选修四第四章电化学--电解原理高一初赛.ppt

,电解原理及其应用,东方高级中学 魏娜,化学能,电 能,原电池,电解池,精炼铜,镀铜,氯碱工业,普通电池,新型电池,电化学腐蚀,知 识 结 构,原电池,原电池 :化学能转化为电能的装置 形成条件:(1)两个活泼性不同的电极 (2)电解质溶液 (3)形成闭合回路(或在溶液中接触),复习,Zn2+,H+,H2,e,e,e,e,Cu,负极：氧化反应 正极：还原反应 Zn-2e=Zn2+ 2H+2e=H2,铜锌原电池,Zn,反应原理,方法二：根据电极材料的性质确定。通常是 对于金属金属电极， 对于金属非金属电极， 对于金属化合物电极，,确定原电池电极名称的方法,方法一：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应氧化反应负极； 得电子的反应还原反应正极。,活泼金属是负极，不活泼金属是正极,金属是负极，非金属是正极 。,金属是负极，化合物是正极。,负极：M-ne-=Mn+ (注意燃料电池等常见新型电池) 正极：酸性溶液中：2H+2e-=H2 不活泼金属盐溶液：Mn+ne-=M 中性、弱酸性、弱碱性条件下： 2H2O+O2+4e-=4OH-,电极反应式的书写,电极反应生成的产物一定不能与电解质溶液矛盾，如Fe-2e- =Fe2+ ， 而Fe2+能否存在，必须考虑离子共存。再如正极若O2中氧元素降价为-2，是否以O2-存在，必须考虑离子共存，无水条件下，生成O2- ；中性、弱酸性、弱碱性条件下，生成OH- ；酸性条件下，生成H2O。,原电池应用,1.金属腐蚀: (1)化学腐蚀 (2)电化腐蚀 a.析氢腐蚀 b.吸氧腐蚀 2.防护方法: (1)改变金属内部组织结构 (2)在金属表面覆盖保护层 (3)电化学保护法(牺牲负极) 3.制造新化学电源,练习题,1.a今有2H2+O2=2H2O反应，构成燃料电池，KOH作导电物质，则负极应通入_气,正极通入_气，电极反应为负极_ 正极_ b如把KOH改为H2SO4作导电物质，则电极反应： 负极_ 正极_ a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_ c.如把H2改CH4，KOH作导电物质则电极反应为： 负极_ 正极_ 总反应式_,氢,氧,2H2+4OH- -4e=4H2O,O2+2H2O+4e=4OH-,2H2-4e=4H+,O2+4H+4e=2H2O,a变小 b变大,CH4+10OH- -8e=CO32- +7H2O,2O2+4H2O+8e=8OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3 +3H2O,2、有人设计将两根Pt丝做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通过甲烷和氧气而构成燃料电池。该电池中反应的化学方程式为： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O; 则关于此燃料电池的下列说法中错误的是（一个电子所带电量为1.610-19C）: (A) 通过甲烷的电极为电池的负极，通过氧气的电极为正极 (B) 在标准状况下，每消耗5.6LO2，可向外提供9.6104C的电量 (C) 通过甲烷的电极的电极反应为：CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O (D) 放电一段时间后，溶液的pH值升高,3.(2000年高考题)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为阴极助燃气,制得在6500C下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式 阳极反应式:2CO+2CO32-=4CO2+4e- 阴极反应式_ 总反应式_,下一页,氢气,氧气,+,,原理分析-我们来一起想一想,1、纯水中有哪些微粒？ 2、在接通电源时，微粒如何运动？ 3、H2是怎么产生的？O2又会是如何产生的？,H+、OH-、H2O,H+向负极移动、OH-向正极移动。,H+ H2 OH- O2,实质,2H+2e-=H2,4OH-4e-=O2+2H2O,（发生还原反应-阴极）,（发生氧化反应-阳极）,H2O H+ + OH-,微观,我们已经知道，金属和电解质溶液都能导电，金属的导电过程是物理变化，电解质溶液的导电过程是否与金属的导电过程相同呢？,思考：,氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成u和Cl2呢？,新知识！,电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。,借助电流引起氧化还原反应的装置即把电能转化为化学能的装置叫电解池。