1.2.4化學能與電能的轉化（電解原理的應用）（同步課件）-第二輯：蘇教版2019選擇性必修1高二化學課件+練習 特供省重點 2021-2022學年高中化學蘇教版（2019）選擇性必修一課件+練習

第二節(jié)

化學能與電能的轉化

課時4

電解原理的應用

第一章

化學反應與能量變化授課人：學習目標1．通過對氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉銅等原理的分析，認識電能與化學能之間的能量轉化。2．通過建立電解應用問題的分析思維模型和電解相關計算的思維模型，加深對電解原理的理解和應用。課程導入

精微電化學加工技術課程導入電解——人類創(chuàng)造新物質的重要手段電解電解除廣泛應用于金屬礦物冶煉、金屬精煉外，還促進了電鍍、污水處理等領域的技術革命。電解幫助人類創(chuàng)造出更多自然界不存在的新物質，成為化學重要分支——電化學或能源化學的基礎，因此也形成了電解工業(yè)。隨著科技的進步，電化學的應用領域不斷拓展，已廣泛應用于化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學、材料、能源、環(huán)保等各工程技術領域中。用電解飽和食鹽水的方法來制取氫氧化鈉、氫氣和氯氣，并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品的工業(yè)。一、氯堿工業(yè)一、氯堿工業(yè)電解NaCl溶液一、氯堿工業(yè)電解NaCl溶液通電前：NaClNa++Cl-H2OH+

+OH-

向陰極遷移向陽極遷移通電時：H+→H+→一、氯堿工業(yè)電解NaCl溶液通電前：NaClNa++Cl-H2OH+

+OH-

向陰極遷移向陽極遷移通電時：氧化反應放電順序Cl-

＞OH-還原反應H+

＞Na+

放電順序2H2O＋2e－==H2↑+2OH－2Cl－－2e－==Cl2↑一、氯堿工業(yè)能否用該電解池制備Cl2、H2

和NaOH？若不能，該怎樣改進裝置？

陰極區(qū)域陽極區(qū)域2NaCl+2H2O通電H2

↑+2NaOH+Cl2↑一、氯堿工業(yè)1．Cl2與NaOH反應

Cl2+

2OH-===ClO-

+

Cl-

+

H2O

一定條件2．H2與Cl2混合易爆炸H2+

Cl2===

2HCl一、氯堿工業(yè)2、防止陰極產生的氫氣與陽極產生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產生的氫氧化鈉反應而影響氫氧化鈉的產量和質量。陽離子交換膜的作用：1、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。一、氯堿工業(yè)交換膜的作用隔離某些物質，防止發(fā)生化學反應。能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。一、氯堿工業(yè)用于物質的制備（電解后溶液陰極區(qū)或陽極區(qū)得到所制備的物質）用于物質的分離、提純1234離子交換膜由高分子特殊材料制成，分四類：(1)陽離子交換膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。(4)雙極膜(由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜)，雙極膜中間層的H＋在直流電場作用下移向陰極，OH－移向陽極。常見的離子交換膜一、氯堿工業(yè)一、氯堿工業(yè)利用四室電滲析法制備H3PO2(次磷酸)陽極反應：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋陰極反應：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－H2POH＋Na＋例1一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。電池放電時，下列敘述錯誤的是(

)A．Ⅱ區(qū)的K＋通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SO通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C．MnO2電極反應：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2OD．電池總反應：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2OA典例解析二、銅的電解精煉純銅CuSO4溶液粗銅含鋅、金、銀等雜質二、銅的電解精煉二、銅的電解精煉陽極Cu–2e-==Cu2+Fe–2e-==Fe2+陰極CuSO4溶液陰極：放電順序：Cu2+

＞

H+

＞Fe2+＞Zn2＋陽極：放電順序：金屬＞OH-＞SO2-4Zn－2e－==Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu二、銅的電解精煉電解精煉銅的原理：粗銅中比銅活潑的金屬鋅、鐵等，失去電子形成陽離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬銀、金等，以金屬單質的形式沉積在電解槽的底部(形成陽極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。二、銅的電解精煉電解質溶液濃度在電鍍前后不相等；陰極增加的質量和陽極減少的質量不相等。電解精煉過程中的“兩不等”二、銅的電解精煉鍍金鍍銀鍍合金（黃銅）鍍鋅鐵絲電鍍：應用電解原理在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，抗腐蝕性能增強。三、電鍍電鍍銀陰極陽極電鍍液Ag－e－===Ag＋Ag＋＋e－===Ag陽極參與電極反應，電鍍過程中相關離子的濃度、溶液pH等保持不變?，F(xiàn)象：待鍍金屬表面鍍上一層光亮的銀，銀不斷溶解。含銀離子溶液濃度不變特點：三、電鍍思考構成電鍍池的條件是什么？鍍層金屬與直流電源的正極相連，作陽極；待鍍金屬制品與直流電源的負極相連，作陰極。用含有鍍層金屬離子的電解質溶液作電鍍液。形成閉合回路。1234三、電鍍“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積；“一少”為陽極上有鍍層金屬溶解；電鍍過程中的“一多，一少，一不變”“一不變”指電鍍液(電解質溶液)的濃度不變。三、電鍍三、電鍍電化學反應中的計算方法電子守恒法計算用于串聯(lián)電路，通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據是電路上轉移的電子數相等?？偡磻接嬎阆葘懗鲭姌O反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列比例式計算。關系式計算根據得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需要的關系式?？鐚W科計算無論是原電池還是電解池，無論是一個“池”還是多個任意“池”串聯(lián)，在電路和電極上單位時間通過的電量相同。Q＝It＝n(e－)×NA×1.60×10－19C典例解析例2在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NO)＝6mol/L，用石墨電極電解一段時間后，兩極均收集到22.4L氣體(標準狀況)，假定電解后溶液體積仍為500mL，NO不參與電極反應，下列說法正確的是(

)A．電解得到的Cu的物質的量為0.5molB．向電解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可恢復為原溶液C．原混合溶液中c(K＋)＝6mol/LD．電解后溶液中c(H＋)＝2mol/LB課堂小結氯堿工業(yè)電鍍不良反應原理交換膜原理相關計算銅的電解精煉原理1、Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設計的一種制取Cu2O的電解池示意圖如圖，電池總反應為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列說法正確的是(

)A．石墨電極上產生氫氣B．銅電極發(fā)生還原反應C．銅電極接直流電源的負極D．當轉移0.1mol電子，有0.1molCu2O生成A課堂練習課堂練習2、四室式電滲析法制備鹽酸和NaOH的裝置如圖所示。a、b、c為陰、陽離子交換膜。已知：陰離子交換膜只允許陰離