第第頁化學人教版（2023）選擇性必修14.2.2電解原理的應用（共30張ppt）(共30張PPT)

第二節(jié)電解池

第2課時電解原理的應用

學習目標

1.理解電解飽和食鹽水、電鍍和電冶金的反應原理。

2.能夠認識電解在實現(xiàn)物質轉化和儲存能量中的具體應用。

化學與生活

c

d

a

b

電源

(2)避免生成物H2和Cl2混合

(1)避免Cl2接觸NaOH溶液反應，使產(chǎn)品不純

Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O

混合遇火或遇強光爆炸

電解飽和食鹽水要解決的主要問題

解決方法：使用離子交換膜

化學與生活

Cl2

H2

淡鹽水

NaOH溶液

精制飽和NaCl溶液

H2O(含少量NaOH)

陽離子交換膜

陽極金

屬鈦網(wǎng)

陰極

碳鋼網(wǎng)

+

－

電解飽和食鹽水

－

+

離子交換膜

F

E

D

C

B

A

OH-

Cl-

H+

Na+

OH-

Cl-

OH-Cl-

失電子能力增強

陽極:2Cl-－2e-==Cl2↑

Cl2

NaCl溶液

淡鹽水

A

C

陽極室

陰極室

電解飽和食鹽水

H2O

－

+

離子交換膜

F

E

D

C

B

A

陽極:2Cl-－2e-==Cl2↑

Cl2

H+

Na+

Na+

H+

Na+H+

得電子能力增強

陰極:

2H2O+2e-==2OH-+H2↑

H2

(含少量NaOH)

？

NaOH溶液

陽極室

陰極室

電解飽和食鹽水

－

+

Cl2

Cl-

H2

Na+

H+

OH-

淡鹽水

NaOH溶液

精制飽和NaCl溶液

H2O（含少量NaOH）

陽離子交換膜

陽極

金屬鈦網(wǎng)

陰極

碳鋼網(wǎng)

陽極室

陰極室

電解飽和食鹽水

1．概念

2．原理

習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)

陽極反應式：2Cl－－2e－==Cl2↑

陰極反應式：2H2O+2e-==2OH-+H2↑

總反應：

因H＋放電，促進了水的電離，使陰極區(qū)溶液顯堿性

電解飽和食鹽水

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

電解

3．氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程

(1)陽離子交換膜電解槽

只允許Na＋等陽離子通過，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液反應而影響氫氧化鈉溶液的產(chǎn)量和質量。

(2)陽離子交換膜的作用

電解飽和食鹽水

4．氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應用

(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有NaOH、Cl2、H2、含氯漂白劑等。

(2)以電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、有機合成、農(nóng)藥等領域中廣泛應用。

電解飽和食鹽水

化學與生活

鍍金獎杯

鍍金飾品

景泰藍

化學與生活

鍍層金屬

Cu

鍍件

直流電源

+

-

陽極

陰極

陽極：

Cu－2e-==Cu2+

陰極：

Cu2++2e-==Cu

CuSO4溶液

電鍍

1．電鍍

2．電鍍池的構成

陰極：待鍍物品——鑰匙

陽極：鍍層金屬——銅

電解質溶液：含有鍍層金屬陽離子的電解質溶液——硫酸銅溶液

利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

陰極反應式為：Cu2＋＋2e－==Cu

陽極反應式為：Cu－2e－==Cu2＋

在鑰匙上鍍銅

硫酸銅溶液濃度基本不變

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)和合金(如黃銅)。

電鍍

[Au(CN)]

2

-

e-==

Au

2CN-

+

+

2HO

2

2e-==

H2↑

2OH-

+

+

陰極主要電極反應

陽極

陰極

[Au(CN)]

Au

2CN-

－e-==

+

-

2

4OH-

－4e-==

2H2O+O2↑

陽極主要電極反應（金做陽極）

電鍍金原理（含氰法）

電鍍

孫淑蘭(1942-)

景泰藍制作高級工程師

景泰藍

上世紀70年代，研究出亞硫酸無氰鍍金法，形成一條無氰鍍金流水線，填補了我國無氰鍍金的空白，后榮獲國家科技進步獎。

[Au(SO)]

2

3

3-

e

-

+

Au

+

2SO

2-

3

陰極主要反應

鍍金工藝改進

電鍍

若要在鐵制品表面鍍鎳，下列有關說法正確的是()

