《電解池（第二課時(shí)）》從銅礦石到景泰藍(lán)工藝品黃銅礦氯化物溶液浸出液主要成分CuCl2

NaCl濕法煉銅粗銅精銅掐絲、點(diǎn)藍(lán)、燒藍(lán)、磨光紫銅胎體景泰藍(lán)工藝品電解電解精煉鍍金和任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅粗銅中含Cu約98.5%，還含有Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，怎么用電解的方法得到純銅？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅陰極出銅電解CuCl2溶液還原反應(yīng)2e-Cu2++Cu任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅陰極鐵釘電解NaCl溶液陰極：得電子，還原反應(yīng)，金屬作陰極，不參與反應(yīng)。任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅電解池工作原理模型Cu–2e-

Cu2+氧化反應(yīng)粗銅任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅Cu–2e-

Cu2+氧化反應(yīng)粗銅還原反應(yīng)2e-Cu2++CuCuSO4溶液任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅Cu–2e-

Cu2+氧化反應(yīng)粗銅還原反應(yīng)2e-Cu2++Cu純銅CuSO4溶液資料任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅純銅或鋼板CuSO4溶液粗銅陽極放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4陽極放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+陽極放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+陽極泥陽極Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+陰極CuSO4溶液放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4陽極Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+陰極CuSO4溶液2e-Cu2++Cu放電順序：Cu2+

＞

H+

＞Fe2+放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅金屬（除金、鉑）金屬優(yōu)先失電子金屬（除金、鉑）金屬優(yōu)先失電子任務(wù)2粗銅電解精煉得精銅任務(wù)3電鍍鐵合頁鍍金合頁任務(wù)3電鍍

電鍍是應(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方法。主要目的是增強(qiáng)金屬抗腐蝕能力，增加美觀或表面硬度。鍍層金屬通常是鉻、鎳、銀、黃銅等。鐵合頁鍍金合頁鍍金鍍金鍍銀鍍合金（黃銅）鍍鋅鐵絲3.1在鋼管表面鍍鋅粗銅CuSO4溶液純銅或鋼板Zn鋼管ZnSO4溶液3.1在鋼管表面鍍鋅ZnFeZnSO4溶液3.1在鋼管表面鍍鋅ZnFeZnSO4溶液理論分析：陽極：Zn

陰極：Fe通電前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-43.1在鋼管表面鍍鋅理論分析：陽極：Zn陰極：Fe通電前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通電時(shí)：向陰極遷移Zn–2e-

Zn2+陽極：3.1在鋼管表面鍍鋅理論分析：陽極：Zn陰極：Fe通電前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通電時(shí)：向陰極遷移Zn–2e-

Zn2+陽極：3.1在鋼管表面鍍鋅ZnFeZnSO4溶液12ZnSO4溶液3.1在鋼管表面鍍鋅ZnFe121ZnSO4溶液3.1在鋼管表面鍍鋅ZnFe12112顯微鏡下觀察3.1在鋼管表面鍍鋅理論分析：陽極：Zn陰極：Fe通電前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通電時(shí)：Zn–2e-

Zn2+陽極：3.1在鋼管表面鍍鋅理論分析：陽極：Zn陰極：Fe通電前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通電時(shí)：向陰極遷移Zn–2e-

Zn2+陽極：2e-陰極：Zn2++Zn增大陽離子濃度，可增強(qiáng)其氧化性，可能改變粒子放電順序3.2電鍍金陽極陰極3.2電鍍金電鍍金原理（含氰法）[Au(CN)

]Au2CNe+----24OH4e2H

O2O2↑+---陽極主要電極反應(yīng)（金做陽極）電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段。陽極陰極3.2電鍍金電鍍金原理（含氰法）[Au(CN)

]2-e-Au2CN-++2H

O22e-H2↑2OH-++陰極主要電極反應(yīng)陽極陰極

上世紀(jì)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(bǔ)了我國無氰鍍金的空白，后榮獲國家科技進(jìn)步獎。鍍金工藝改進(jìn)[Au(SO

)

