高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 第4课时 电解原理的应用学案（选修4）-人教版高中选修4化学学案VIP免费

电解原理的应用[核心素养发展目标]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能量转化。2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。一、电解原理的应用1．氯碱工业(1)概念：用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。(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－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。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。③电解的总反应式化学方程式为2NaCl＋2H2O=====H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；离子方程式为2Cl－＋2H2O=====H2↑＋Cl2↑＋2OH－。(3)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反应而影响氢氧化钠的产量和质量。相关链接(1)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。(2)离子交换膜法制烧碱离子交换膜法电解饱和食盐水制烧碱的主要原理是使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na＋通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而影响烧碱纯度的作用，其装置如图所示。当接通电源后，在电场的作用下，带负电的Cl－和OH－移向阳极，带正电的Na＋和H＋移向阴极，在这种条件下，电极上发生的反应分别为阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑随着电解的不断进行，阴极区溶液的OH－浓度越来越大，并生成NaOH，电解饱和食盐水的总反应为2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2．电镀(1)电镀的概念：应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。(2)某电镀银实验装置(电镀池)如图所示。请回答下列问题：①银为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；待镀金属与直流电源的负极相连，作阴极；含银离子溶液为电镀液，含有镀层金属离子。②阳极反应式为Ag－e－===Ag＋；阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。③可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。④含银离子溶液浓度的变化是不变。(3)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。相关链接(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(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。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。(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。(3)电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、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)；粗铜中的铜在纯铜上析出。4．电冶金(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠...