2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第4章化學(xué)反應(yīng)與電能第二節(jié)電解池第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用課件新人教版選擇性必修1

第四章

第二節(jié)第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.能分析電解飽和食鹽水、電鍍、精煉銅和電冶金的反應(yīng)原理,發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。2.認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體作用,體會(huì)電解對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步的重要貢獻(xiàn),發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。兩種模型:離子交換膜電解池模型、電鍍池模型。兩個(gè)依據(jù):電解池的工作原理、兩極放電順序。兩個(gè)難點(diǎn):離子交換膜電解池的分析、電解池的相關(guān)計(jì)算。兩種觀念:元素守恒和得失電子守恒?；A(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、電解飽和食鹽水1.探究電解飽和食鹽水的原理惰性電極,只考慮離子放電順序(1)通電前:食鹽水中NaCl和H2O發(fā)生電離,溶液中存在4種離子:

。

(2)通電后:①移向陽(yáng)極的離子是

,

更易失去電子被氧化生成

,電極反應(yīng)式為

。

②移向陰極的離子是

,

更易得到電子被還原生成

,電極反應(yīng)式為

。

③總反應(yīng):化學(xué)方程式為

;

離子方程式為

。

Na+、Cl-、H+、OH-

Cl-、OH-

Cl-

Cl2

2Cl--2e-===Cl2↑

Na+、H+

H+

H2

2H2O+2e-===H2↑+2OH-

2NaCl+2H2O

H2↑+Cl2↑+2NaOH

2Cl-+2H2O

H2↑+Cl2↑+2OH-

2.氯堿工業(yè)習(xí)慣上把電解飽和

的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè),

電解飽和食鹽水的反應(yīng)在離子交換膜電解槽中進(jìn)行,離子交換膜電解槽是由多個(gè)單元槽組成的。采用陽(yáng)離子交換膜

食鹽水

二、電鍍和電解精煉1.電鍍(1)電鍍是一種利用

原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或

的加工工藝。

(2)電鍍的主要目的是使金屬增強(qiáng)

能力,增加表面硬度和美觀。

(3)鍍層金屬通常是一些在

或

中不易發(fā)生變化的金屬(如鉻、鎳、銀)和

(如黃銅)。

(4)電鍍時(shí),待鍍金屬制品作

,鍍層金屬作

,含__________

離子的溶液作電鍍液。

電解

合金抗腐蝕空氣溶液合金陰極陽(yáng)極鍍層金屬2.電解精煉(1)電解精煉過(guò)程與電鍍過(guò)程相似。(2)電解精煉銅時(shí),以待精煉的銅作

,以純銅作

,用

溶液作電解質(zhì)溶液。陽(yáng)極反應(yīng)式為

,陰極反應(yīng)式為

。含有的一些雜質(zhì)則沉積在電解槽底部形成

,可作為提煉

等金屬的原料。

可看作在純銅表面鍍銅

陽(yáng)極陰極硫酸銅Cu-2e-===Cu2+

Cu2++2e-===Cu陽(yáng)極泥金、銀三、電冶金1.金屬冶煉的本質(zhì)金屬的冶煉就是使礦石中的

獲得電子變成__________

的過(guò)程,可表示為

。

2.電冶金

電解法用于冶煉活潑的金屬(如鈉、鈣、鎂、鋁等),但不能電解其鹽溶液,應(yīng)電解其熔融態(tài)。例如,電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的反應(yīng)式:陽(yáng)極:

;

陰極:

;

總反應(yīng):

。

電解相應(yīng)鹽溶液時(shí)陰極產(chǎn)生H2金屬離子金屬單質(zhì)Mn++ne-===M2Cl--2e-===Cl2↑2Na++2e-===2Na2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑名師點(diǎn)撥關(guān)于電解飽和食鹽水的解讀(1)陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),而阻止陰離子和氣體通過(guò)。(2)電解飽和食鹽水的裝置中,陽(yáng)離子交換只允許Na+、H+通過(guò),不允許Cl-、OH-及氣體通過(guò),故既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸,又能避免Cl2與陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)。(3)陽(yáng)極區(qū)Cl-放電生成Cl2,生成的Cl2少量溶于水會(huì)使陽(yáng)極區(qū)溶液呈酸性。歸納總結(jié)電鍍的特點(diǎn)“一多、一少、一不變”。一多是指陰極上有鍍層金屬沉積,一少是指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解,一不變是指電解質(zhì)溶液的濃度不變。辨析比較電鍍銅和電解精煉銅(1)陽(yáng)極不同:電鍍銅的陽(yáng)極是純銅,電解精煉銅的陽(yáng)極是粗銅。(2)陰極不同:電解精煉銅的陰極是純銅,電鍍銅的陰極是待鍍品。(3)電解液相同:電解液均是CuSO4溶液;電鍍銅時(shí),電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)不變;電解精煉銅時(shí),電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)減小。名師點(diǎn)撥電解冶煉鎂和鋁(1)冶煉金屬鎂時(shí),要電解熔融MgCl2,而不能電解熔融MgO,其原因是MgO的熔點(diǎn)很高。(2)冶煉金屬鋁時(shí),要電解熔融Al2O3,而不能電解熔融AlCl3,其原因是AlCl3是共價(jià)化合物,熔融態(tài)不導(dǎo)電。正誤判斷(1)電解飽和食鹽水時(shí),陰極區(qū)得到H2和NaOH溶液。(