]233-e-+Au+2SO2-3孫淑蘭（1942-）

景泰藍(lán)制作高級工程師陰極極主要反應(yīng)思考：

請總結(jié)從銅礦石到景泰藍(lán)工藝品的過程中用到電解時(shí)必須控制的主要生產(chǎn)條件，并論證這些電解過程是否可以被其他方法替代。調(diào)控電壓調(diào)控電壓金屬（除Au、Pt）優(yōu)先失電子導(dǎo)電性好的材料調(diào)控電壓金屬（除Au、Pt）優(yōu)先失電子導(dǎo)電性好的材料離子濃度，影響放電順序影響電解產(chǎn)物電解時(shí)必須控制的主要生產(chǎn)條件直流電源電壓兩電極材料溶液中粒子濃度離子交換膜制備粗銅：干法煉銅——高溫時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)濕法煉銅——常溫溶液中的置換反應(yīng)，或者電解制備粗銅：干法煉銅——高溫時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)濕法煉銅——常溫溶液中的置換反應(yīng)，或者電解粗銅電解精煉：電解鍍金：電解制備粗銅：干法煉銅——高溫時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)濕法煉銅——常溫溶液中的置換反應(yīng)，或者電解粗銅電解精煉：電解鍍金：電解電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，借助電解可以使非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行。時(shí)間銅胎體鍍金方法明景泰年間黃銅（銅鋅合金，粗銅）當(dāng)代紫銅（純銅）景泰藍(lán)生產(chǎn)工藝演變時(shí)間銅胎體鍍金方法明景泰年間黃銅（銅鋅合金，粗銅）鎏金（將糊狀的金汞合金，均勻地涂到干凈的器物表面，加熱使汞揮發(fā)）當(dāng)代紫銅（純銅）電鍍景泰藍(lán)生產(chǎn)工藝演變課后思考1.電解法在當(dāng)代景泰藍(lán)生產(chǎn)工藝中有著不可替代的作用。請?jiān)倭信e三個(gè)用電解法制備物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例，并解釋其中的電解原理。2.真實(shí)的景泰藍(lán)工業(yè)生產(chǎn)中，黃銅礦用氯化物溶液浸出后的溶液中還含有亞銅離子，請預(yù)測亞銅離子在電解得粗銅的過程中發(fā)生了哪些變化。任務(wù)一電解原理的應(yīng)用[問題探究]1.怎樣判斷一個(gè)裝置是原電池還是電解池?答案

有外加電源的一定為電解池,無外加電源的一般為原電池;多池組合時(shí),一般含活潑金屬的為原電池,其余都是原電池連接著的電解池。2.粗銅中含有少量Fe、Zn、Au、Ag等雜質(zhì),通過粗銅精煉是怎樣除去這些雜質(zhì)的呢?答案

粗銅精煉是將粗銅作陽極,粗銅中的Cu、Fe、Zn等失去電子生成Cu2+、Fe2+、Zn2+進(jìn)入溶液中,因Fe2+、Zn2+的氧化性弱于Cu2+不能在陰極析出,留在溶液中;Au、Ag等不如Cu活潑的金屬,不能在陽極失去電子,從而以固體的形式沉到電解槽底部,形成陽極泥。3.氯堿工業(yè)使用離子交換膜法電解飽和食鹽水,所用離子交換膜有怎樣的作用?答案

使用陽離子交換膜,可防止陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH與陽極產(chǎn)生的Cl2反應(yīng);隔開H2和Cl2,防止兩種氣體混合發(fā)生爆炸;陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH與陽極區(qū)的NaCl不會混合,減少了產(chǎn)品的分離提純過程。[深化拓展]1.電解飽和食鹽水產(chǎn)物的檢驗(yàn)方法用惰性電極電解飽和食鹽水,陽極Cl-放電生成Cl2,可用濕潤的碘化鉀淀粉試紙(或碘化鉀淀粉溶液)檢驗(yàn),試紙(或溶液)變藍(lán),證明產(chǎn)生的氣體為Cl2。陰極水電離產(chǎn)生的H+放電生成H2,溶液中有較多OH-,因此滴加酚酞溶液陰極區(qū)變紅色;可用向下排空氣法收集一試管氣體,用拇指堵住管口,移近點(diǎn)燃的酒精燈,松開管口,若氣體燃燒發(fā)出尖銳的爆鳴聲或輕微的響聲,可證明氣體為H2。2.離子交換膜法電解飽和食鹽水的原理電解飽和食鹽水時(shí)所用離子交換膜為陽離子交換膜,只允許陽離子通過,陰離子、氣體均不能通過。電解過程中,把精制的飽和NaCl溶液通入陽極區(qū),把純水(加入少量NaOH,增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力)通入陰極區(qū)。電解時(shí),陽極反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑,陰極反應(yīng)為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,這樣陰極區(qū)有較多OH-,陽極區(qū)有較多Na+,由于陽離子交換膜只允許陽離子通過,則陽極區(qū)的Na+會透過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū),這樣在陰極區(qū)得到NaOH,陽極區(qū)的Cl-放電,Na+不斷遷移,導(dǎo)致NaCl溶液濃度降低。這樣在陰極區(qū)可制得濃的NaOH溶液,陽極區(qū)導(dǎo)出的淡鹽水可繼續(xù)用于配制飽和NaCl溶液用于生產(chǎn)。3.電鍍與電解精煉的比較

