《电解池(第二课时)》课件

《电解池（第二课时）》从铜矿石到景泰蓝工艺品黄铜矿氯化物溶液浸出液主要成分CuCl2

NaCl湿法炼铜粗铜精铜掐丝、点蓝、烧蓝、磨光紫铜胎体景泰蓝工艺品电解电解精炼镀金和任务2粗铜电解精炼得精铜粗铜中含Cu约98.5%，还含有Fe、Ag、Au等杂质，怎么用电解的方法得到纯铜？请设计实验。任务2粗铜电解精炼得精铜阴极出铜电解CuCl2溶液还原反应2e-Cu2++Cu任务2粗铜电解精炼得精铜阴极铁钉电解NaCl溶液阴极：得电子，还原反应，金属作阴极，不参与反应。任务2粗铜电解精炼得精铜电解池工作原理模型Cu–2e-

Cu2+氧化反应粗铜任务2粗铜电解精炼得精铜Cu–2e-

Cu2+氧化反应粗铜还原反应2e-Cu2++CuCuSO4溶液任务2粗铜电解精炼得精铜Cu–2e-

Cu2+氧化反应粗铜还原反应2e-Cu2++Cu纯铜CuSO4溶液资料任务2粗铜电解精炼得精铜纯铜或钢板CuSO4溶液粗铜阳极放电顺序：金属＞OH-＞SO2-4阳极放电顺序：金属＞OH-＞SO2-4Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+阳极放电顺序：金属＞OH-＞SO2-4Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+阳极泥阳极Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+阴极CuSO4溶液放电顺序：金属＞OH-＞SO2-4阳极Cu–2e-

Cu2+Fe–2e-

Fe2+阴极CuSO4溶液2e-Cu2++Cu放电顺序：Cu2+

＞

H+

＞Fe2+放电顺序：金属＞OH-＞SO2-4任务2粗铜电解精炼得精铜金属（除金、铂）金属优先失电子金属（除金、铂）金属优先失电子任务2粗铜电解精炼得精铜任务3电镀铁合页镀金合页任务3电镀

电镀是应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方法。主要目的是增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度。镀层金属通常是铬、镍、银、黄铜等。铁合页镀金合页镀金镀金镀银镀合金（黄铜）镀锌铁丝3.1在钢管表面镀锌粗铜CuSO4溶液纯铜或钢板Zn钢管ZnSO4溶液3.1在钢管表面镀锌ZnFeZnSO4溶液3.1在钢管表面镀锌ZnFeZnSO4溶液理论分析：阳极：Zn

阴极：Fe通电前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-43.1在钢管表面镀锌理论分析：阳极：Zn阴极：Fe通电前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通电时：向阴极迁移Zn–2e-

Zn2+阳极：3.1在钢管表面镀锌理论分析：阳极：Zn阴极：Fe通电前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通电时：向阴极迁移Zn–2e-

Zn2+阳极：3.1在钢管表面镀锌ZnFeZnSO4溶液12ZnSO4溶液3.1在钢管表面镀锌ZnFe121ZnSO4溶液3.1在钢管表面镀锌ZnFe12112显微镜下观察3.1在钢管表面镀锌理论分析：阳极：Zn阴极：Fe通电前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通电时：Zn–2e-

Zn2+阳极：3.1在钢管表面镀锌理论分析：阳极：Zn阴极：Fe通电前：H2OH+OH-+ZnSO4Zn2++SO2-4通电时：向阴极迁移Zn–2e-

Zn2+阳极：2e-阴极：Zn2++Zn增大阳离子浓度，可增强其氧化性，可能改变粒子放电顺序3.2电镀金阳极阴极3.2电镀金电镀金原理（含氰法）[Au(CN)

]Au2CNe+----24OH4e2H

O2O2↑+---阳极主要电极反应（金做阳极）电解是最强有力的氧化还原手段。阳极阴极3.2电镀金电镀金原理（含氰法）[Au(CN)

]2-e-Au2CN-++2H

O22e-H2↑2OH-++阴极主要电极反应阳极阴极

上世纪70年代，研究出亚硫酸无氰镀金法，形成一条无氰镀金流水线，填补了我国无氰镀金的空白，后荣获国家科技进步奖。镀金工艺改进[Au(SO

)

