高中化學 第四章 電化學基礎 4.3.2 電解原理的應用課件 新人教版選修4-新人教版高二選修4化學課件

1、第第2 2課時課時電解原理的應用電解原理的應用任務一、認真閱讀教材第80頁到第81頁的內(nèi)容,思考回答下列問題,自主學習電解飽和食鹽水制備燒堿、氯氣和氫氣。1.什么是氯堿工業(yè)?提示習慣上,把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)。2.食鹽水溶液中含有哪些離子?陰離子失電子的難易順序和陽離子得電子的難易順序如何?寫出電極反應式和總反應式。提示在食鹽溶液中,存在著Na+、Cl-、H+、OH-四種離子。通電時,在陽極,Cl-比OH-容易失去電子,氧化生成氯氣;在陰極,H+比Na+容易得到電子,還原生成氫氣。閱讀思考自主檢測閱讀思考自主檢測任務二、認真閱讀教材第81頁的內(nèi)容,思考回答下列問題,自主學習電鍍

2、。1.什么是電鍍?電鍍的目的是什么?鍍層金屬一般具有什么特點?提示電鍍是應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。電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力,增加美觀和表面硬度。鍍層金屬通常是一些在空氣或溶液里不易發(fā)生變化的金屬(如鉻、鎳、銀)和合金(如黃銅)。閱讀思考自主檢測2.電鍍時,如何設計陰極、陽極和電解液?提示電鍍時,通常把待鍍的金屬制品作陰極,把鍍層金屬作陽極,用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。3.如何用電鍍的方法電解精煉粗銅?提示電解時,用純銅板作陰極,粗銅板作陽極,用CuSO4溶液作電解液。當通以直流電時,作為陽極的粗銅逐漸溶解,純銅在陰極上析出,粗銅中的多數(shù)雜質(zhì)沉積

3、在電解槽的底部。閱讀思考自主檢測任務三、認真閱讀教材第81頁到第82頁的內(nèi)容,思考回答下列問題,自主學習電冶金。1.什么是金屬冶煉?提示金屬冶煉就是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:Mn+ne- M。2.常常用電解法冶煉哪些金屬?提示常常用電解法冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。3.利用電解法制備金屬鈉時,電解液是什么?陰極、陽極的電極反應式及總反應式分別是什么?閱讀思考自主檢測1.欲在金屬表面鍍銀,應把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中,選用的陽極金屬和電鍍液均正確的是()A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液答案:

4、B2.在冶金工業(yè)中,常用電解法得到鈉、鎂、鋁等金屬,其原因是()A.都是輕金屬B.都是活潑金屬C.成本低廉D.這些金屬的化合物熔點較低答案:B重點難點探究重要考向探究隨堂檢測探究問題探究問題實驗目的:模擬電解原理的應用。實驗裝置:如右圖所示:1.若用如圖所示裝置,模擬氯堿工業(yè),則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么?電極反應式和總反應式分別是什么?用這種裝置進行氯堿工業(yè)生產(chǎn)有什么缺點?如何改進?重點難點探究重要考向探究隨堂檢測重點難點探究重要考向探究隨堂檢測2.若用如圖所示裝置,模擬鐵制品上鍍銅,則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么?電極反應式分別是什么?電鍍過程中電

5、解質(zhì)溶液的濃度如何變化?提示若用如圖所示裝置,模擬鐵制品上鍍銅,則電極a是Cu,電極b是鐵制品,電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液。電鍍過程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測3.若用如圖所示裝置,模擬電解精煉粗銅(含Zn、Fe、Ag等雜質(zhì)),則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么?電極反應式分別是什么?電鍍過程中電解質(zhì)溶液中Cu2+的濃度如何變化?重點難點探究重要考向探究隨堂檢測知識點撥知識點撥一、電解飽和食鹽水氯堿工業(yè)1.原理(1)電極反應式:重點難點探究重要考向探究隨堂檢測2.氯堿工業(yè)的電解槽由陽極(金屬鈦網(wǎng))、陰極(碳鋼網(wǎng))、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成

6、,每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。如圖表示一個單元槽的示意圖。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測二、電鍍與電解精煉的比較 重點難點探究重要考向探究隨堂檢測重點難點探究重要考向探究隨堂檢測重點難點探究重要考向探究隨堂檢測考向一氯堿工業(yè)原理的應用【例題1】 如圖是工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置示意圖,下列有關說法不正確的是()A.裝置中的離子交換膜只允許陽離子通過,不允許陰離子通過B.裝置中出口處的物質(zhì)是氫氣,出口處的物質(zhì)是氯氣C.除去雜質(zhì)后的NaOH溶液從出口B處導出D.轉移0.8 mol電子時產(chǎn)生H2 8.96 L(標準狀況下)重點難點探究重要考向探究隨堂檢測解析:陽離子交換膜只允許陽離子通過

