1、人教版人教版选修选修4 4 化学反应原理化学反应原理第四章第四章 第二节第二节 第第3课时课时人教版 选择性必修1 化学反应原理一、氯碱工业一、氯碱工业电解饱和食盐水电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业。以制造烧碱、氯气和氢气的工业。氯碱工业：氯碱工业：H+Na+Cl-OH-阴极阴极阳极阳极食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：Na+ 、Cl- 、H+ 、OH-离子放电顺序：阳离子离子放电顺序：阳离子 H+ Na+ 阴离子阴离子 Cl- OH-阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极：2H+ + 2e- = H2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH +Cl2+
2、H2 通 电 电极反应：电极反应：氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）阳离子交换膜阳离子交换膜 阳阳 极极惰性电极惰性电极阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室 阳离子交换膜：只允阳离子交换膜：只允许阳离子通过许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳把电解槽隔成阴极室和阳极室。极室。 离子交换膜的作用：离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠、避免氯气
3、和氢氧化钠反应生成反应生成 ，而影响氢氧，而影响氢氧化钠的产量。化钠的产量。思考：判断下列电解池两极的现象及写出电极方程式？思考：判断下列电解池两极的现象及写出电极方程式？ CuSO4溶液溶液 Fe Cu阳极：阳极：阴极：阴极：铜不断溶解铜不断溶解Cu 2e = Cu2+Cu2+ + 2e- = Cu铁上附上一层铜铁上附上一层铜二、电镀二、电镀 阳极材料：阳极材料： ； 阴极材料：阴极材料：_:_: 电镀液：用含有电镀液：用含有 的溶液作电镀液。的溶液作电镀液。1 1、电镀的含义：、电镀的含义：2.2.电镀的主要目的：电镀的主要目的：使金属增强使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度抗腐蚀能力
4、，增加美观和表面硬度。3 3、电镀池的构成、电镀池的构成: : 镀层金属镀层金属待镀金属制品待镀金属制品镀层金属的电解质镀层金属的电解质电镀是应用电镀是应用电解原理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。在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀制品电镀制品【活动探究】铁钉镀铜【活动探究】铁钉镀铜 设计思路及依据设计思路及依据实验装置实验装置 实验现象实验现象确定阴极确定阴极阴极材料：阴极材料：阴极反应物：阴极反应物：确定阳极确定阳极阳极材料阳极材料阳极反应物：阳极反应物：构成闭合回路构成闭合回路离子导体：离子导体：电子导体：电子导体：实验目的：实验目的：设计一个电镀装置
5、给铁钉镀铜设计一个电镀装置给铁钉镀铜 实验用品：实验用品：铁钉，铜片，石墨棒，铁钉，铜片，石墨棒，CuSO4溶液，溶液，FeSO4溶液；溶液； 烧杯，导线，电源烧杯，导线，电源 实验方案的设计及实施实验方案的设计及实施 铁钉铁钉Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应还原反应)铜片铜片Cu - 2e- = Cu2+ (氧化反应氧化反应)导线导线CuSO4溶液溶液铜片溶解铜片溶解，铁钉上，铁钉上有红色固有红色固体析出体析出4.特点：特点： 阳极反应为粗铜中的阳极反应为粗铜中的Cu及杂质失（及杂质失（Zn、 Fe、Ni等）去电子而溶解；等）去电子而溶解； 溶液中溶液中CuSO4的浓度的浓度基本不
6、变（略减小）基本不变（略减小） 说明：说明：当阳极上的当阳极上的Cu失去电子变成失去电子变成Cu2+溶解后，银金等金溶解后，银金等金属杂质以单质的形式沉积于电解槽底，形成属杂质以单质的形式沉积于电解槽底，形成，阳极，阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。 三、电解精炼铜三、电解精炼铜1 1、含义：、含义： 利用电解原理将粗铜中的杂质利用电解原理将粗铜中的杂质( (如锌、铁、镍、银、金等如锌、铁、镍、银、金等) )除去，以获除去，以获得电解铜得电解铜( (含含CuCu的质量分数达的质量分数达9999959599999898) )的过程。的过程。2 2、目的：
