【人教版】高中化學 選擇性必修一 第四章 第二節(jié) 電解池 第2課時 課件（兩份打包）

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電解原理的應用

第四章化學反應與電能

第2節(jié)電解池

一、對電解飽和食鹽水過程的深入思考

寫出右圖裝置的電極反應和總反應，預測實驗現象，選用合適的試劑檢驗產品。

實驗：電解飽和食鹽水，用酚酞溶液和碘化鉀淀粉試紙分別檢驗陰極附近溶液和陽極產生的氣體。

這個反應的產物都是有很高附加值的工業(yè)產品，你了解它們的用途嗎？

石墨

石墨

+

-

陽極

陰極

飽和氯化鈉溶液

放電順序：

陰極Ag+>Hg2+>Cu2+>H+

陽極金屬>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根

一、對電解飽和食鹽水過程的深入思考

有同學認為將上述裝置成比例放大即可用于工業(yè)生產，請你評價該同學的觀點并說明你的理由。

石墨

石墨

+

-

陽極

陰極

飽和氯化鈉溶液

（1）該原理用于生產實際面臨哪些問題？

無法避免H2和Cl2混合。無法避免NaOH與Cl2反應、無法避免NaOH與NaCl混合。無法實現大量、連續(xù)生產。

一、對電解飽和食鹽水過程的深入思考

有同學認為將上述裝置成比例放大即可用于工業(yè)生產，請你評價該同學的觀點并說明你的理由。

石墨

石墨

+

-

陽極

陰極

飽和氯化鈉溶液

（2）化工生產還有哪些需要考慮的問題？

確保安全；環(huán)境友好；成本：包括設備成本、土地成本、能源成本、人力成本、原料成本等；提高產品附加值；提高產品順讀、三廢的綜合處理和利用、聯產高附加值產品、生產效率。

二、利用離子交換膜設計電解裝置

離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液中的離子具有選擇透過功能的膜，通常由高分子材料制成。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。離子交換膜實際上就是一種選擇性離子導體，通過其成分和結構的調整可以實現只透過一種或者一類離子（陰離子或陽離子）的神奇效果，同時高分子具有良好的氣密和液密功能。

常見的離子交換膜有質子交換膜（只允許H+透過）、陰離子交換膜（只允許陰離子透過）、陽離子交換膜（只允許陽離子透過）。

請以小組為單位討論并設計電解飽和氯化鈉溶液的工業(yè)裝置模型，繪制示意圖。請代表上臺講解其工作原理，說明是如何避免上述問題產生的，還有哪些顯著優(yōu)點？

二、利用離子交換膜設計電解裝置

標明各出口、入口的物質。

應選擇何種離子交換膜，為什么？

該裝置和你設計的裝置相比有哪些不同？你認為其優(yōu)點是什么？還有哪些改進的余地？

結合化學平衡移動原理解釋NaOH生成的原理。

二、利用離子交換膜設計電解裝置

離子交換膜在電化學裝置中的作用

（1）隔絕兩極反應物和兩極環(huán)境，避免兩極反應物之間直接反應；避免兩極之間產物直接反應，避免原料和產物之間混合，減少后續(xù)分離成本。

（2）作為離子導體形成閉合回路，選擇性透過某些離子，是心啊某些物質的精準和定向制備。

二、利用離子交換膜設計電解裝置

海水或者濃縮海水能不能直接用于上述工業(yè)？為什么？

粗鹽溶液中通常含有以下雜質：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-。據此回顧粗鹽提純原理，回答除雜試劑的選擇和加入順序。

實際電解過程中通常會在陽極附近加入少量稀鹽酸，結合平衡移動原理解釋其目的。

一切操作為生產目的服務

主要平衡：

Cl2+H2OHCl+HClO

三、電解精煉金屬和電鍍

CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-四種離子，通電后Cu2+、H+移向陰極，SO42-、OH-移向陽極，陰極Cu2+放電變成Cu聚集在陰極板（精銅）上。

Zn-2e-=Zn2+

Ni-2e-=Ni2+

比銅不活潑的金屬雜質，不能失電子而溶解，以單質形式沉積于電解槽底部，形成陽極泥。

實際生產過程中發(fā)生放電的離子和產物更為復雜和多樣，不同工藝條件如電壓、極板形狀和間距、濃度、其他離子組分及改變都會對精煉效率和質量發(fā)生影響。

三、電解精煉金屬和電鍍

上述分析對其他金屬的精煉有哪些啟發(fā)？

請總結這類裝置設計的一般思路。

+

-

純金屬

粗金屬

待提純金屬可溶性鹽溶液

電解精煉模型

三、電解精煉金屬和電鍍

如果將上述裝置中的純金屬換成另一種導電物體，則理論上可以實現在該物體上鍍一層金屬的目的，這就是電鍍。

+

-

鍍件

鍍層金屬

鍍層金屬可溶性鹽溶液

電鍍模型

含有雜質的電解質溶液會影響析出金屬的品質，且鹽溶液中金屬離子濃度對于鍍層質量有很大影響，通常要控制在一個合理濃度，不能過高或過低。

如果將上述裝置改成想鐵鑰匙鍍銅的裝置，需要做哪些改動？

請總結電鍍的思維模型

三、電解精煉金屬和電鍍

電鍍和電解冶煉行業(yè)可能排放出對環(huán)境有害的廢水、廢氣，必須通過處理或回收再利用以防對環(huán)境造成污染。

電冶金

（1）本質：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。

（2）適用范圍：制取活潑金屬單質，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3分別制取Na、Mg、Al。

