高中化学 1.2.2 电解池的工作原理及应用课件 苏教版选修4.ppt

第2课时电解池的工作原理及应用 目标定位 1 了解电解池的结构 理解电解原理 能够正确书写电极反应式和总反应式 2 了解电解饱和食盐水 电镀 电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用 3 掌握电解原理的有关计算 基础清单 一 电解原理1 熔融氯化钠的电解实验 1 实验现象 通电后 在阳极周围有 产生 在阴极上生成 2 实验分析 通电前 自由移动的 通电后 移向阴极 移向阳极 电极反应 阴极 阳极 电解反应 气泡 银白色金属 na cl na cl 2na 2e 2na 2cl 2e cl2 2nacl2na cl2 2 电解池 1 两个概念 电解 和 电解池 电解 在 的作用下 在两电极上分别发生 的过程 电解池 将 转化为 的装置 直流电 氧化反应和 还原反应 电能 化学能 2 电解池的四个构成条件 两个 构成 3 两个电极 阳极 与电源 相连的电极 发生 反应 阴极 与电源 相连的电极 发生 反应 电极 电解质溶液或熔融电解质 直流电源 闭合回路 正极 氧化 负极 还原 3 电解池工作原理 4 电解氯化铜溶液 有红色的物质析出 有黄绿色气体生成 还原反应 氧化反应 cu2 2e cu 2cl 2e cl2 cucl2cu cl2 二 电解原理的应用1 制取活泼金属 如电解熔融al2o3制取铝 2al2o34al 3o2 2 电解饱和食盐水制取烧碱和氯气 1 装置 2 电极反应 阳极 阴极 电解反应 化学方程式 离子方程式 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 2cl 2h2oh2 cl2 2oh 3 铜的电解精炼 1 阳极材料 反应 2 阴极材料 反应 粗铜 cu 2e cu2 精铜 cu2 2e cu 4 电镀 1 定义 应用 原理在金属或非金属材料表面镀上一薄层其他 或 的过程 2 目的 增强材料的抗腐蚀能力或为了美观或增加表面硬度 3 电镀池构成的三个因素 阳极 阴极 电解质溶液 电解 金属 合金 镀层金属 待镀金属制品 含镀层金属离子的溶液 思考辨析 1 判断正误 1 电解质溶液导电时 一定会有化学反应发生 分析 电解质溶液导电时 在电解池的两极发生了氧化还原反应 有电子转移 生成了新物质 所以一定有化学反应发生 2 原电池放电和电解池充电互为可逆反应 分析 原电池放电是将化学能转化为电能 电解池是将电能转化为化学能 二者是一个相反的过程 但反应条件不同 且不是同时进行的 故不互为可逆反应 3 原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应 分析 原电池的负极和电解池的阳极都是失去电子发生氧化反应 4 在原电池内部 电流方向由正极指向负极 分析 在原电池中 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 即电流方向由负极指向正极 2 问题思考 1 金属导体和电解质溶液的导电原理相同吗 分析 不相同 金属导体依靠电子的定向移动导电 电解质溶液依靠阴 阳离子的定向移动导电 2 电镀和电解精炼过程中电解质溶液的变化规律相同吗 分析 不相同 电镀时 以镀层金属作阳极时 阳极产生的金属阳离子与阴极析出的金属阳离子完全相等 因此电镀液的浓度不变 电解精炼铜时 阳极的粗铜中含有比铜活泼的金属 当它们失去电子时 阴极上也有铜析出 故溶液中的铜离子的浓度会减小 知识链接 阳离子交换膜离子交换膜是由对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜 阳离子交换膜膜体固定基团带有负电荷离子 可选择透过阳离子 而阴离子因为同性排斥而不能通过 所以具有选择透过性 电解精炼利用不同元素的阳极溶解或阴极析出难易程度的差异而提取纯金属的技术 通过电解质溶液的电解 由粗金属作阳极 纯金属作阴极 含有该金属离子的溶液作电解液 金属从阳极溶解 在阴极沉淀 