7、,A正確;處是陽極,發(fā)生 ,B錯誤;處H+放電后生成OH-,Na+通過離子交換膜從左室進入右室,所以除去雜質(zhì)后的NaOH溶液從B口導出,C正確;生成1 mol H2轉移2 mol電子,轉移0.8 mol電子時生成0.4 mol H2,標準狀況下為8.96 L,D正確。答案:B規(guī)律方法點撥規(guī)律方法點撥 電解飽和食鹽水時,電解產(chǎn)物之間能夠發(fā)生化學反應,如NaOH溶液和Cl2能反應生成NaClO,H2和Cl2混合遇火能發(fā)生爆炸。在工業(yè)生產(chǎn)中,為避免這幾種產(chǎn)物混合,需要使反應在特殊的電解槽中進行。工業(yè)上在陰極區(qū)和陽極區(qū)之間設置一個離子交換膜,阻止OH-向陽極區(qū)移動,使氯氣與氫氧化鈉不能發(fā)生反應,從而制

8、得燒堿、氯氣和氫氣。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測成功體驗成功體驗1關于電解NaCl水溶液,下列敘述正確的是()A.電解時在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉B.若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液, 溶液呈現(xiàn)紫色C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液, 溶液呈現(xiàn)無色D.電解一段時間后,將全部電解液轉移到燒杯中,充分攪拌后溶液呈現(xiàn)中性解析:電解NaCl溶液,陰極生成H2和NaOH,陽極生成Cl2。答案:B重點難點探究重要考向探究隨堂檢測考向二電鍍原理的應用【例題2】 某同學欲在銅鑰匙上鍍鋅,有關說法正確的是()A.用銅鑰匙做陽極,碳棒做陰極,CuSO4溶液做電解質(zhì)溶液B.Zn與銅鑰匙用導線相連插入Zn

9、SO4溶液中C.Zn做陽極,銅鑰匙做陰極,ZnSO4溶液做電鍍液電解D.在電鍍過程中溶液中的Zn2+濃度減小,Cu2+濃度增大解析:鋅為鍍層金屬,需做陽極,銅為鍍件,需做陰極,含有鍍層金屬離子的溶液做電解液。答案:C重點難點探究重要考向探究隨堂檢測規(guī)律方法點撥規(guī)律方法點撥 (1)電鍍的特點:陽極材料是活性電極(金屬活動性順序Ag以前,即除Au、Pt),陽極材料失電子,電極被溶解,溶液中的陰離子不能失電子。一多、一少:“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積,“一少”指陽極上有鍍層金屬溶解。(2)電鍍過程中電鍍液濃度的變化情況:若電鍍池的陽極為鍍層金屬,則陽極溶解產(chǎn)生的離子的物質(zhì)的量等于溶液中的離子在陰極

10、得電子析出的物質(zhì)的量,此時,電鍍液的濃度保持不變,電鍍過程中,需要經(jīng)常更換陽極材料。若電鍍池的陽極為惰性電極,則陽極不溶解,但溶液中的離子在陰極得電子析出,此時,電鍍液的濃度不斷減小,電鍍過程中,需要經(jīng)常更換電鍍液。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測成功體驗成功體驗2在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層,以下方案設計正確的是()A.鋅做陽極,鍍件做陰極,溶液中含有鋅離子B.鉑做陰極,鍍件做陽極,溶液中含有鋅離子C.鐵做陽極,鍍件做陰極,溶液中含有亞鐵離子D.鋅做陰極,鍍件做陽極,溶液中含有亞鐵離子解析:電鍍原理是鍍層金屬做陽極、鍍件做陰極,含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液做電鍍液。答案:A重點難點探究重

11、要考向探究隨堂檢測考向三電解精煉原理的應用【例題3】 以硫酸銅溶液做電解液,對含有雜質(zhì)Fe、Zn、Ag的粗銅進行電解精煉。下列敘述正確的是()粗銅與直流電源負極相連陰極發(fā)生的反應為Cu2+2e- Cu電路中每通過3.011023個電子,得到的精銅質(zhì)量為16 g雜質(zhì)Ag以Ag2SO4的形式沉入電解槽形成陽極泥A.B.C.D.解析:粗銅做陽極,與電源正極相連;雜質(zhì)Ag以單質(zhì)的形式形成陽極泥。答案:D重點難點探究重要考向探究隨堂檢測規(guī)律方法點撥規(guī)律方法點撥 (1)電解精煉過程:電解精煉粗銅時,用含雜質(zhì)的銅做陽極,精銅做陰極。反應過程中陽極上首先是比Cu活潑的金屬失去電子成為離子,進入溶液,在陰極只有

