《高中化学 432电解原理的应用课件 新人教版选修4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 432电解原理的应用课件 新人教版选修4（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1了解氯碱工业、电镀及电冶金等应用的反应原理和特点。2初步培养运用电解原理进行简单计算和设计完成简单的化学反应的能力。1电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气(1)理论分析通电前溶液中含有的离子：_。通电时_移向阴极，_放电，_移向阳极，_放电。电极反应式为：阳极：_(_反应)阴极：_(_反应)因_放电，导致水的电离平衡H2O HOH向右移动，致使生成_。电解总化学方程式为_，总离子方程式为_。(2)实验现象两极均产生气体。_溶液先变红，说明有_生成。_产生的气体能使润湿的KI淀粉试纸变蓝，说明有_生成。2电镀(1)电镀的含义电镀是应用_在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀的
2、目的电镀的目的主要是_。(3)电镀的原理电镀时，一般都是用_配成电镀液；把_浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，用_作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。装置如右图所示，电极反应式：阳极为_，阴极为_。电镀液CuSO4溶液的浓度_(填“增大”“减小”“不变”)。(4)电解精炼铜装置如右图所示，_作阳极，_作阴极，_作电解质溶液。电极反应式，阳极为_、Zn2eZn2等。阴极为_。电解特点粗铜中的铜“迁移”到纯铜上；CuSO4溶液的浓度_(填“增大”“减小”“不变”)。3电冶金
3、(1)金属冶炼的本质使矿石中的_获得电子，从它们的化合物中出来。如_。(2)电解熔融的NaCl 制Na对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，_几乎是唯一可行的工业方法。例如电解熔融的NaCl制Na：NaCl在高温熔融，并发生电离：NaClNaCl通直流电后，阴极：_，阳极：_，总化学方程式为_。答案：1(1)Na、Cl、H、OHNa、HHCl、OHCl2Cl2eCl2氧化2H2eH2还原HNaOH(2)阴极碱阳极Cl22(1)电解原理(2)使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度(3)含有镀层金属离子的电解质待镀金属制品镀层金属Cu2eCu2Cu22eCu不变(4)粗铜纯铜CuSO4溶液Cu
4、2eCu2Cu22eCu不变3(1)金属离子；还原MmneM(2)电解法2Na2e2Na2Cl2eCl2NaCl(熔融) 2NaCl21电解饱和食盐水实验中，如何检验NaOH和Cl2的生成？写出用BaCl2、NaOH、Na2CO3、盐酸、过滤除去粗盐中Ca2、Mg2、 杂质试剂加入顺序。提示：(1)在阴极附近滴几滴酚酞试液，通直流电时，发现阴极附近溶液变红，证明有碱生成；把湿润的KI淀粉试纸放在阳极附近，若试纸变蓝，则证明有Cl2生成。(2)试剂加入顺序有多种选择，如：BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、盐酸；BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；NaOH、BaCl2、Na2
5、CO3、过滤、盐酸。2电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度是如何变化的呢？为什么？提示：CuSO4溶液的浓度减小。因为当阳极上的少量Zn、Fe、Ni放电的同时，阴极上CuSO4溶液中的Cu2同时放电，此时消耗溶液中的Cu2。只有当阳极上Cu放电，阴极上Cu2放电时，溶液中Cu2的物质的量才不会改变。故溶液中CuSO4的浓度减小，但由于Zn、Fe等杂质量很少，故浓度变化很小。1.通电前，溶液中存在：NaClNaCl，H2OHOH，溶液中有Na、Cl、H、OH四种离子做无规则运动。2通电后，阳离子向阴极做定向移动并在阴极上得电子放电，由于H的得电子能力大于Na，所以在阴极上生成H2，其反应式为2H2
6、eH2；阴离子向阳极做定向移动并在阳极放电，由于Cl失去电子的能力大于OH，所以在阳极上生成Cl2，其反应式为：2Cl2eCl2。3电极反应为：阳极(放电能力ClOH)：2Cl2eCl2(氧化反应)阴极(放电能力HNa)：2H2eH2(还原反应)总反应化学方程式：2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2；离子方程式为2Cl2H2O 2OHH2Cl2。4电解后，由于阴极附近的H放电生成H2，使该区域的c(H)降低，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水的电离，使水的电离平衡向右移动，结果阴极区溶液中的c(OH)增大，使阴极区溶液呈碱性。案例精析【例1】电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解