,1.电解,2.电解池,一.电解原理,3.电极名称,阳极,与电源正极相连的电极,阴极,与电源负极相连的电极,4.电解池形成条件,(1)电源 (2)与电源相连的两个电极(相同或不相同，而原电 池必须不同) (3)电解质溶液或熔融的电解质(与原电池相同) (4)形成闭合回路,电解氯化铜溶液微观模拟,a.根据此实验现象得到什么结论？,c.通电前和通电后溶液中离子运动情况有何不同？,思考.,e.依据实验现象离子在两极上发生了什么反应？,b.通电时，为什么会引起CuCl2分解？,d.此过程能量如何转化？,阳极：(Cl-、OH-）,阴极：(Cu2+、H+),2Cl- 2e- = Cl2,Cu2+ 2e- = Cu,总反应式：,（氧化反应）,（还原反应）,电解质的浓度 .,若要使电解质溶液复原，怎么办？,加CuCl2溶液,电解CuCl2溶液 ：,变小,( 阳氧阴还 ),5.电极反应,Cu2+ + 2Cl- = Cu + Cl2,阴极：Cu2+2e-=Cu(还原反应）,总反应：,思考：,电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+ ？,电源负极电解池阴极电解液中的阳离子（被还原）,电解池中阴离子（被氧化）电解池阳极电源正极,反应原理：,6.常见阴阳离子的放电顺序,阴离子：S 2-I -Br -Cl -OH -NO3 -SO42-(等含氧酸根离子）F-,讲述：由于各种离子的得失电子能力不同，因此，电解时离子得失电子的难易也不同，氧化性强的离子先得电子，还原性强的离子先失电子。阴阳极得失电子的现象统称为放电现象。,2、下列叙述中不正确的是（ ） A、电解池中与电源正极相连的是电解池的阴极 B、电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 C、电解池中电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 D、电解池是把化学能转变为电能的装置,二.知识应用,1、电解池和原电池的比较,3、写出用惰性电极电解下列物质的电极反应式 （1）H2SO4 HCI （2）NaOH KOH (3)Na2SO4 NaBr (4) CuSO4 CuCI,A,电能转化为化学能,阳极（接电源正极）,阴极（接电源负极）,阴离子向阳极迁移 阳离子向阴极迁移,化学能转化为电能,负极,正极,阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移,都是氧化还原反应,小结：原电池与电解池的比较:,附：电解实例及规律,续上表,1、氯碱工业：电解饱和食盐水制取烧碱、氯气、氢气 2、铜的电解精炼 3、电镀： (1)概念：应用电解原理在某些金属表面镀上其它金属或合金的过程 (2)电镀池的形成条件： A、镀件作阴极 B、镀层金属作阳极 C、电镀液中含有镀层金属离子,电解原理应用,一、氯碱工业,现象：,阳极产生Cl2,阴极产生H2 和酚酞变红,一、1、电解饱和食盐水反应原理,【问题】,写出电极反应式，电解总反应方程式； 为什么NaOH 在阴极区产生？ 若产生1molH2，则产生Cl2、 NaOH质量各 多少? 转移几摩电子?,阴极： 阳极：,2H+ + 2e- = H2 还原反应,2Cl- -2e- = Cl2 氧化反应,阴极区,阳极区,工业上利用这一反应原理，制取NaOH 、H2、 Cl2,该装置的缺点：,1.H2和Cl2 混合不安全。 2.Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。,工业上采用离子交换膜法制烧碱,1离子交换膜电解槽的简单构造如何? 2离子交换膜的作用是什么? 3工业制碱的简单生产流程怎样?,阅读教材并思考：,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳极室,阴极室,阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 阴极：2H+ + 2e- = H2 总式：2NaCl+ 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 (条件:通直流电),2、离子交换膜法制烧碱,1、生产设备名称： 阳极： 阴极： 阳离子交换膜：,(1)将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na+) 通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和气体通过。 (2)防止氯气和氢气混合而引起爆炸。 (3)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠 的产量。