12、Cu2+得電子成為單質(zhì),然后是Cu失去電子成為離子,進入溶液,在陰極仍然只有Cu2+得電子成為單質(zhì),當金屬銅放電完畢,活潑性比Cu差的金屬掉落形成陽極泥,此時電路斷路,電解結束;其他較活潑的金屬對應的離子不能得電子。(2)電解精煉過程中,溶液中Cu2+濃度的變化情況:陽極上比Cu活潑的金屬放電時,溶液中的Cu2+在陰極上放電,濃度不斷減小,然后當Cu放電時,生成一個銅離子進入溶液的同時,溶液中的一個銅離子得電子變成銅單質(zhì)析出,溶液中的Cu2+濃度保持不變。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測成功體驗成功體驗3以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉,下

13、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等金屬解析:電解精煉銅時利用了電解原理,電能轉化為化學能,也有少量轉化為熱能。電解精煉時粗銅做陽極,發(fā)生氧化反應,精銅做陰極,發(fā)生還原反應。電解時,溶液中的陽離子向陰極移動,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。答案:D重點難點探究重要考向探究隨堂檢測考向四電化學的相關計算【例題4】 如圖所示,若電解5 min時,測得銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答:(1)電源中X極是(填“正”或“負”)極。 (2)通電5 m

14、in時,B中共收集到224 mL(標準狀況下)氣體,溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計),則通電前c(CuSO4)=。 (3)若A中KCl溶液的體積也是200 mL,則電解后溶液的pH為。(KW=1.010-14)重點難點探究重要考向探究隨堂檢測解析:(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

15、放電產(chǎn)生了112 mL H2,則通過0.01 mol電子時,Cu2+已完全被還原。由2e-Cu,可知n(Cu2+)=0.005 mol,則c(CuSO4)= =0. 025 molL-1。(3)由4e-4OH-知,A中生成0. 02 mol OH-,則c(OH-)=0.1 molL-1,c(H+)= molL-1=1.010-13 molL-1,pH=13。答案:(1)負(2)0. 025 molL-1(3)13重點難點探究重要考向探究隨堂檢測規(guī)律方法點撥規(guī)律方法點撥 電化學的有關計算(1)計算的原則:陽極還原劑失去的電子數(shù)=陰極氧化劑得到的電子數(shù)。串聯(lián)電路中通過各電極的電子總數(shù)相等。電源輸出

16、的電子總數(shù)和電解池中轉移的電子總數(shù)相等。(2)計算的方法:重點難點探究重要考向探究隨堂檢測(3)注意幾個等量關系式:當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時,它們皆處于同一閉合電路中,所以同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。常見電化學計算的對應關系:如電解中析出氣體時,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?？傊?電解混合溶液時要注意電解的階段性,電極反應式和總電池反應式,電解產(chǎn)物與轉移電子數(shù)之間的關系式是電化學計算的主要依據(jù)。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測成功體驗成功體驗4有一電解裝置如圖所示。圖中B裝置中盛有1 L 2 molL-1 Na2S

17、O4溶液,A裝置中盛有1 L 2 molL-1 AgNO3溶液。通電后,濕潤的淀粉KI試紙的C端變藍色,電解一段時間后,試完成下列問題。重點難點探究重要考向探究隨堂檢測(1)A中發(fā)生反應的化學方程式為 。 (2)在B中觀察到的現(xiàn)象是 。 (3)室溫下,從電解開始到時間為t時,A、B裝置中共收集到氣體0.168 L(標準狀況下),若電解過程中無其他副反應發(fā)生,且溶液體積變化忽略不計,則在t時,A中溶液的pH為。 重點難點探究重要考向探究隨堂檢測(2)石墨電極表面有氣泡產(chǎn)生,銅電極周圍溶液變成藍色,一段時間后U形管下部有藍色沉淀產(chǎn)生(3)2重點難點探究重要考向探究隨堂檢測1.利用電解法可將含有Fe

18、、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純,下列敘述正確的是()A.電解時以精銅作陽極B.電解時陰極發(fā)生氧化反應D.電解后,電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥解析:電解時粗銅作陽極,與電源正極相連,失電子發(fā)生氧化反應;精銅作陰極,與電源負極相連,得電子發(fā)生還原反應,A、B、C錯誤。因為在金屬活動性順序中,Ag、Pt排在Cu的后面,所以電解時,Ag、Pt不會失電子,D正確。答案:D重點難點探究重要考向探究隨堂檢測2.在25 時,將兩個鉑電極插入一定量的硫酸鈉飽和溶液中進行電解,通電一段時間后,在陽極逸出a mol氣體,同時有W g Na2SO410H2O晶體析出,若溫度不變,此時剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是()重點