7、池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式是_，在X极附近观察到的现象是_。Y电极上的电极反应式是_，检验该电极反应产物的方法是_。解析本题是一道通过电解饱和NaCl溶液实验来考查电极反应式的书写问题。由题意或图形可知，此池为电解池，X极为阴极，Y极为阳极。由于电极为惰性电极，饱和NaCl溶液中存在Na、Cl、H、OH，由于在阴极上H放电能力强于Na，故阴极上发生的电极反应式为：2H2eH2，因而导致X极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色
8、变为红色；同理由于在阳极上Cl放电能力强于OH，故阳极上发生的电极反应式为：2Cl2eCl2。答案2H2eH2放出气体，溶液变红2Cl2eCl2把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色(2005全国理综卷)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试液，溶液呈棕色C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性解析电解NaCl水溶液的方程式：2NaCl2H2O 2NaOHCl2(阳)H2(阴)，在阳极得到氯气，在阴极得到氢气，阴极区附近显碱性，电解后的溶
9、液显碱性。故B选项符合题意。答案B(2002上海)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa为正极，b为负极；NaClO和NaClBa为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；HClO和NaClDa为阴极，b为阳极；HClO和NaCl解析要让氯气充分与NaOH反应，则容器的下部生成氯气，是阳极，应与电源的正极相连；上部生成H2和NaOH，是阴极，应与电源的负极相连；氯气与NaOH的反应为：Cl22NaOHNaClO
10、NaClH2O。答案B如图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()解析由电解原理可知，电解饱和NaCl溶液时阳极(电子流出的一极)发生反应：2Cl2eCl2，可用KI淀粉溶液来检验产生的Cl2，阴极(电子流入的一极)发生反应：2H2eH2，同时由于该极H放电，使溶液中c(OH)增大，酚酞试液变红。结合所给图示，电子流方向与题要求一致的有B、D两个选项，但因B选项不能检出是否产生Cl2，而不符合题意。答案D1.电镀(1)电镀的含义：应用电解的原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(2)电镀的目的：增强金属的抗腐蚀能力，更加美观和增加表面硬度。例如：(4)电镀原理的归纳：电镀
11、的原理与电解的原理是一致的。电镀时，一般用含镀层金属阳离子的电解质溶液配成电镀液，把待镀金属制品浸入电镀液中，与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层金属作为阳极，与直流电源的正极相连，通入低压直流电，阳极金属溶解，成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在镀件金属表面。说明：电镀特点：“一多、一少、一不变”。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，一不变指电解液浓度不变。2铜的精练(1)电解精炼铜的原理分析：(2)阳极反应产物的分析：粗铜中往往含锌、铁、镍、金等多种金属，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动顺序表中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等
12、，也会同时失去电子，如Zn2eZn2、Ni2eNi2。但是它们的阳离子比铜离子难还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序表中铜之后的金属如银、金等杂质，因为失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。(3)阴极反应产物的分析：电解过程中，Cu2比H、Zn2、Ni2和Fe2先在阴极放电而析出，Zn2、Ni2、Fe2等离子留在了溶液中。说明：由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的
13、量，所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。3电冶金(1)原理：利用电解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。(2)实质：MnneM。(3)电解法：电解法是最强有力的氧化还原手段，适用于冶炼用普通还原剂难以还原的金属，如钠、钙、镁、铝这样活泼的金属。例如，电解熔融氯化钠可以得到金属钠，NaCl在高温下熔融，并发生电离：NaClNaCl。通直流电后，阴极：2Na2e2Na，阳极：2Cl2eCl2，总反应：2NaCl(熔融) 2NaCl2。(4)常见金属的冶炼方法：方法名称方法名称主要化学反应原理主要化学反应原理(举例举例)适用范围适用范围热分解法热分解法适用于冶炼金属活动性适用于冶炼