,2、离子交换膜的作用：,金属钛网(涂钛钌氧化物),碳钢网(有镍涂层),只允许阳离子(Na+)通过，把 电解槽隔成阴极室和阳极室。,离子交换膜电解槽,3、生产流程,1用什么方法除去泥沙？ 2用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、SO42-？ 3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能 设计一个合理的顺序逐一除杂吗？,思考：,加入稍过量的NaOH溶液 加入稍过量BaCl2溶液(其中、顺序可以交换。) 加入稍过量的Na2CO3溶液 过滤（除去Mg(OH)2、BaSO4、CaCO3、BaCO3 及泥沙等）； 在滤液中加适量盐酸（除去过量的CO32，调节溶液 的pH）； 工业上通过阳离子交换树脂（除去残留的微量Ca2+、Mg2+等离子）。,精制食盐水的操作步骤,5、（05高考11）关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是 A. 电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B. 若在阳极附近的溶液中滴人KI溶液，溶液 呈棕色 C，若在阴极附近的溶液中滴人酚酞试液，溶 液呈无色 D. 电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯 中，充分搅拌后溶液呈中性,B,粗铜,纯铜,二、铜的电解精炼：,1、电解精炼铜的装置：,e-,纯铜作阴极，粗铜作阳极；,e-,e-,2、精炼粗铜的原理,阳极： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2+,阴极： Cu2+ +2eCu,比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变。,三、电镀铜：,1、电镀铜的装置：,【实验42】,镀件作阴极，镀层金属作阳极， 含镀层金属离子的电解质配成电镀液；,2、电镀铜的原理：,阳极（镀层金属）：Cu 2e = Cu2+ 阴极（镀件）： Cu2+ + 2e = Cu 电镀液浓度不变,3、电镀,(1)概念：应用电解原理在某些金属表面镀 上其它金属或合金的过程 (2)电镀池的形成条件： A、镀件作阴极 B、镀层金属作阳极 C、电镀液中含有镀层金属离子,（3）实质：阳极参加反应的电解,金属的防护,金属腐蚀的快慢程度： 电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极,、金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。 、金属腐蚀分为：化学腐蚀和电化学腐蚀。 、化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发 生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生。 、电化学腐蚀实质：不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化学腐蚀过程有电流产生。,金属的腐蚀,、电化学腐蚀的常见类型 、析氢腐蚀：在酸性条件下： 正极发生：2H+2e-=H2反应。 、吸氧腐蚀：在极弱酸或中性条件下： 正极发生：2H2O+O2+4e-=4OH-反应 若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。,、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀原电池引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。,例1、 含有Cr2O7 2的酸性工业废水，该厂采用加入适量食盐，以铁为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3、Fe(OH)3 沉淀生成，该工业废水就可达排放标准，请分析其处理原理,分析： 刚开始时 阳极 Fe - 2e- = Fe 2+ 阴极 2H+ + 2e- = H2 Cr2O7 2- + 6Fe 2+ + 14H+ = 2Cr 3+ +6 Fe 3+ + 7H2O 当溶液中的H+大量消耗后，水电离出的H+电解为H2而产生OH-； Cr 3+ + 3OH- = Cr（OH）3 Fe 3+ + 3OH- = Fe（OH）3 同时产生一定量的氯气可以杀菌消毒。当不在有沉淀生成后说明可以排放,例2. 用两支惰性电极插入1000mL AgNO3溶液中通电电解.当溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解