B

理論應用

A．電鍍液用硫酸亞鐵溶液

B．鎳應與電源的正極相連，鐵制品應與電源的負極相連

C．陰極的電極反應Ni－2e-==Ni2+

D．電鍍過程中電鍍液中溶質的濃度會減小

電冶金

熔融NaCl

陰極

陽極

e-

e-

Na+

Cl-

2Cl-－2e-==Cl2

Na++e-==Na

氧化反應

還原反應

電冶金

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

電解

1．本質

2．應用

制取一些活潑金屬單質

Mn＋＋ne－==M

(熔融)

電解

Mg+Cl2↑

MgCl2

陽極：2Cl-－2e-==Cl2↑

陰極：Mg2++2e-==Mg

陽極：6O2-－12e-==3O2↑

陰極：Al3++3e-==Al

電解

冰晶石

Al2O3(熔融)4Al+3O2↑

2

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

電解

陽極：2Cl-－2e-==Cl2↑

陰極：Na++e-==Na

電冶金

歷史上伏打發(fā)明電池以后引起化學家利用電解方法研究元素的興趣

電解與元素的發(fā)現(xiàn)

資料卡片

戴維利用電解熔融碳酸鉀、碳酸鈉制得鉀和鈉

1807年

1808年

1808年

1823年

1825年

1886年

戴維電解堿土金屬和汞的混合物制得鎂、鈣、鍶、鋇

戴維等用鉀還原無水硼酸制得單質硼

貝采里烏斯（瑞典）用鉀還原四氯化硅得到單質硅

奧斯特（丹麥）用鉀汞齊還原無水氯化鋁得到鋁

莫瓦桑（法國）在無水HF中電解KHF2制得單質氟

電有機合成

許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。

電合成己二腈的反應如下：

陽極：2H2O－4e－==4H++O2↑

陰極：4CH2＝CHCN+4H++4e－==2NC(CH2)4CN

總反應：4CH2＝CHCN+2H2O==2NC(CH2)4CN+O2↑

工業(yè)上先用丙烯為原料制備丙烯腈，再用丙烯腈電合成己二腈。

與其他有機合成相比，電有機合成具有反應條件溫和、反應試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。

資料卡片

電解原理的應用

陽極：2Cl-－2e-==Cl2↑

陰極：2H2O+2e-==2OH-+H2↑

陽極（鍍層金屬）：M－ne-==Mn+

陰極（鍍件）：Mn++ne-==M

陽極：2Cl-－2e-==Cl2↑

陰極：Na++e-==Na

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

電解

2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

電解

電解飽和食鹽水

電鍍

電冶金

小結

1.金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）()

A．陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式：Ni2++2e﹣==Ni

B．電解過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等

C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+和Zn2+

D．電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt

D

習題鞏固

2.工業(yè)上為了處理含有Cr2的酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理方法：往工業(yè)廢水中加入適量NaCl，以鐵為電極進行電解，經(jīng)過一段時間，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工業(yè)廢水中鉻元素的含量可低于排放標準。關于上述方法，下列說法錯誤的是()

A．陽極反應：Fe－2e－==Fe2＋

B．陰極反應：2H＋＋2e－==H2↑

C．在電解過程中工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性

D．可以將鐵電極改為石墨電極

D

習題鞏固

3.某同學利用甲烷燃料電池設計了一種電解法制取Fe(OH)2的實驗裝置(如下圖所示)，通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長時間不變色。下列說法中不正確的是()

A．電源中的a為正極，b為負極，制取效果較好

B．可以用NaCl溶液作為電解液

C．A、B兩端都必須用鐵作電極

D．陰極發(fā)生的反應是：2H＋＋2e－==H2↑

C

習題鞏固

A

B

a

b

電源

4.在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫電解H2O—CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是()

A．X是電源的負極

B．陰極的反應式：H2O＋2e－==H2＋O2－

CO2＋2e－==CO＋O2－

C．總反應可表示：H2O＋CO2H2＋CO＋O2

D．陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是1∶1

D

電解

習題鞏固

5.某同學設計一個燃料電池(如圖所示)，目的是探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。

甲乙丙

習題鞏固

根據(jù)要求回答相關問題：

(1)通入氫氣的電極為________(填“正極”或“負極”)，該電極反應式為____________________________________。

(2)石墨電極為________(填“陽極”或“陰極”)，反應一段時間后，在乙裝置中滴入酚酞溶液，________(填“鐵極”或“石墨極”)區(qū)的溶液先變紅。

負極

H2－2e－＋2OH－==2