]233-e-+Au+2SO2-3孙淑兰（1942-）

景泰蓝制作高级工程师阴极极主要反应思考：

请总结从铜矿石到景泰蓝工艺品的过程中用到电解时必须控制的主要生产条件，并论证这些电解过程是否可以被其他方法替代。调控电压调控电压金属（除Au、Pt）优先失电子导电性好的材料调控电压金属（除Au、Pt）优先失电子导电性好的材料离子浓度，影响放电顺序影响电解产物电解时必须控制的主要生产条件直流电源电压两电极材料溶液中粒子浓度离子交换膜制备粗铜：干法炼铜——高温时发生的氧化还原反应湿法炼铜——常温溶液中的置换反应，或者电解制备粗铜：干法炼铜——高温时发生的氧化还原反应湿法炼铜——常温溶液中的置换反应，或者电解粗铜电解精炼：电解镀金：电解制备粗铜：干法炼铜——高温时发生的氧化还原反应湿法炼铜——常温溶液中的置换反应，或者电解粗铜电解精炼：电解镀金：电解电解是最强有力的氧化还原手段，借助电解可以使非自发的氧化还原反应进行。时间铜胎体镀金方法明景泰年间黄铜（铜锌合金，粗铜）当代紫铜（纯铜）景泰蓝生产工艺演变时间铜胎体镀金方法明景泰年间黄铜（铜锌合金，粗铜）鎏金（将糊状的金汞合金，均匀地涂到干净的器物表面，加热使汞挥发）当代紫铜（纯铜）电镀景泰蓝生产工艺演变课后思考1.电解法在当代景泰蓝生产工艺中有着不可替代的作用。请再列举三个用电解法制备物质的工业生产实例，并解释其中的电解原理。2.真实的景泰蓝工业生产中，黄铜矿用氯化物溶液浸出后的溶液中还含有亚铜离子，请预测亚铜离子在电解得粗铜的过程中发生了哪些变化。任务一电解原理的应用[问题探究]1.怎样判断一个装置是原电池还是电解池?答案

有外加电源的一定为电解池,无外加电源的一般为原电池;多池组合时,一般含活泼金属的为原电池,其余都是原电池连接着的电解池。2.粗铜中含有少量Fe、Zn、Au、Ag等杂质,通过粗铜精炼是怎样除去这些杂质的呢?答案

粗铜精炼是将粗铜作阳极,粗铜中的Cu、Fe、Zn等失去电子生成Cu2+、Fe2+、Zn2+进入溶液中,因Fe2+、Zn2+的氧化性弱于Cu2+不能在阴极析出,留在溶液中;Au、Ag等不如Cu活泼的金属,不能在阳极失去电子,从而以固体的形式沉到电解槽底部,形成阳极泥。3.氯碱工业使用离子交换膜法电解饱和食盐水,所用离子交换膜有怎样的作用?答案

使用阳离子交换膜,可防止阴极区产生的NaOH与阳极产生的Cl2反应;隔开H2和Cl2,防止两种气体混合发生爆炸;阴极区产生的NaOH与阳极区的NaCl不会混合,减少了产品的分离提纯过程。[深化拓展]1.电解饱和食盐水产物的检验方法用惰性电极电解饱和食盐水,阳极Cl-放电生成Cl2,可用湿润的碘化钾淀粉试纸(或碘化钾淀粉溶液)检验,试纸(或溶液)变蓝,证明产生的气体为Cl2。阴极水电离产生的H+放电生成H2,溶液中有较多OH-,因此滴加酚酞溶液阴极区变红色;可用向下排空气法收集一试管气体,用拇指堵住管口,移近点燃的酒精灯,松开管口,若气体燃烧发出尖锐的爆鸣声或轻微的响声,可证明气体为H2。2.离子交换膜法电解饱和食盐水的原理电解饱和食盐水时所用离子交换膜为阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阴离子、气体均不能通过。电解过程中,把精制的饱和NaCl溶液通入阳极区,把纯水(加入少量NaOH,增强溶液的导电能力)通入阴极区。电解时,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,这样阴极区有较多OH-,阳极区有较多Na+,由于阳离子交换膜只允许阳离子通过,则阳极区的Na+会透过阳离子交换膜进入阴极区,这样在阴极区得到NaOH,阳极区的Cl-放电,Na+不断迁移,导致NaCl溶液浓度降低。这样在阴极区可制得浓的NaOH溶液,阳极区导出的淡盐水可继续用于配制饱和NaCl溶液用于生产。3.电镀与电解精炼的比较

类型电镀电解精炼定义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利用电解原理提纯金属举例以铁上镀锌为例以精炼铜为例装置类型电镀电解精炼形成条件①镀层金属作阳极接直流电源正极,镀件作阴极接直流电源负极②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液③形成闭合回路①不纯金属作阳极,纯金属作阴极②含该金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液③直流电源④形成闭合回路电极反应阳极:Zn-2e-===Zn2+阴极:Zn2++2e-===Zn阳极:Cu(粗铜)-2e-===Cu2+(主要)阴极:Cu2++2e-===Cu(精铜)联系电镀池和精炼池在本质上都是电解池[素能应用]典例1以KCl和ZnCl2的混合溶液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是(

