2019-2020人教版高中化学选择性必修一第四章第二节电解池第二课时电解原理的应用

思考与讨论
电镀铜实验装置中若两极上的材料互换，能在铁钥匙的表 面镀上一层铜吗？为什么？
[提示] 不能。若两极材料互换，则Fe作阳极，其电极反 应式为Fe－2e－===Fe2＋，故在Fe的表面不会镀上铜。
三、电解精炼铜
1.粗铜中往往含有铁、锌、银、金等 多种杂质,常用电解的方法进行精炼。 其电解池的构成是用粗铜作阳极,用 纯铜作阴极,用CuSO4溶液 作电解质 溶液。 2．阳极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋等；阴极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu。
答案:电镀铜时,c(Cu2+)基本不变;而电解精炼铜时,c(Cu2+)会减小。
装置
电镀
精炼
阳极材料
镀层金属Cu
粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料
镀件金属Fe
纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
(3)可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。 (4)硫酸铜溶液浓度的变化是不变。
4．电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓 度、溶液pH等保持不变。
点拨：(1)电镀规律记忆口诀：镀层阳极待镀阴， 镀层离子溶液跟。我与电解共原理，浓度不变要 记真。 (2)电镀特点：“1多、1少、1不变”。“1多”是 指阴极上有镀层金属沉积，“1少”是指阳极上有 镀层金属溶解，“1不变”是指电解质溶液的浓度 不变。
3．电解精炼铜的原理：粗铜中的铜以及比铜活泼的金属锌、铁等，失去 电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以 金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；溶液中的铜离子得到 电子变成铜单质在纯铜电极上析出。
【思考】电镀铜和电解精炼铜时所 用的电解质溶液中都含有Cu2+,通 电一段时间后,电解质溶液中的 c(Cu2+)分别如何变化?
(化3)学电方解程的式总为反应式2NaCl＋2H2O=电==解==H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
；
பைடு நூலகம்
离子方程式为 2Cl－＋2H2O=电==解==H2↑＋Cl2↑＋2OH－
。
3.装置
4.现象及检验：
阴极：有无色、无味气泡产生， 滴加酚酞——变红
阳极：有黄绿色、刺激性气味的气 体产生，使湿润的淀粉KI试纸变蓝
6．氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、 玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应 用。
二、电镀
1．电镀的概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 2．电镀池的构成：
阴极：待镀金属——镀件 阳极：镀层金属（通常是一些在空气或溶液里不易起变化的 金属（如Cr、Ni、Ag和合金（如黄铜））） 电解质溶液：含有镀层金属阳离子的电解质溶液——电镀液 3．电镀原理 某电镀铜实验装置(往铁件上镀铜)(电镀池)如图所示。
(1)铜片为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极； 铁件为待镀金属，与直流电源的负极相连，作阴极； 硫酸铜溶液为电镀液，含有镀层金属离子。 (2)阳极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu。
还原反应
总反应： 2NaCl(熔融) 通电 2Na + Cl2 ↑
电 解 熔 融 氯 化 钠 制 钠
在金属活动顺序表中,K、Ca 、 Na、 Mg、Al等金属的 还原性很强,这些金属都很容易失电子,因此不能用一般的方 法和还原剂使其从化合物中还原出来,只能用电解其化合物熔 融状态方法来冶炼.如工业冶炼 NaCl— Na MgCl2—Mg Al2O3—Al
5．氯碱工业生产流程：
(1)阳离子交换膜电解槽
(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等 阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合 发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠 溶液的产量和质量。
工业生产中，这个反应在离子交换膜电解槽中进行。 离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。图4-12 所示是一台离子交换膜电解槽(包括16个单元槽),图 4-13是一个单元槽的电解原理示意图。
第四章 化学反应与电能 第二节 电解池
第2课时 电解原理的应用
一、电解饱和食盐水
1．概念：习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
2．原理：
(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧 化成氯气;移向阴极的离子是Na＋、H＋,H＋比Na＋容易得到电子，被还原 成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 (2)阳极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑； 因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
溶液变化
硫酸铜溶液浓度保持不 变
Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形 成阳极泥
四、电冶金
1.金属冶炼的本质 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，
从它们的化合物中还原出来。如：Mn＋＋ne－===M。 2.电冶金
电解是最强有力的氧化还原手段,适用于制取一些活泼金属单质,如冶炼 钠、钙、镁、铝等活泼金属。 但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态的 化合物。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：
阳极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式为：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应方程式为：2NaCl(熔融)==电=解==2Na＋Cl2↑。
电解熔融氯化钠
e-
阳极
e-
阴极
2Cl--2e- = Cl2
氧化反应
Cl- Na+ 熔融NaCl
2Na++ 2e- = 2Na
点拨：氯碱工业规律的记忆口诀：氢气烧碱出阴极，氯气阳极相隔离。 ①因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因 此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解 槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。 ②阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。