)(2)電解精煉鎳過(guò)程中,陰極反應(yīng)式為Ni2++2e-===Ni。(

)(3)若在鐵制品表面鍍銀,應(yīng)將鐵制品與電源的負(fù)極相連。(

)(4)電解KCl溶液和熔融KCl均可得到金屬鉀。(

)√√√×重難突破·能力素養(yǎng)全提升探究角度1電解原理的應(yīng)用例1科學(xué)家發(fā)現(xiàn)對(duì)冶金硅進(jìn)行電解精煉提純可降低高純硅制備成本。相關(guān)電解槽裝置如圖所示,用Cu-Si合金作硅源,在950℃利用三層液熔鹽進(jìn)行電解精煉。下列說(shuō)法正確的是(

)A.X與電源的正極相連B.電子能夠在三層液熔鹽間自由流動(dòng)C.電子由液態(tài)Cu-Si合金流出D.在該液相熔體中Cu優(yōu)先于Si被氧化,Si4+優(yōu)先于Cu2+被還原C解析

由圖可知,該裝置為電解池:Si4+在液態(tài)鋁電極得電子轉(zhuǎn)化為Si,故液態(tài)鋁電極為陰極,X連接電源負(fù)極,A錯(cuò)誤;電子只能在外電路中移動(dòng),不能夠在三層液熔鹽間自由流動(dòng),B錯(cuò)誤;液態(tài)鋁為陰極,連接電源負(fù)極,則電子流入液態(tài)鋁,液態(tài)Cu-Si合金為陽(yáng)極,電子由液態(tài)Cu-Si合金流出,C正確;電解池的陽(yáng)極上Si失電子轉(zhuǎn)化為Si4+,陰極反應(yīng)為Si4+得電子轉(zhuǎn)化為Si,故Si優(yōu)先于Cu被氧化,D錯(cuò)誤。圖解要點(diǎn)

用Cu-Si合金作硅源,利用三層液熔鹽進(jìn)行電解精煉分析如下:[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1]金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量雜質(zhì)Fe、Zn、Cu、Pt,可用電解法制備高純度的鎳(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)。下列敘述正確的是(

)A.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式:Ni2++2e-===NiB.電解后,電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有Cu和PtC.電解后,溶液中存在的陽(yáng)離子只有Fe2+和Zn2+D.電解過(guò)程中,陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等B解析

陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),其電極反應(yīng)式:Ni-2e-===Ni2+,Fe-2e-===Fe2+,Zn-2e-===Zn2+,A錯(cuò)誤。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì),粗鎳作陽(yáng)極,銅和鉑不失電子沉積在電解池底部形成陽(yáng)極泥,電解后,電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有Cu和Pt,B正確。電解后,溶液中存在的陽(yáng)離子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+,C錯(cuò)誤。電解過(guò)程中陽(yáng)極失電子的有Fe、Zn、Ni,陰極析出的是鎳;依據(jù)得失電子守恒,陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加不相等,D錯(cuò)誤。探究角度2離子交換膜電解槽及應(yīng)用例2科研人員研制出人工光合作用的新型分子催化劑,可將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為乙二醇,其裝置如圖所示。該裝置工作時(shí),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.a極為陽(yáng)極,b極為陰極B.H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移C.a極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-===4H++O2↑D.b極每生成1mol乙二醇有4mol電子流入該極D解析

由圖可知,CO2在b極發(fā)生還原反應(yīng)生成乙二醇,則b極是陰極,a極是陽(yáng)極,A正確;電解質(zhì)溶液中,陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),則H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移,B正確;a極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-===4H++O2↑,C正確;b極的電極反應(yīng)式為2CO2+10H++10e-===HOCH2CH2OH+2H2O,則生成1

mol

乙二醇時(shí)有10

mol

電子流入該電極,D錯(cuò)誤?！咀兪皆O(shè)問(wèn)】若上述電解池工作時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4LCO2氣體,則通過(guò)電路中電子的物質(zhì)的量是多少?通過(guò)質(zhì)子交換膜的H+的物質(zhì)的量是多少?提示

5

mol

5

mol

;由陰極反應(yīng)可得關(guān)系式:CO2~5H+~5e-,則消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4