)A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率D.工业上电解饱和食盐水制取Na和Cl2答案

C解析

未通电前题述装置不能构成原电池,A项错误;锌的析出量与通过的电量成正比,B项错误;电镀时电解反应速率只与电流大小有关,与温度无关,C项正确;工业上通过电解熔融NaCl制取Na和Cl2,D项错误。典例2下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(

)答案

D解析

电解饱和食盐水时,阴极产生H2和NaOH,阳极产生Cl2。NaOH可用酚酞溶液检验;H2可用点燃的方法检验,H2用向下排空气法收集;Cl2用碘化钾淀粉溶液检验,NaOH溶液可用来吸收Cl2,不能用于检验Cl2,A、B错误。结合图示装置分析可知,D项符合题意。(1)电镀时,镀层金属离子浓度远高于其他阳离子浓度,因此一定是电镀液中的镀层金属离子得到电子变为金属单质在阴极析出,而不是其他阳离子。例如在铁片上镀锌时,阴极反应式为Zn2++2e-===Zn,而不是2H++2e-===H2↑。(2)电镀过程中,一般情况下阳极溶解的金属质量等于阴极析出的金属的质量,电解质溶液浓度不变,如铁上镀铜,阳极每溶解1

mol

Cu,则阴极析出1

mol

Cu,电解质溶液可用CuSO4溶液,浓度不变。电解精炼过程中,以电解精炼铜为例,阳极溶解的金属质量与阴极析出的金属质量不同,电解质CuSO4的浓度减小。(3)二次电池放电时化学能转变为电能,相当于原电池,充电时电能转变为化学能,相当于电解池。充电时,电池的正极接电源的正极,电池的负极接电源的负极,即“正接正,负接负”。变式训练1以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是(

)A.溶液中Cu2+浓度保持不变B.粗铜接电源正极,发生还原反应C.溶液中Cu2+向阳极移动D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属答案

D解析

电解精炼时粗铜作阳极,发生氧化反应,精铜作阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,Cu2+在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。变式训练2

某电解装置如图所示,电解装置内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I2+6OH-===+5I-+3H2O。下列说法不正确的是(

)A.右侧发生的电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.电解结束时,右侧溶液中含有C.电解槽内总反应的化学方程式:KI+3H2O

KIO3+3H2↑D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变

将两电极反应及I2与OH-的反应合并,可得总反应方程式KI+3H2OKIO3+3H2↑,C说法正确。如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,则右侧产生的OH-不能进入左侧,则不会发生单质I2与OH-的反应,因此电解槽内的化学反应不同,D说法错误。答案

D任务二电解的有关计算[问题探究]将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起,均用惰性电极进行电解,电解一段时间后,试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。答案

根据得失电子守恒及元素的化合价变化可得出电极产物物质的量的关系式:2H2~O2~2Cl2~2Cu~4e-,即H2、O2、Cl2、Cu的物质的量之比为2∶1∶2∶2。[深化拓展]电化学的有关计算(1)计算的原则:①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。②串联电路中通过各电极的电子总数相等。③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。(2)计算的方法:电子守恒法计算用于串联电路,通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等总反应式计算先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需要的关系式(3)注意几个等量关系式:①当电流通过多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。②常见电化学计算的对应关系:H2~Cl2~O2~Cu~2Ag~2H+~2OH-。如电解过程中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性以及电极反应式和总反应式,知道电解产物与转移电子的物质的量之间的关系式是电化学计算的主要依据。[素能应用]典例3如图所示,若电解5min时,测得铜电极的质量增加2.16g。试回答:(1)电源中X极是

(填“正”或“负”)极。

(2)通电5min时,B中共收集到224mL(标准状况下)气体,溶液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)=

。

(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后溶液中仍有Cl-,则电解后溶液的pH为

。(KW=1.0×10-14)

答案

(1)负(2)0.025mol·L-1

(3)13解析

(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X为负极。(2)C中铜极增重2.16

g,即析出0.02

mol

Ag,线路中通过0.02

mol电子。由4e-~O2,可知B中产生的O2只有0.

005

mol,即112

mL。但B中共收集到224

mL气体,说明还有112

mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112

mL

H2,则通过0.01

mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005

mol,则c(CuSO4)==0.

025

mol·L-1。(3)由2e-~2OH-知,A中生成0.

02

mol

OH-,则c(OH-)=0.1

mol·L-1,c(H+)=mol·L-1=1.0×10-13

mol·L-1,pH=13。解答与电解有关的计算题的基本步骤(1)正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。(2)当溶