高中化学《电解池的工作原理的应用》课件 新人教版选修4.ppt

电解池的工作原理的应用 一 电解原理 电解 使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 电流是发生反应的动力 使不能自发进行的反应顺利进行 阴阳离子做定向移动的导电过程 也就是两极发生氧化还原的过程 即电解质溶液的导电过程即为电解过程 电流是直流电 在电解过程中电能转化为化学能 在水溶液或熔化状态下 不需通电 在水溶液或熔化状态下通电 电解质电离成为自由移动的离子 阴 阳离子定向移动 在两极上得失电子成为分子或原子 只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应 有新物质生成 电离是电解的先决条件和物质基础 必须有电解质的电离作前提 电离和电解的比较 二 电解池 1 定义 电能转化为的化学能的装置2 形成电解池的条件 与电源相连的两个电极 电解质溶液或熔化电解质 形成闭合回路3 电极名称 阴极 与电源负极相连 进电子 还原反应阳极 与电源正极相连 出电子 氧化反应4 电极材料惰性电极 c pt au不发生反应活性电极 ag及以前金属 作阳极则溶解 正 负极 阴 阳极 原电池 电解池 负极发生氧化反应正极发生还原反应 阳极发生氧化反应阴极发生还原反应 构成的三个条件 有外加电源 阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷降低的过程叫做放电 5 电解时离子放电顺序 阴极 阳离子放电 金属活动顺序的反顺序 ag hg2 fe3 cu2 h pb2 fe2 zn2 阳极 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 活性电极 ag以前 电极失电子惰性电极 pt au 石墨 阴离子放电 注意 一 fe3 cu2 1 铜的电解精炼 1 铜的电解精炼 3 电极反应式 4 阳极上比铜不活泼的金属 沉积于阳极底部 成为阳极泥 可以提炼金 银等贵重金属 电镀铜 概念 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程 电镀池形成条件 电镀的特点 电镀液的组成及酸碱性基本保持不变 为了使镀层致密 坚固 光滑 还要采取一些措施 1 镀件进行抛光和清洗 使镀件洁净 光滑 2 电镀液的离子浓度始终保持恒定 常将电镀液制成络合物 3 电镀时 要不断搅拌 并控制温度 电流 电压 使电镀液ph在一定范围内 在电镀工业的废水中常含有剧毒物质 如氰化物 重金属离子等 减少电镀污染的途径 1 电镀废水经过处理 回收其中有用成分 把有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准 2 改进电镀工艺 尽量使用污染少的原料 如采用无氰电镀等 阅读了解 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而引起爆炸 b 避免氯气和氢氧化钠反应生成 而影响氢氧化钠的产量 3 推广电解naso4 aq 制naoh h2so4溶液 氯碱工业 离子交换膜法制烧碱 3 电解饱和氯化钠溶液 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 3 电解饱和氯化钠溶液 电解前应除去食盐溶液中的ca2 mg2 so42 等杂质离子 4 铝的冶炼 1 电解alcl3溶液能否得到单质铝 2 电解熔融状态的alcl3能否得到单质铝 3 为了降低al2o3的熔点 加入什么 4 电解al2o3的电极反应和电解总式 冶炼其它活泼金属 钾 钙 钠 镁等 电解规律 惰性电极 小结 阳极 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 与 区 电解本身型如cucl2 hcl 与 区 析氢生碱型如nacl 与 区 析氧生酸型如cuso4 agno3 与 区 电解水型如na2so4 h2so4 naoh 阴极 ag fe3 cu2 h fe2 zn2 al3 mg2 na 增大 加h2o 电解水 不变 减小 减小 增大 增大 减小 增大 生成新物质 生成新物质 通入hcl 通入hcl 加入cuo 电解电解质 放出h2生成碱 放出o2生成酸 用惰性电极电解下列溶液 根据电解规律填写下表 四 电解规律 惰性电极 练习1 为下图所示装置中 a b都是惰性电极 通电一段时间后 b极附近溶液呈红色 下列说法正确的是a x是正极 y是负极b x是负极 y是正极c cuso4溶液的ph值逐渐减小d cuso4溶液的ph值不变 ac 例1 根据电解原理 画出电解cuso4水溶液的电解装置 用碳棒做两极材料 注明阴 阳两极 写出电极反应式及总的电解化学方程式 若阴极上有1 6gcu析出 则电子转移数是 阳极产生气体的体积 标准状况 为 五 