高中化学 第四章 电化学基础 第三节《电解池》2课件 新人教版选修4.ppt

第四章电化学基础,第三节电解池,（第二课时）,二、电解原理的应用,1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2H+2e-=H2,总反应：,2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2,食盐水中存在的离子：,Na+、Cl-、H+、OH-,离子放电顺序：阳离子H+Na+阴离子Cl-OH-,电极反应：,H+,Na+,Cl-,OH-,阴极,阳极,氧化反应还原反应,若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：_，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？,阴极附近的溶液无色变为红色,阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.,阴极:产生无色、无味气体,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2H+2e-=H2,(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.,(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.,第一个问题:,Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,混合遇火或遇强光爆炸,解决方法:使用离子交换膜,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成，而影响氢氧化钠的产量和质量。,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,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,提示：,第二个问题：精制食盐水,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、引入Ba2+,Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、引入OH-,Na+、Cl-、CO32-、OH-,Na+、Cl-,沉降,除泥沙,略过量BaCl2溶液,除SO42-,略过量Na2CO3溶液,除Ca2+.Ba2+,略过量NaOH溶液,除Fe3+,Mg2+,适量HCl溶液,调节PH除CO32-、OH-,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,二、电解原理的应用,2、电镀：在某些金属表面镀上一薄层其他金属（如锌铬镍银等）或合金的方法。目的是增强抗腐蚀能力增加美观和表面硬度。,阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质实质：阳极参加反应的电解,阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质（硫酸铜溶液）,电镀铜,3、粗铜的电解精炼,三、电解原理的应用,问:电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,阳极：,Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+,ZnFeNiCuAgAu,阴极:Cu2+2e-=Cu,阳极泥,阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,电解精炼铜,电解精炼铜原理：,粗铜的溶解与纯铜的生成：,阳极（粗铜）：Cu2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2+2e-=Cu,比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；,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（略小）。,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2Na+2e-=2Na,总反应：,2NaCl(熔融)2Na+Cl2,4、电冶金,由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,三、电解原理的应用,电解熔融氯化钠制钠,4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6O2-12e-=3O2,阴极：,4Al3+12e-=4Al,总反应：,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,AlCl3为分子晶体，在熔融状态下不电离，不导电，不能被电解。,冶炼铝设备图,烟罩,拓展：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,下列装置暴露空气中一段时间，铁的腐蚀由快到慢顺序.,Fe,Fe,C,Fe,Zn,A(海水),B(海水),C(海水),D(海水),F(天然水),E(海水),拓展练习,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,两电极接直流电源电极插人电解质溶液形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极电镀液须含有镀层金属的离子,阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属；阴极：镀件,阳极：氧化反应阴极：还原反应,阳极：氧化反应阴极：还原反应,应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属；阴极：纯金属,阳极：氧化反应阴极：还原反应,例1：铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.,解析：阳极4OH-4e-=2H2O+O2阴极Cu2+2e-=Cu2H+2e-=H2阳极转移电子的物质的量为:0.54=2mol,消耗OH-2mol,即产生H+2mol.阴极生成0.5molH2,消耗H+1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/LpH=0生成H2转移的电子:0.52=1mol,故还有1mole-用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.,三、电解计算电子守恒法,4e-O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式：,例2：用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/L,A,阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol,则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A,例3：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：金属M的相对原子质量及x、n值；电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,Mx+xe-=M0.005mol0.01mol0.32g,所以：x=2；M=6