L

CO2氣體,電路中轉(zhuǎn)移5

mol

電子,為維持電解質(zhì)溶液呈電中性,有5

mol

H+通過(guò)質(zhì)子交換膜。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2](2024·安徽滁州九校聯(lián)考)微生物電化學(xué)制取甲烷的裝置如圖所示(左側(cè)CH3COO-轉(zhuǎn)化為CO2和H+,右側(cè)CO2和H+轉(zhuǎn)化為CH4)。下列敘述正確的是(

)A.電源a為負(fù)極B.該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放C.外電路中每通過(guò)1mol電子,與a相連的電極將產(chǎn)生5.6LCO2D.陰極的電極反應(yīng)為CO2+8e-+8H+===CH4+2H2OD解析

該裝置為電解池,與直流電源a相連的左側(cè)電極為電解池的陽(yáng)極,則a為正極,A錯(cuò)誤;在產(chǎn)電菌作用下,乙酸根離子在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H+,電極反應(yīng)式為CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+,右側(cè)與電源b相連的電極為陰極,在產(chǎn)甲烷菌作用下,CO2在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷和水,電極反應(yīng)式為CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O。由得失電子守恒可知,外電路中每通過(guò)8

mol

電子時(shí),陽(yáng)極生成2

mol

二氧化碳,陰極只能消耗1

mol

二氧化碳,則該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放,B錯(cuò)誤;未明確是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況下,無(wú)法計(jì)算外電路中每通過(guò)l

mol

電子時(shí),與a相連的電極生成二氧化碳的體積,C錯(cuò)誤;由上述分析可知,陰極的電極反應(yīng)式為CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O,D正確。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1234題組1電解原理的應(yīng)用1.下列有關(guān)電解原理應(yīng)用的說(shuō)法正確的是(

)A.電解飽和食鹽水時(shí),陰極區(qū)pH減小B.電解法精煉銅時(shí),若陰極質(zhì)量增加3.2g,則陽(yáng)極失去的電子數(shù)為0.1NAC.氯化鋁是一種電解質(zhì),工業(yè)上用電解氯化鋁水溶液制備金屬鋁D.在鐵制品上鍍銀時(shí),鐵制品與電源正極相連B1234解析

電解飽和食鹽水時(shí),水分子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子,陰極區(qū)溶液pH增大,A錯(cuò)誤;電解法精煉銅時(shí),銅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銅,則由得失電子守恒可知,陰極生成3.2

g銅時(shí),陽(yáng)極失去電子的數(shù)目為

×2×NA

mol-1=0.1NA,B正確;氯化鋁是共價(jià)化合物,熔融狀態(tài)下不能導(dǎo)電,所以工業(yè)上用電解熔融氧化鋁的方法制備金屬鋁,C錯(cuò)誤;在鐵制品上鍍銀時(shí),鐵制品與電源負(fù)極相連作電鍍池的陰極,D錯(cuò)誤。12342.(2024·福建莆田五校聯(lián)考)實(shí)驗(yàn)室用石墨電極電解含有酚酞的飽和NaCl溶液,裝置如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是(

)A.a極為電解池的陽(yáng)極B.a極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑C.在電場(chǎng)作用下,Cl-、OH-向陰極移動(dòng)D.b極溶液變紅的原因是H+放電,導(dǎo)致H2OH++OH-正向移動(dòng),c(OH-)>c(H+)C1234解析

由圖可知,a極與電源的正極相連,故a極是電解池的陽(yáng)極,A正確;溶液中陰離子(Cl-、OH-)向陽(yáng)極移動(dòng),由于Cl-的還原性較強(qiáng),故Cl-在陽(yáng)極放電生成Cl2,電極反應(yīng)式為2Cl--2e-===Cl2↑,B正確、C錯(cuò)誤;b極是陰極,水電離產(chǎn)生的H+在陰極放電生成H2,c(H+)減小,導(dǎo)致H2O

H++OH-正向移動(dòng),溶液中c(OH-)>c(H+),溶液呈堿性而使酚酞變紅,D正確。1234題組2離子交換膜電解槽及應(yīng)用3.(2024·福建福州八縣市聯(lián)考)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為電解方法制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是(

)A.石墨電極與電源的負(fù)極相連B.電解過(guò)程中,Ⅱ室溶液的pH減小C.移除陽(yáng)離子交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D.外電路每通過(guò)1mol電子,Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少29.5gB1234解析

利用電解方法制備金屬鈷,推測(cè)Co電極反應(yīng)式為Co2++2e-===Co,則Co電極是陰極,石墨電極是陽(yáng)極,與電源的正極相連,A錯(cuò)誤;電解時(shí),石墨陽(yáng)極的反應(yīng)為2H2O-4e-===O2↑+4H+,為維持電解液呈電中性,Ⅰ室中H+透過(guò)陽(yáng)離子交換膜向Ⅱ室移動(dòng),同理,Ⅲ室中Cl-透過(guò)陰離子交換膜向Ⅱ室移動(dòng),故電解過(guò)程中Ⅱ室c(HCl)變大,pH減小,B正確;移除陽(yáng)離子交換膜后,石墨