬，如鉻、鎳、銀、黃銅等。

鍍件：待鍍金屬制品。

二、電鍍

設(shè)計一個“鐵釘鍍銅”的電鍍裝置。

①如何使鍍層金屬沉積在待鍍金屬（鍍件）表面？

②如何補充消耗的鍍層金屬陽離子？

鍍層金屬作陽極，鍍層金屬失電子生成陽離子，補充電解質(zhì)溶液。

陰極：M-ne-=Mn+

鍍件作陰極，鍍層金屬陽離子在陰極得電子析出，附著在鍍件上。

陰極：Mn++ne-=M

三、應(yīng)用電解法處理含鉻廢水

資料：

I.鉻元素的穩(wěn)定化合價主要包括：0、+3、+6。

II.Cr2O72-水溶液呈橙色，其鹽易溶于水。

III.+3價鉻元素的主要存在形式及其性質(zhì)如下表。

存在形式Cr3+Cr(OH)3

主要性質(zhì)酸性條件下能穩(wěn)定存在，水溶液呈綠色灰藍色固體，難溶于水，Ksp=6.4×10-31

依據(jù)資料，設(shè)計除去酸性廢水中鉻(Cr2O72-)的方法。

將Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，再調(diào)節(jié)溶液pH，轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀除去。

依據(jù)資料，設(shè)計一個電解裝置將廢水中Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+。

三、應(yīng)用電解法處理含鉻廢水

方案一：Cr2O72-直接在陰極得電子轉(zhuǎn)化為Cr3+

預(yù)期現(xiàn)象：溶液橙色逐漸變淺。

實驗現(xiàn)象：陰陽兩極均有大量氣泡產(chǎn)生；電解一段時間，溶液顏色沒有明顯變化。

發(fā)現(xiàn)問題：石墨作電極，將Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+難以實現(xiàn)。

資料：

I.Cr(VI)存在相互轉(zhuǎn)化：Cr2O7+H2O2CrO42-+2H+。

II.氧化性：Cr2O72->CrO42-。

III.工業(yè)上采用Fe電極處理含鉻廢水。

三、應(yīng)用電解法處理含鉻廢水

方案二：電解池中Cr2O72-間接轉(zhuǎn)化為Cr3+

預(yù)期現(xiàn)象：溶液橙色逐漸變淺。

實驗現(xiàn)象：陰極有大量氣泡產(chǎn)生，電解較長