电解精炼常用于有色金属的精炼 如粗铜 粗银 粗镍等的精炼 阳极泥电解精炼时落于电解槽底的泥状细粒物质 主要由阳极粗金属中不溶于电解液的杂质和待精炼的金属组成 往往含有贵重和有价值的金属 可以回收作为提炼金 银等贵重金属的原料 一 电解时电极产物的判断1 基本思路 2 离子放电顺序 1 阴离子放电顺序 2 阳离子放电顺序 思 悟 1 电解食盐水时滴入酚酞溶液显红色的一极是什么极 提示 滴入酚酞溶液显红色 说明显碱性 该电极上h 放电 是阴极 接电源的负极 2 电解池中电极增重的一极是什么极 提示 电极增重 说明不活泼金属离子放电析出金属 是阴极 接电源的负极 3 若在铁片上电镀铜 怎样选择电极材料和电解质溶液 提示 电解池的阳极上发生氧化反应 阴极上发生还原反应 若在铁片上镀铜 就是使cu2 在铁片上还原析出 故铁片应为电解池的阴极 电解质溶液应是含cu2 的溶液 如cuso4溶液 为保持溶液中cu2 的浓度不变 阳极材料应用单质铜 二 以惰性电极电解电解质溶液的有关规律1 电解酸溶液 2 电解碱溶液 1 代表物 naoh koh 2 电解的物质 h2o 3 电极反应 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o 4 溶液ph 增大 3 电解盐溶液 思 悟 1 电解后使电解质溶液恢复原状态的原则或方法是什么 提示 电解后使电解质溶液恢复原状态的原则是 少什么加什么 如惰性电极电解足量硫酸铜溶液 2cuso4 2h2o2cu o2 2h2so4 脱离溶液的是2molcu和1molo2 故相当于2molcuo 所以恢复原状态应加入2molcuo 也可以是2molcuco3 但不能是2molcu oh 2 因为这样会加入1molh2o 使得溶液浓度变小 2 电解活泼金属卤化物溶液和不活泼金属含氧酸盐的溶液时 电解反应的通式如何表示 提示 电解活泼金属卤化物溶液时 电解反应可表示为 溶质 h2oh2 碱 x2 卤素单质 电解不活泼金属含氧酸盐的溶液时 电解反应可表示为 溶质 h2oo2 酸 金属单质 3 电解时 溶液的ph有什么变化规律 提示 电解时 若生成的气体只有h2 ph增大 若生成的气体只有o2 则ph减小 若同时生成h2和o2且物质的量之比为2 1时 则分为三种情况 电解酸的溶液 ph减小 电解碱的溶液 ph增大 电解盐的溶液 ph不变 知识备选 电解池中的有关计算 1 解题依据 得失电子守恒 2 解题方法 根据守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型的计算 其依据是电路中转移的电子数相等 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式计算 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系 在已知量与未知量之间 建立计算所需的关系式 类型一电解池的工作原理 典例 2012 安徽高考 某兴趣小组设计如下微型实验装置 实验时 先断开k2 闭合k1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开k1 闭合k2 发现电流表a指针偏转 下列有关描述正确的是 a 断开k2 闭合k1时 总反应的离子方程式为2h 2cl cl2 h2 b 断开k2 闭合k1时 石墨电极附近溶液变红c 断开k1 闭合k2时 铜电极上的电极反应式为cl2 2e 2cl d 断开k1 闭合k2时 石墨电极作正极 解题指南 解答本题时要注意做到 三看 一看电源 断开k2 闭合k1时 有电源装置为电解池 断开k1 闭合k2时 无电源装置为原电池 二看电极 电极材料为石墨和铜 判断阴阳极和正负极 三看电解质溶液 解析 选d 断开k2 闭合k1时 装置为电解池 两极均有气泡产生 则反应为2cl 2h2oh2 2oh cl2 石墨为阳极 铜为阴极 因此石墨电极处产生cl2 在铜电极处产生h2 附近产生oh 溶液变红 故a b两项均错误 断开k1 闭合k2时 为原电池反应 