類型電鍍電解精煉定義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利用電解原理提純金屬舉例以鐵上鍍鋅為例以精煉銅為例裝置類型電鍍電解精煉形成條件①鍍層金屬作陽極接直流電源正極,鍍件作陰極接直流電源負(fù)極②電鍍液必須是含有鍍層金屬離子的鹽溶液③形成閉合回路①不純金屬作陽極,純金屬作陰極②含該金屬離子的可溶性鹽溶液作電解質(zhì)溶液③直流電源④形成閉合回路電極反應(yīng)陽極:Zn-2e-===Zn2+陰極:Zn2++2e-===Zn陽極:Cu(粗銅)-2e-===Cu2+(主要)陰極:Cu2++2e-===Cu(精銅)聯(lián)系電鍍池和精煉池在本質(zhì)上都是電解池[素能應(yīng)用]典例1以KCl和ZnCl2的混合溶液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅,下列說法正確的是(

)A.未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池,電鍍過程是該原電池的充電過程B.因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能,電鍍時(shí)通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系C.電鍍時(shí)保持電流恒定,升高溫度不改變電解反應(yīng)速率D.工業(yè)上電解飽和食鹽水制取Na和Cl2答案

C解析

未通電前題述裝置不能構(gòu)成原電池,A項(xiàng)錯誤;鋅的析出量與通過的電量成正比,B項(xiàng)錯誤;電鍍時(shí)電解反應(yīng)速率只與電流大小有關(guān),與溫度無關(guān),C項(xiàng)正確;工業(yè)上通過電解熔融NaCl制取Na和Cl2,D項(xiàng)錯誤。典例2下圖中能驗(yàn)證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物的裝置是(

)答案

D解析

電解飽和食鹽水時(shí),陰極產(chǎn)生H2和NaOH,陽極產(chǎn)生Cl2。NaOH可用酚酞溶液檢驗(yàn);H2可用點(diǎn)燃的方法檢驗(yàn),H2用向下排空氣法收集;Cl2用碘化鉀淀粉溶液檢驗(yàn),NaOH溶液可用來吸收Cl2,不能用于檢驗(yàn)Cl2,A、B錯誤。結(jié)合圖示裝置分析可知,D項(xiàng)符合題意。(1)電鍍時(shí),鍍層金屬離子濃度遠(yuǎn)高于其他陽離子濃度,因此一定是電鍍液中的鍍層金屬離子得到電子變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)在陰極析出,而不是其他陽離子。例如在鐵片上鍍鋅時(shí),陰極反應(yīng)式為Zn2++2e-===Zn,而不是2H++2e-===H2↑。(2)電鍍過程中,一般情況下陽極溶解的金屬質(zhì)量等于陰極析出的金屬的質(zhì)量,電解質(zhì)溶液濃度不變,如鐵上鍍銅,陽極每溶解1

mol

Cu,則陰極析出1

mol

Cu,電解質(zhì)溶液可用CuSO4溶液,濃度不變。電解精煉過程中,以電解精煉銅為例,陽極溶解的金屬質(zhì)量與陰極析出的金屬質(zhì)量不同,電解質(zhì)CuSO4的濃度減小。(3)二次電池放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?相當(dāng)于原電池,充電時(shí)電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,相當(dāng)于電解池。充電時(shí),電池的正極接電源的正極,電池的負(fù)極接電源的負(fù)極,即“正接正,負(fù)接負(fù)”。變式訓(xùn)練1以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉,下列說法正確的是(

)A.溶液中Cu2+濃度保持不變B.粗銅接電源正極,發(fā)生還原反應(yīng)C.溶液中Cu2+向陽極移動D.利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬答案

D解析

電解精煉時(shí)粗銅作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),精銅作陰極,發(fā)生還原反應(yīng)。電解時(shí),溶液中的陽離子向陰極移動,Cu2+在陰極上得電子。粗銅中的不活潑金屬不能失電子,以陽極泥的形式沉積在陽極附近。變式訓(xùn)練2

某電解裝置如圖所示,電解裝置內(nèi)裝有KI及淀粉溶液,中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色,一段時(shí)間后,藍(lán)色逐漸變淺。已知:3I2+6OH-===+5I-+3H2O。下列說法不正確的是(

)A.右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.電解結(jié)束時(shí),右側(cè)溶液中含有C.電解槽內(nèi)總反應(yīng)的化學(xué)方程式:KI+3H2O

KIO3+3H2↑D.如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜,電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變

將兩電極反應(yīng)及I2與OH-的反應(yīng)合并,可得總反應(yīng)方程式KI+3H2OKIO3+3H2↑,C說法正確。如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜,則右側(cè)產(chǎn)生的OH-不能進(jìn)入左側(cè),則不會發(fā)生單質(zhì)I2與OH-的反應(yīng),因此電解槽內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)不同,D說法錯誤。答案

D任務(wù)二電解的有關(guān)計(jì)算[問題探究]將兩個(gè)分別裝有Na2SO4、CuCl2溶液的電解池串聯(lián)在一起,均用惰性電極進(jìn)行電解,電解一段時(shí)間后,試分析電極產(chǎn)物H2、O2、Cl2、Cu之間物質(zhì)的量的關(guān)系。答案

根據(jù)得失電子守恒及元素的化合價(jià)變化可得出電極產(chǎn)物物質(zhì)的量的關(guān)系式:2H2~O2~2Cl2~2Cu~4e-,即H2、O2、Cl2、Cu的物質(zhì)的量之比為2∶1∶2∶2。[深化拓展]電化學(xué)的有關(guān)計(jì)算(1)計(jì)算的原則:①陽極還原劑失去的電子數(shù)=陰極氧化劑得到的電子數(shù)。②串聯(lián)電路中通過各電極的電子總數(shù)相等。③電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。(2)計(jì)算的方法:電子守恒法計(jì)算用于串聯(lián)電路,通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等總反應(yīng)式計(jì)算先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算關(guān)系式計(jì)算根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁,建立計(jì)算所需要的關(guān)系式(3)注意幾個(gè)等量關(guān)系式:①當(dāng)電流通過多個(gè)串聯(lián)的電解池時(shí),它們皆處于同一閉合電路中,所以同一時(shí)間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。②常見電化學(xué)計(jì)算的對應(yīng)關(guān)系:H2~Cl2~O2~Cu~2Ag~2H+~2OH-。如電解過程中析出氣體時(shí),在同溫、同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。總之,電解混合溶液時(shí)要注意電解的階段性以及電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式,知道電解產(chǎn)物與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之間的關(guān)系式是電化學(xué)計(jì)算的主要依據(jù)。[素能應(yīng)用]典例3如圖所示,若電解5min時(shí),測得銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答:(1)電源中X極是

(填“正”或“負(fù)”)極。

(2)通電5min時(shí),B中共收集到224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體,溶液體積為200mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì)),則通電前c(CuSO4)=

。

(3)若A中KCl溶液的體積也是200mL,電解后溶液中仍有Cl-,則電解后溶液的pH為

。(KW=1.0×10-14)

答案

(1)負(fù)(2)0.025mol·L-1

(3)13解析

(1)銅極增重,說明銀在銅極上析出,則銅極為陰極,X為負(fù)極。(2)C中銅極增重2.16

g,即析出0.02

mol

Ag,線路中通過0.02

mol電子。由4e-~O2,可知B中產(chǎn)生的O2只有0.

005

mol,即112

mL。但B中共收集到224

mL氣體,說明還有112

mL氣體是H2,即Cu2+全部在陰極放電后,H+接著放電產(chǎn)生了112

mL

H2,則通過0.01

mol電子時(shí),Cu2+已完全被還原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005

mol,則c(CuSO4)==0.

025

mol·L-1。(3)由2e-~2OH-知,A中生成0.

02

mol

OH-,則c(OH-)=0.1

mol·L-1,c(H+)=mol·L-1=1.0×10-13

mol·L-1,pH=13。解答與電解有關(guān)的計(jì)算題的基本步驟(1)正確書寫電極反應(yīng)式(要特別注意陽極材料)。(2)當(dāng)溶