7、、目的：制得电解铜，以增强铜的导电性制得电解铜，以增强铜的导电性阳极（阳极（粗铜粗铜）: Cu - 2e- = Cu2+ (氧化反应氧化反应)阴极（阴极（纯铜纯铜）: Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应还原反应)注意：注意：阳极：阳极： Zn 2e-Zn2+ Fe2e-Fe2+ Ni 2e-Ni2+3.3.原理：原理：四、电冶金四、电冶金1、金属冶炼的本质：、金属冶炼的本质：使矿石中的使矿石中的金属离子金属离子获得电子，从它们的化合物中获得电子，从它们的化合物中还还原原出来。通式出来。通式:Mn+ + ne- = M2、电冶炼：、电冶炼：电解是最强的电解是最强的氧化还原氧化还原手段，适
8、用于一些手段，适用于一些活泼金属单质活泼金属单质的制取，的制取，像像钠、钙、镁、铝钠、钙、镁、铝等活泼金属。对于这些金属，电解几乎是唯一可行的工业等活泼金属。对于这些金属，电解几乎是唯一可行的工业方法。方法。（1 1）电解熔融的氯化钠：（制取金属钠）电解熔融的氯化钠：（制取金属钠）阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极：2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通电 电解熔融氯化钠制钠（2）电解熔融的氯化镁：（制取金属镁）电解熔融的氯化镁：（制取金属镁）阳极：阳极：阴极：阴极：2Cl - 2e- = Cl2Mg2+ + 2e- =
9、 MgMgCl2(熔融熔融) = Mg + Cl2 电解电解（3）电解熔融的氧化铝：（制取金属铝）电解熔融的氧化铝：（制取金属铝）阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：6O2- 12e- = 3O24Al3+ + 12e- = 4Al2Al2O3(熔融熔融) = 4Al + 3O2 电解电解冰晶石冰晶石【思考思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化铝而不用氯化铝？铝而不用氯化铝？原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费了能量原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，浪费了能量 ；氯化铝是共价化合物；氯化铝是共价化合物
10、，共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。，共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。【知识回顾知识回顾】以石墨为电极，电解在以石墨为电极，电解在CuCl2溶液：溶液： CuCl2溶液溶液 C C阳极：阳极： 阴离子失电子阴离子失电子阴极：阴极：阳离子得电子阳离子得电子2Cl- 2e-= Cl2Cu2+ + 2e- = Cu惰性电极惰性电极阳极：阳极：若是活性电极，若是活性电极，则电极则电极材料本身材料本身失电子，失电子，若是惰性电极，则由溶若是惰性电极，则由溶液中液中阴离子失电子阴离子失电子阴极阴极：不管电极材料是活不管电极材料是活性的还是惰性只起导
11、电作性的还是惰性只起导电作用，不参与反应。只由溶用，不参与反应。只由溶液中的液中的阳离子得电子阳离子得电子思考：思考：在CuCl2溶液中存在Cu2+、Cl、H+、OH四种离子，为何发生氧化还原反应的是Cu2+、Cl而不是H+、OH？ CuCl2溶液溶液 C CCu2+、Cl、H+、OH一、电解质微粒在电解池中的放电顺序：一、电解质微粒在电解池中的放电顺序：1.阳极：电极材料本身或阴离子失电子阳极：电极材料本身或阴离子失电子 （1）活性电极：活性电极：电极材料失电子电极材料失电子 （2）惰性电极：）惰性电极： 还原性强的微粒先失电子还原性强的微粒先失电子 S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根含氧
12、酸根F-阳极电极方程式模式：阳极电极方程式模式： R ne- = Rn+ S2- - 2e- = S 2X- - 2e- = X2 （X = I , Br , Cl ） 4OH- - 4e- = O2+ 2H2O二、阴极：阳离子得电子（遵循阳离子氧化性强弱顺序）二、阴极：阳离子得电子（遵循阳离子氧化性强弱顺序）Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸性）（酸性） Pb2+ Sn2+ Fe2+Zn2+ H+ （水电离出的（水电离出的H+） Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ K+、 Ca2+、 Na+、 Mg2+、 Al3+只有在只有在熔融状态熔融状态下可以放电，在水溶下可以放电，在水溶液中由于水
13、可以电离出液中由于水可以电离出H+，它们没有机会放电它们没有机会放电。电极方程式模式：电极方程式模式：Rn+ + ne- = R二、常见电解质电解的常见类型二、常见电解质电解的常见类型1、阳极为活性电极阳极为活性电极：电极材料失电子生成对应的阳离子 R ne- = Rn+阴极阴极( H+): 2H+ 2e-=H2阳极阳极(Cu) : Cu- 2e-=Cu2+总反应：总反应：Cu + = CuSO4 + H2 电解电解溶质浓度增大，溶质浓度增大，pHpH增大增大用银做电极电解硫酸钠阴极阴极( H+): 2H+ 2e-=H2阳极阳极(Ag) : 2Ag- 2e-=2Ag+总反应：总反应：2Ag +