14、金属活动性较差的金属，如汞和银较差的金属，如汞和银等等还还原原剂剂法法CO作还原作还原剂剂用还原剂用还原剂(C、CO、H2、Al等等)还原金属氧化物，还原金属氧化物，适用于活动性介于适用于活动性介于ZnCu之间的大多数金属的之间的大多数金属的冶炼冶炼H2作还原作还原剂剂Na、Mg、Al、Ca等等作还原剂作还原剂方法名称方法名称主要化学反应原理主要化学反应原理(举例举例)适用范围适用范围电电解解法法普通电解普通电解适用于冶炼适用于冶炼K、Ca、Na、Mg等等活泼金属活泼金属电解精炼电解精炼阳极反应：阳极反应：Cu2eCu2阴极反应：阴极反应：Cu22eCu 案例精析【例2】如图所示中(A)为直流
15、电源，(B)为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，(C)为电镀槽，接通电路后，发现(B)上的c点显红色，请填空：(1)电源(A)上的a为_极。(2)滤纸(B)上发生的总化学反应方程式为：_。(3)欲在电镀槽中实现在铁上镀锌，接通(K)点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为_，电极f上发生的反应为_，槽中盛放的电镀液可以是_溶液或_溶液(只要求填两种电解质溶液)。解析(1)解答本题的关键之处是“(B)上的c点显红色”，c点之所以呈红色，是因为此处发生电极反应后为碱性，使酚酞变红，c点发生的反应是2H2eH2，H来自水，剩余的OH使酚酞显红色；c点发生还原反应，应为电解池的阴极，所以b为负极
16、，a为正极。(2)实质为电解NaCl溶液：2NaCl2H2O H2Cl22NaOH。(3)铁上镀锌，镀层金属应为阳极，接电源的正极。e应为金属锌(阳极)，Zn溶解，Zn2eZn2，f应为镀件(金属铁)，Zn22eZn，电镀液中应含Zn2。答案(1)正(2)2NaCl2H2O H2Cl22NaOH(3)Zn2eZn2；Zn22eZn；ZnSO4；Zn(NO3)2【例3】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Ni等杂质，用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是()A阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni22eNiB电解过程中，阳极质量减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的
17、金属阳离子只有Fe2和Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt解析本题为课本中“电解精炼铜”的迁移应用，A项阳极应发生氧化反应，C项溶液中的阳离子主要为Ni2，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序，阳极反应为Zn2eZn2，Fe2eFe2，Ni2eNi2，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni22eNi，Fe2、Zn2在该条件下不得电子。比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。答案D点评电解原理的应用往往和氧化还原反应的知识联系起来综合应用，因此，在解答时要将氧化还原中的“强者优先理论”应用到题目中
18、来，正确分析离子的放电顺序。一般情况下，氧化性强的离子优先在阴极上放电生成金属单质，还原性强的金属单质优先在阳极上放电生成金属阳离子。下列叙述中错误的是()A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气解析在电解池中阳极上发生氧化反应中，阴极上发生还原反应，所以A正确；原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阴极，因此B错误；电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应；电解饱和食盐水时，阴极反应为2H2eH2，阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气，所以选项C、
19、D正确。答案B在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是()A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C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解析根据电镀原理，应用镀层作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液，因此选A。答案A冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法水煤气(或氢气，或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜，()湿法炼铜，现代有()铝热冶炼铬，()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A()用B()用C()用 D()用解析