決定

決定

三、電解精煉金屬和電鍍

資料：鋁在人類應用歷史上從“貴族”到“平民”的轉化

19世紀，鋁可是一種稀罕的貴金屬，價格比黃金還要高。愛顯擺的拿破侖三世為了彰顯自己的身份地位，在宴會上使用皇家專供的鋁餐具，而賓客們只能用“普通”的金銀餐具。一八八九年，發(fā)現和歸納元素周期表的門捷列夫在倫敦時，為了表彰他的貢獻，被贈予了一件貴重獎品──用金和鋁制作的天平。

原理

目的

裝置

條件控制

電解原理的應用思路

課堂小結

電解原理的應用

一、電解食鹽水裝置的改進

1.需要解決的問題

2.神奇的離子交換膜

3.利用交換膜設計裝置

二、電解法精煉金屬和電鍍

三、電解原理的應用思路

原理

目的

裝置

決定

決定

條件控制(共14張PPT)

電解原理模型的理解與發(fā)展

第四章化學反應與電能

第2節(jié)電解池

一、遷移鞏固，探查學情

請類比CuCl2溶液，運用“分析電解池工作原理的一般思路”，分析以石墨為電極電解CuSO4溶液的產物，并用化學用于表示電極反應（同時注明反應類型）及總反應。

CuSO4溶液

CuSO4=Cu2++SO42-

H2OH++OH-

向陰極

向陽極

陰極：Cu2++2e-=Cu

電解

總反應：2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+H2SO4

陽極：2H2O-4e-=H2↑+4H+

二、替換要素，內化模型

陽極Cu、OH-哪一個先在陽極失電子？

CuSO4=Cu2++SO42-

H2OH++OH-

向陰極

向陽極

陰極：Cu2++2e-=Cu

CuSO4溶液

銅棒

銅棒

若以銅棒代替石墨電極電解CuSO4溶液，其產物是否發(fā)生變化？

Cu的失電子能力強于溶液中的OH-

二、替換要素，內化模型

CuSO4溶液

銅棒

銅棒

實驗：以銅為電極電解硫酸銅溶液

①在陽極表面并沒有看到氣泡產生

②通電一段時間后，陽極質量減少，陰極質量增加，溶液藍色保持不變。

陰極：Cu2++2e-=Cu

陽極：Cu-2e-=Cu2+

除鉑、金等惰性金屬外，陽極材料為金屬時，金屬通常由于溶液中的粒子失去電子。

陽極粒子放電順序：金屬（除Pt、Au）>Cl->OH->SO42-含氧酸根

三、理解進階，簡單應用

請設計實驗，實現反應：Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑

借助電解可以使非自發(fā)的氧化還原反應得以實現。

H2SO4溶液

銅棒

石墨

陰極：2H++2e-=H2↑

電解

總反應：Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑

陽極：Cu-2e-=Cu2+

四、應用原理，發(fā)展模型

已知燒堿、氯氣都是重要的化工原料，工業(yè)上習慣把電解飽和食鹽水獲得氯氣和燒堿的工業(yè)生產叫做氯堿工業(yè)。

請依據電解的基本原理，分析電解飽和食鹽水的產物，并設計實驗裝置。

NaCl=Na++Cl-

H2OH++OH-

向陰極

向陽極

陰極：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

電解

總反應：2NaCl+H2O=2OH-+H2↑+Cl2↑

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

四、應用原理，發(fā)展模型

已知燒堿、氯氣都是重要的化工原料，工業(yè)上習慣把電解飽和食鹽水獲得氯氣和燒堿的工業(yè)生產叫做氯堿工業(yè)。

在氯堿工業(yè)中為何使用飽和食鹽水？不飽和可以嗎？是否會影響電解效果？

飽和食鹽水中離子濃度大，電解速率大，并且飽和的食鹽水可抑制Cl2的溶解，有利于Cl2的逸出。

上述裝置可用于工業(yè)化生產H2、Cl2和NaOH嗎？

不能。①氣體逸散，不便收集，污染環(huán)境；②Cl2和NaOH反應，降低“氯堿”產量：2OH-+Cl2=ClO-+Cl2+H2O；③H2與Cl2混合易爆炸，存在安全隱患。

四、應用原理，發(fā)展模型

基于下圖裝置，提出你的改進意見。

+

-

惰性電極

惰性電極

飽和食鹽水

四、應用原理，發(fā)展模型

+

-

惰性電極

惰性電極

飽和食鹽水

Cl2

H2

①分別開通輸H2、Cl2管道，既防止了氣體逸散，又避免了氫氯混合爆炸；②將電解槽分割成兩部分：陽極室和陰極室。

OH-仍然會通過鹽橋進入陽極室與Cl2反應

有沒有材料能限制Cl2和OH-通過，而不影響其他離子的定向移動？

Na+

陽離子交換膜

四、應用原理，發(fā)展模型

+

-

惰性電極

惰性電極

飽和食鹽水

（精制）

Cl2

H2

工業(yè)上如何實現連續(xù)生產？

Na+

陽離子交換膜

淡鹽水

添加NaCl（s）

NaCl和NaOH

飽和食鹽水

（精制）

四、應用原理，發(fā)展模型

+

-

惰性電極

惰性電極

飽和食鹽水

（精制）

Cl2

H2

工業(yè)上如何實現連續(xù)生產？

如何提高陰極產物燒堿的純度？

Na+

陽離子交換膜

淡鹽水

添加NaCl（s）

NaOH

水

四、應用原理，發(fā)展模型

+

-

惰性電極

惰性電極

飽和食鹽水

（精制）

Cl2

H2

如何增強陰極室溶液的導電性，增大電解速率？

Na+

陽離子交換膜

淡鹽水

添加NaCl（s）

較濃NaOH溶液

水

（含少量NaOH）

（1）加入電解質，但不能改變電極反應（2）不引入雜質

四、應用原理，發(fā)