铜电极反应为h2 2e 2oh 2h2o 为负极 而石墨电极反应为cl2 2e 2cl 为正极 故c项错误 d项正确 互动探究 若实验开始时 反接电源两极 石墨和铜上还会都有气泡产生吗 提示 反接电源时 铜为阳极 石墨为阴极 铜为活性电极 失去电子变成cu2 进入溶液 阴极有h2放出 变式训练 2013 北京高考 用石墨电极电解cucl2溶液 见下图 下列分析正确的是 a a端是直流电源的负极b 通电使cucl2发生电离c 阳极上发生的反应 cu2 2e cud 通电一段时间后 在阴极附近观察到黄绿色气体 解析 选a 由电解装置图可知 cu2 向阴极移动 可知a为电源负极 a项正确 cucl2电解质在水中就能电离成自由移动的cu2 和cl b项错误 在阳极上发生氧化反应 其电极反应为2cl 2e cl2 c项错误 通电一段时间后 应在阳极附近观察到黄绿色的气体cl2 d项错误 类型二电解原理的应用 典例 2013 济宁高二检测 用碳棒作电极 在na cu2 cl 等离子中选出适当离子组成电解质 电解其溶液 写出符合条件的一种电解质的化学式 1 当阴极放出h2 阳极放出o2时 电解质是 2 当阴极析出金属 阳极放出o2时 电解质是 3 当阴极放出h2 阳极放出cl2时 电解质是 4 通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量 阳极析出的气体的物质的量之比为4 2 1时 电解质的化学式是 解题指南 解答本题要注意以下3点 1 阴极放h2生成碱 2 阳极放o2生成酸 3 电解时生成1molo2转移4mol电子 解析 阴极放h2生成碱 阳极放o2生成酸 所以 1 实质是电解水 故电解质是活泼金属的含氧酸盐 即na2so4 2 实质是放氧生酸型 即电解质是不活泼金属的含氧酸盐 即cuso4 3 实质是放氢生碱型 或电解盐酸 但本题不符合题意 即nacl 4 阳极析出的气体是o2 1molo2转移4mol电子 故金属是 2价 即为铜 故电解质是cuso4 答案 1 na2so4 2 cuso4 3 nacl 4 cuso4 名师点评 讲解本题时应注意以下2点 1 讲清用惰性电极进行电解时离子的放电顺序 2 讲清电解过程中电子转移守恒的原理 互动探究 1 该题第 1 问中 溶液的ph如何变化 若恢复原状态 应加入什么物质 提示 结合例题分析可知 电解na2so4实质是电解水 且硫酸钠是强酸强碱盐 故溶液的ph不变 若恢复原状态应加入适量水 2 该题第 3 问中 若电解后溶液的体积是0 2l 且转移电子是0 2mol 则溶液中oh 的浓度是多少 提示 因电解总反应式是2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 该过程转移电子数是2mol 故转移电子数是0 2mol时 生成naoh0 2mol 故c oh 1mol l 1 方法规律 分析电解反应的一般方法 惰性电极 1 分析电解质溶液的组成 找出阴阳离子 2 分别对阴阳离子的放电顺序进行排列 确定放电的离子并写出电极反应式 3 根据电子守恒合并两个电极反应式 得出总反应式 变式训练 2013 海南高考 下图所示的电解池 和 中 a b c和d均为pt电极 电解过程中 电极b和d上没有气体逸出 但质量均增大 且增重b d 符合上述实验结果的盐溶液是 解析 选d 根据溶液中离子的放电顺序oh 比 更容易失去电子被氧化 所以 电解池中a极 c极均发生4oh 4e 2h2o o2 a项 mg2 不能得电子 b棒不增重 b项 增重b d c项 al3 不能得电子 d棒不增重 d项 电解时分别发生ag e ag cu2 2e cu 转移相同数目的电子时析出ag的质量更大 综上所述应选d项 原电池和电解池复杂电路图的分析如图 当装置闭合电键k时 电流计的指针将发生偏转 思考探究 1 丙池是什么装置 甲中a极 丙中c极电极名称分别是什么 提示 据图可知 甲和乙构成铜锌原电池 a是负极 b是正极 丙是电解池 c极是阳极 2 乙中铜极的电极反应式如何书写 若电路中有0 02mo