电化学有关计算 练习1 将两支惰性电极插入500mlcuso4溶液中 接通电源 1 当两极上析出1 6gcu时 设电解时阴极没有氢气放出 且电解液在电解前后体积变化忽略不计 则电解后溶液的c h 是 3 经一段时间后 两极均能得到11 2l气体 标准状况 则原cuso4溶液的物质的量浓度是 4 若将经过 3 以后的溶液恢复原来的浓度 需要向溶液中加入 mol的 1mol l 0 5 cuo 0 1mol l 2 以惰性电极电解cuso4溶液 若阳极上产生的气体的物质的量为0 0100mol 则阳极上析出cu的质量为 a 0 64gb 1 28gc 2 56gd 5 12g b 3 用两支惰性电极插入50mlagno3溶液中 通电电解 当电解液的ph值从6 0变为3 0时 设电解时阴极没有氢气析出 且电解液在电解前后体积变化可以忽略 电极上析出银的质量大约是 a 27mgb 54mgc 108mgd 216mg b 例2 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的naoh溶液 足量的cuso4溶液和100g10 的k2so4溶液 电极均为石墨电极 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中k2so4浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的n端为 极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标状况下的体积 电极c的质量变化是 g 电解前后各溶液的酸 碱性大小是否发生变化 简述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 例2 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的naoh溶液 足量的cuso4溶液和100g10 的k2so4溶液 电极均为石墨电极 练习4 如下图两个电解槽中 a b c d均为石墨电极 如果电解过程中共有0 02mol电子通过 下列叙述中正确的是 a 甲烧杯中a极上最多可析出铜0 64gb 甲烧杯中b极上电极反应式为 4oh 4e 2h2o o2 c 乙烧杯中滴入酚酞试液 d极附近变红d 乙烧杯中c极上发生还原反应 c 例3 铂电极电解1l0 5mol lfecl3和0 1mol lhcl混合溶液 通电一段时间当cl2完全放出时停止通电 求此时产生的h2在标况下体积是多少升 练习5 铂电极电解1lcu no3 2和kno3混合溶液 通电一段时间 两极均产生标况下11 2l气体 求电解后溶液的ph cu2 得电子数 h 得电子数 oh 失电子总数n cu2 2 0 5 2 0 5 4n cu2 0 5molcu2 2h c h 1mol lph 0 解析 阳极4oh 4e 2h2o o2 阴极cu2 2e cu2h 2e h2 六 原电池与电解池的结合 池及电极的判断方法 有一极能与电解液反应则该极为原电池 该极负极 与之相连的为电解池的阴极 若都能反应 则活泼性最强的或两极差距最大的为原电池 1 无外接电源 可能是原电池 依据原电池的形成条件判定 三看 电极 两极为导体且活泼性不同电解液 两极插入电解液中回路 形成闭合回路或两极接触 2 有外接电源 两极插入电解质溶液中 可能是电解池或电镀池 当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同 为电镀池 其余情况为电解池 练习1 写出下列装置的电极反应 并标明氧化反应还原反应 a b d c 练习2 请观察下列实验装置图 指出各装置的名称 电解池 电镀池 nacl溶液硫酸溶液 原电池 cu zn c cu fe fe 粗cu cuso4溶液 精cu 精炼池 a b c d cuso4溶液 电解池 原电池 阴极 阳极 练习3 判断下列装置各属于什么池 正极 负极 a b c d cuso4 agno3 h2so4 nahso4 ag cu 纯cu 粗铜 pt pt pbo2 pb 练习4 写出下列装置的电极反应 并判断a b c溶液ph值的变化 原电池与电解池 化学能转化为电能电能转化为化学能 反应不自发 反应自发 连接电源的正极 作为阳极 相对活泼的金属作为负极 连接电源的负极 作为阴极 相对不活泼的金属或石墨作为正极 阴离子向阳极迁移 阳离子向阴极迁移 阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移 两个电极 电解质溶液形成闭合回路 电解池有外电源 原电池无需外电源 知识重组 氧化反应失去电子 还原反应获得电子 负极 正极 负极 阴极 阳极 正极 3 如何使铁棒上析出铜 而铁的质量不变 问题讨论 1 如图 有什么现象 铁棒的质量 溶液质量各有什么变化 2 如何使铁棒逐渐溶解 而铜不在铁棒上析出 食盐水 fe 4 如何使右图铁棒上析出氢气而铁的质量不变 4 如何使右图碳棒上析出氧气 同时溶液ph增大 若溶液ph减小呢 不变呢 1 在50ml0 2mol l的硫酸铜溶液中插入两个电极 通电电解 不考虑水分蒸发 则 若两极均为铜片 试说明电解过程中溶液溶质浓度将怎样变化 若阳极为纯锌 阴极为铜片 阳极反应式是 如果两极均为铜片且不考虑h 在阴极上放电 当电路中有0 01mol电子通过时 阴极增重g 阴极上的电极反应式是 不变 0 32 zn 2e zn2 cu2 2e cu 2 某同学按右图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 a 电解过程中 铜电极上有h2产生b 电解初期 主反应方程式为 cu h2so4cuso4 h2 c 电解一定时间后 石墨电极上有铜析出d 整个电解过程中 h 的浓度不断增大 bc 3 三氧化二镍 ni2o3 可用于制造高能电池 其电解法制备过程如下 用naoh调nicl2溶液ph至7 5 加放适量硫酸钠后进行电解 电解过程中产生的cl2在弱碱性条件下生成clo 把二价镍氧化为三价镍 以下说法正确的是 a可用铁作阳极材料b电解过程中阳极附近溶液的ph升高c阳极反应方程式为 2cl 2e cl2d1mol二价镍全部转化为三价镍时 外电路中通过了1mol电子 cd 4 电解原理在化学工业中有广泛应用 右图表示一个电解池 装有电解液a x y是两块电极板 通过导线与直流电源相连 请回答以下问题 若x y都是惰性电极 a是饱和nacl溶液 实验开始时 同时在两边各滴入几滴酚酞试液 则 电解池中x极上的电极反应式是 在x极附近观察到的现象是 y电极上的电极反应式是 检验该电极反应产物的方法是 如要用电解方法精炼粗铜 电解液a选用cuso4溶液 则 x电极的材料是 电极反应式是 y电极的材料是 电极反应式是 说明 杂质发生的电极反应不必写出 5 铝和氢氧化钾都是重要的工业产品 请回答 1 工业冶炼铝的化学方程式是 2 铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是 3 工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质 可用离子交换膜法电解提纯 电解槽内装有阳离子交换膜 只允许阳离子通过 其工作原理如图所示 该电解槽的阳极反应式 通电开始后 阴极附近溶液ph会增大 请简述原因 除去杂质后的氢氧化钾溶液从液化出口 a 或 b 导出 2 写出电极反应 a中 b中 c中 d中 1 标出电源的正 负极 x为 y为 模拟训练 由电极产物判断电源电极 4h 4 2h 4oh 4 2h o o c 2h 2 h d 2cl 2 cl 分析电极 离子移动方向 依据放电规律 判断产物 6 如图装置中 e为一只盛有alcl3溶液的烧杯 c为铂棒 d为铁棒 x与y为电源的电极 a b中插入多孔的惰性电极 切断开关k1 闭合开关k2 通直流电一端时间后 a b中液面如图所示 请回答 3 电解alcl3溶液时 下图所示的电解变化曲线合理的是 忽略表面皿阳极产生气体与溶液的反应 a b c d a 依据阴阳两极得失电子守恒 以及铝元素的性质特点 结合图表分析 al3 3cl 3e 3oh al oh 3 如图装置中 e为一只盛有alcl3溶液的烧杯 c为铂棒 d为铁棒 x与y为电源的电极 a b中插入多孔的惰性电极 切断开关k1 闭合开关k2 通直流电一端时间后 a b中液面如图所示 请回答 模拟训练 如图装置中 e为一只盛有alcl3溶液的烧杯 c为铂棒 d为铁棒 x与y为电源的电极 a b中插入多孔的惰性电极 切断开关k1 闭合开关k2 通直流电一端时间后 a b中液面如图所示 请回答 4 电解alcl3溶液时 若产生沉淀1 56g时 将a极产生的气体在常温下燃烧 生成液态水 放出8 574kj热量 写出其燃烧热的热化学方程式 依据电路中转移电子相等 al3 3cl 3e 3oh al oh 3 2 2 3h2 6e 2al oh 3 热量 3mol2 78gqkj0 03mol1 56g8 5 4kj h2 g 1 2o2 g h2o l h 285 8kj mol 模拟训练 5 若电解一段时间后 a b中均有气体包围 此时切断开关k2 闭合开关k1 则电流指针 是或否 偏转 若偏转写出电极反应 a中 b中 负极 a 2h2 4oh 4e 4h2o正极 b o2 2h2o 4e 4oh 总反应 2h2 o2 2h2o 如图装置中 e为一只盛有alcl3溶液的烧杯 c为铂棒 d为铁棒 x与y为电源的电极 a b中插入多孔的惰性电极 切断开关k1 闭合开关k2 通直流电一端时间后 a b中液面如图所示 请回答 负氧正还 升负降正 电极产物是否与电解质溶液发生反应 遵循电子转移守恒 电荷守恒 质量守恒 模拟训练 模拟训练 6 若把a气体换为甲醇 此时