新教材2021-2022学年人教版选择性必修1 第四章第二节第2课时电解原理的应用学案

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第2课时　电解原理的应用

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课程目标展示	素养目标达成
1.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 2.能够运用电解原理和判断电极产物的一般思路,分析氯碱工业、电镀、电解精炼铜、金属电冶金等过程中能量与物质的转化。	1.变化观念与平衡思想:通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析,认识电能与化学能之间的转化。 2.证据推理与模型认知:建立守恒法解答电解相关计算的思维模型,加深对电解原理的理解和应用。

学习任务1　电解原理的应用

NO.1　自主学习·夯实基础

1.电解饱和食盐水

(1)原理

烧碱、都是重要的化工原料,习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。

阳极:2Cl--2e-Cl2↑(氧化反应);

阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-(还原反应)。

总反应离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑。体育馆看台膜结构

微思考:接通电源后,哪个电极附近的颜发生了变化?为什么?

蒸纱机

提示:接通电源后,阴极区溶液变红。原因:H2O电离出的H+放电,使c(OH-)增大,即阴极区产生碱,使酚酞变红。

(2)主要生产过程

微点拨: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混合发生爆炸,也能避免与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。

2.电镀与电解精炼

微点拨:(1)电解精炼过程中的“两不等”:电解质溶液浓度在电解前后不相等;阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。

(2)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.电冶金

硅铁合金金属冶炼的本质	使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程:Mn++ne-M
电冶金	电解是最强有力的氧化还原手段,适用于一些活泼金属单质的制取,如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属
实例(电解熔融的氯化钠)	阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑ 阴极反应:2Na++2e-2Na 总反应式:2NaCl(熔融)2Na+Cl插接式母线槽2↑

NO.2　互动探究·提升能力

模拟电解原理在化工生产中的应用,实验装置如图所示,装置闭合电键K时,电流计G的指针将发生偏转。

探究1　电解原理的应用

问题1:若模拟氯碱工业生产烧碱、和氢气,如何选用电极材料和电解质溶液?

提示:c电极用Pt或石墨,d电极用铁丝(导体均可),X溶液为饱和食盐水。

问题2:若模拟电镀生产,在铁件上镀一层金属银,如何选用电极材料和电解质溶液?电极反应式如何书写?

提示:c电极用Ag,d电极用Fe,X溶液为AgNO3溶液;阳极:Ag-e-Ag+,阴极:Ag++e-Ag。

问题3:若模拟电解精炼铜,如何选用电极材料和电解质溶液?

提示:c电极用粗铜,d电极用纯铜,X溶液为CuSO4溶液。

探究2　原电池、电解池、电镀池的判断

问题1:原电池、电解池、电镀池有什么区别?

提示:电解池和电镀池都必须有外接电源,而原电池无外接电源。

问题2:电镀池是一类特殊的电解池,电镀池和电解池有何区别和联系?

提示:装置中有外接电源,且两电极插入电解质溶液中并构成闭合回路,则该装置为电解池或电镀池,通常电解质溶液中含镀层金属阳离子的为电镀池,否则为一般的电解池。

1.原电池、电解池和电镀池的比较

	原电池	电解池	电镀池
定义	将化学能转变成电能的装置	将电能转变成化学能的装置	用电解原理在镀件表面镀上一层其他金属的装置

	①活动性不同的两个电极; ②电解质溶液;③构成闭合回路;④能自发进行氧化还原反应	①与电源相连的两个电极;②电解质溶液或熔融电解质;③构成闭合回路	①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极;②电镀液为含有镀层金属阳离子的盐溶液;③构成闭合回路
	负极:金属失电子,发生氧化反应; 正极:溶液中阳离子得电子,发生还原反应	阳极:溶液中阴离子或电极金属失电子发生氧化反应; 阴极:溶液中阳离子得电子发生还原反应	阳极:金属电极失电子; 阴极:电镀液中阳离子得电子
	负极正极	电源负极阴极; 阳极电源正极	同电解池
	铜—锌—硫酸原电池: 负极:Zn-2e- Zn2+; 正极:2H++ 2e-H2↑; 总反应:Zn+2H+Zn2++H2↑	电解CuCl2溶液: 阳极:2Cl-- 2e-Cl2↑; 阴极:Cu2++2e-Cu; 总反应:CuCl2Cu+Cl2↑	铁上镀铜: 阳极:Cu-2e-Cu2+; 阴极:Cu2++2e-Cu; 溶液中Cu2+浓度不变
	①比较金属活动性;②加快氧化还原反应速率;③制造化学电源;④金属的防护等	贺育民①电解食盐水; ②电解精炼铜; ③电冶金(冶炼K、Ca、Na等)	①增强金属抗腐蚀能力;②增加美观和表面硬度