14、= 2 AgOH + H2 电解电解溶质浓度减小，溶质浓度减小，pHpH增大增大2.惰性电极（石墨或铂电极）电解惰性电极（石墨或铂电极）电解实例实例电极反应电极反应浓度浓度pHpH值值复原复原HClCuCl2电解氯化电解氯化铜溶液铜溶液电解氯化电解氯化氢溶液氢溶液 CuCl2 = Cu+Cl2 电解阳极阳极:(Cl-) : 2Cl-2 e- =Cl2 阴极阴极(Cu2+ )：Cu2+ 2e-=Cu减小减小不变不变加适量加适量CuCl2晶体晶体阳极阳极:(Cl-) : 2Cl-2 e- =Cl2 阴极阴极( H+)：2H+ 2e-= H2减小减小增大增大通入通入适量适量HClCl 2HCl =
15、Cl2 + H2 电解电解对象： 电解质本身; 电解质浓度 降低;pH 酸PH增大，盐不变 ，要把电解质溶液复原，加 电解质本身特点特点: :电解本身型电解本身型 电解无氧酸电解无氧酸(HF除外除外)、不活泼金属无氧酸盐的水溶液、不活泼金属无氧酸盐的水溶液，就是，就是电解电解质本身质本身电解电解例如：例如： 电解 2HCl = H2 + Cl2 CuCl2 = Cu + C12电解第二组第二组：电解：电解 H2SO4 、 NaOH、Na2SO4电解电解Na2SO4阳极阳极(OH-): 4OH- 4e- = 2H2O+O2 阴极阴极(H+ ) :4H + 4e- = 2H2 2H2O = 2H2
16、 +O2 通电通电 电解电解含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液，实际上都是电的水溶液，实际上都是电解解水水，即：，即： 电解对象：电解对象：电解水电解水； 电解质浓度增大电解质浓度增大 ；pH pH 酸酸PHPH减小，碱减小，碱PHPH增大，盐不变增大，盐不变 ， 要把电解质溶液复原，要把电解质溶液复原，加水加水 。特点特点: :电解水型电解水型2H2O = 2H2 +O2 通电通电第三组第三组： 电解电解NaCl、MgCl阴极阴极阳极阳极Na+ H+Cl- OH-电解电解NaClNaCl阴极阴极阳极阳极Mg2+H+C l - O H-电解电解MgClMgCl
17、2 2阳极阳极(OH-): 2Cl- 2e- = Cl 2 阴极阴极( H+):2H + 2e- = H2 阳极阳极(OH-): 2Cl- 2e- = Cl 2 阴极阴极( H+):2H + 2e- = H2 2NaCl+2H2O = 2NaOH+H2 +Cl2 通电通电MgCl2+2H2O = Mg(OH)2+H2 +Cl2 通电通电 电解电解活泼金属无氧酸活泼金属无氧酸盐溶液时，电解的总化学方程式的通式可表盐溶液时，电解的总化学方程式的通式可表示为：示为： 电解对象：电解对象： 水和盐的阴离子水和盐的阴离子 ； 电解质浓度电解质浓度 减少减少 ， pH 增大增大 ； 要把电解质溶液复原，要
18、把电解质溶液复原，加加 对应的无氧酸对应的无氧酸 。特点特点: :电解放氢气生碱型电解放氢气生碱型溶质溶质 + H2O = H2+ 碱碱 + 卤素单质卤素单质X2(或或S)通电通电第三组第三组：CuSO4 、AgNO3阴极阴极阳极阳极SO42- OH-Cu2+ H+阳极阳极OH-NO3-Ag2+ H+电解电解CuSO4溶液溶液电解电解AgNO3溶液溶液阴极阴极 2CuSO4+2H2O 2Cu +O2+2H2SO4阴极阴极(Cu2+ ): 2Cu2+ 4e-=2Cu阳极阳极(OH-) :4OH- 4e- = 2H2O+O2 电解4AgNO3+2H2O 4Ag +O2+4HNO3阴极阴极(Ag2+
19、): 4Ag+ 4e-=4Ag阳极阳极(OH-) :4OH- 4e- = 2H2O+O2 电解 电解电解不活泼金属含氧酸盐不活泼金属含氧酸盐溶液溶液，电解的总化学方程电解的总化学方程 式的通式可表式的通式可表示为：示为： 电解对象：电解对象： 水和金属阳离子水和金属阳离子 ；电解质浓度；电解质浓度 减小减小 ，pH pH 减小减小 ； 要把电解质溶液复原要把电解质溶液复原: :加金属氧化物加金属氧化物 。特点特点: :电解放氧气生酸型电解放氧气生酸型溶质溶质 + H2O = O2 + 酸酸 + 金属单质金属单质通电通电n 分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：n 、明确溶液中存在哪些离子、明确溶液中存在哪些离子 n 、根据两极放电顺序判断哪些离子放电、根据两极放电顺序判断哪些离子放电（注意阳极本身放电情况）（注意阳极本身放电情况） 分析阳极反应时首先要看阳极材料，如果阳极本身是非惰性金属（除分析阳极反应时首先要看阳极材料，如果阳极本身是非惰性金属（除Pt、Au、石墨、钛之外金属）则阳极本身失电子，发生氧化反应。如、石墨、钛之外金属）则阳极本身失电子，发生氧化反应。如果阳极本身是惰性金属或石墨，则考虑溶液中阴离子放电。果阳极本身是惰性金属或石墨，则考虑溶液中阴离子放电。n 、根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物、根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物