20、()火烧孔雀石炼铜采取用焦炭还原的方法；湿法炼铜是活泼金属置换法；铝热冶炼铬是采用铝热反应将铬从其化合物中置换出来；光卤石炼镁则采用电解的方法。不正确的是B。答案为B。答案B点评电解法一般用于冶炼，采取常规的还原法很难获得的活泼金属。电解原理在化学工业中有广泛的应用。右图表示一个电解池，装有电解质溶液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)如果用电解的方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是_，电极反应式为_。Y电极的材料是_，电极反应式为_(杂质发生的电极反应不必写出)。(2)如利用该装置实现铁上镀锌，电极X上发生的反应为_，电解池盛放的电
21、镀液可以是_或_(只要求填两种电解质溶液)。解析(1)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2能得电子成为单质，其他活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图可知X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu22eCu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu2eCu2。答案(1)纯铜Cu22eCu粗铜Cu2eCu2(2)Zn22eZnZnCl2ZnSO4(合理即可)原电池、电解池和电镀池的比较原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池定义定义将化学能转化成
22、电能将化学能转化成电能的装置的装置将电能转变成将电能转变成化学能的装置化学能的装置应用电解原理，在某些应用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属表面镀上一层其他金属的装置金属的装置装置装置举例举例原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池形成条形成条件件活动性不同的两个电极活动性不同的两个电极(连接连接)；电解质溶液电解质溶液(电极插入电极插入其中并与电极自发反应其中并与电极自发反应)；形成闭合回路直流电形成闭合回路直流电源；源；两个电极接两个电极接两个电极插入两个电极插入电解质溶液；电解质溶液；形成闭合回路形成闭合回路电源正极；电源正极；镀层金属接镀层金属接电镀液必须电镀液必须含有镀层金含有镀层
23、金属的离子属的离子电极名电极名称称负极：较活泼金属；负极：较活泼金属；正极：较不活泼正极：较不活泼金属金属(或能导电或能导电的非金属的非金属)阳极：与电源正阳极：与电源正极相连的极；极相连的极；阴极：与电源负阴极：与电源负极相连的极极相连的极(由由外加电源决定外加电源决定)阳极：镀层金属；阳极：镀层金属；阴极：镀件阴极：镀件(同同电解池电解池)原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池电极电极反应反应负极：氧化反应，负极：氧化反应，金属失电子；金属失电子；正极：还原反应正极：还原反应，溶液中的，溶液中的阳离子得电子阳离子得电子阳极：氧化反应，溶阳极：氧化反应，溶液中的液中的阴离子失电子阴离子失电子，
24、或电极金属，或电极金属失电子；失电子；阴极：还原反应阴极：还原反应，溶液中的阳离，溶液中的阳离子得电子子得电子阳极：金属电极失阳极：金属电极失电子；电子；阴极：电镀液中阴极：电镀液中阳离子得电子阳离子得电子电子电子流向流向同电解池同电解池原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池反应原反应原理举例理举例负极：负极：Zn2eZn2正极：正极：2H2eH2总反应：总反应：Zn2HZn2H2阳极：阳极：2Cl2eCl2阴极：阴极：Cu22eCu总反应：总反应：Cu22ClCuCl2阳极：阳极：Zn2eZn2阴极：阴极：Zn22eZn溶液中溶液中Zn2浓度不变浓度不变原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池主要
25、主要应用应用金属的电化学腐蚀分析；金属的电化学腐蚀分析；牺牲阳极的阴牺牲阳极的阴极保护法；制极保护法；制造多种新造多种新的化学电源的化学电源电解食盐水电解食盐水(氯氯碱工业碱工业)；电冶金电冶金(冶炼冶炼Na、Mg、Al)；精炼铜精炼铜镀层金属为铬、镀层金属为铬、锌、镍、银等，锌、镍、银等，使被保护的金使被保护的金属抗腐蚀能力属抗腐蚀能力增强，增加美增强，增加美观和表面硬度观和表面硬度实质实质使氧化还原反应中的电子使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，形成通过导线定向转移，形成电流电流使电流通过电解质溶液，而在阴、使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程阳两极引起氧化还原反应的过程
