高中化学 432电解原理的应用课件 新人教版选修4.ppt

1 了解氯碱工业 电镀及电冶金等应用的反应原理和特点 2 初步培养运用电解原理进行简单计算和设计完成简单的化学反应的能力 1 电解饱和食盐水以制造烧碱 氯气和氢气 1 理论分析通电前溶液中含有的离子 通电时 移向阴极 放电 移向阳极 放电 电极反应式为 阳极 反应 阴极 反应 因 放电 导致水的电离平衡h2o h oh 向右移动 致使生成 电解总化学方程式为 总离子方程式为 2 实验现象 两极均产生气体 溶液先变红 说明有 生成 产生的气体能使润湿的ki 淀粉试纸变蓝 说明有 生成 2 电镀 1 电镀的含义电镀是应用 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法 2 电镀的目的电镀的目的主要是 3 电镀的原理电镀时 一般都是用 配成电镀液 把 浸入电镀液中与直流电源的负极相连 作为阴极 用 作为阳极 与直流电源正极相连 通入低压直流电 阳极金属溶解在溶液中成为阳离子 移向阴极 这些离子在阴极获得电子被还原成金属 覆盖在需要电镀的金属制品上 装置如右图所示 电极反应式 阳极为 阴极为 电镀液cuso4溶液的浓度 填 增大 减小 不变 4 电解精炼铜 装置如右图所示 作阳极 作阴极 作电解质溶液 电极反应式 阳极为 zn 2e zn2 等 阴极为 电解特点粗铜中的铜 迁移 到纯铜上 cuso4溶液的浓度 填 增大 减小 不变 3 电冶金 1 金属冶炼的本质使矿石中的 获得电子 从它们的化合物中出来 如 2 电解熔融的nacl制na对于冶炼像钠 钙 镁 铝这样活泼的金属 几乎是唯一可行的工业方法 例如电解熔融的nacl制na nacl在高温熔融 并发生电离 nacl na cl 通直流电后 阴极 阳极 总化学方程式为 答案 1 1 na cl h oh na h h cl oh cl 2cl 2e cl2 氧化2h 2e h2 还原h naoh 2 阴极碱 阳极cl2 2 1 电解原理 2 使金属增强抗腐蚀能力 增加美观和表面硬度 3 含有镀层金属离子的电解质待镀金属制品镀层金属cu 2e cu2 cu2 2e cu不变 4 粗铜纯铜cuso4溶液 cu 2e cu2 cu2 2e cu 不变3 1 金属离子 还原mm ne m 2 电解法2na 2e 2na2cl 2e cl2 nacl 熔融 2na cl2 1 电解饱和食盐水实验中 如何检验naoh和cl2的生成 写出用bacl2 naoh na2co3 盐酸 过滤除去粗盐中ca2 mg2 杂质试剂加入顺序 提示 1 在阴极附近滴几滴酚酞试液 通直流电时 发现阴极附近溶液变红 证明有碱生成 把湿润的ki淀粉试纸放在阳极附近 若试纸变蓝 则证明有cl2生成 2 试剂加入顺序有多种选择 如 bacl2 naoh na2co3 过滤 盐酸 bacl2 na2co3 naoh 过滤 hcl naoh bacl2 na2co3 过滤 盐酸 2 电解精炼铜时 cuso4溶液的浓度是如何变化的呢 为什么 提示 cuso4溶液的浓度减小 因为当阳极上的少量zn fe ni放电的同时 阴极上cuso4溶液中的cu2 同时放电 此时消耗溶液中的cu2 只有当阳极上cu放电 阴极上cu2 放电时 溶液中cu2 的物质的量才不会改变 故溶液中cuso4的浓度减小 但由于zn fe等杂质量很少 故浓度变化很小 1 通电前 溶液中存在 nacl na cl h2o h oh 溶液中有na cl h oh 四种离子做无规则运动 2 通电后 阳离子向阴极做定向移动并在阴极上得电子放电 由于h 的得电子能力大于na 所以在阴极上生成h2 其反应式为2h 2e h2 阴离子向阳极做定向移动并在阳极放电 由于cl 失去电子的能力大于oh 所以在阳极上生成cl2 其反应式为 2cl 2e cl2 3 电极反应为 阳极 放电能力cl oh 2cl 2e cl2 氧化反应 阴极 放电能力h na 2h 2e h2 还原反应 总反应化学方程式 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 离子方程式为2cl 2h2o2oh h2 cl2 4 电解后 由于阴极附近的h 放电生成h2 使该区域的c h 降低 破坏了附近的水的电离平衡 促进了水的电离 使水的电离平衡向右移动 结果阴极区溶液中的c oh 增大 使阴极区溶液呈碱性 案例精析 例1 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 解析 本题是一道通过电解饱和nacl溶液实验来考查电极反应式的书写问题 由题意或图形可知 此池为电解池 x极为阴极 y极为阳极 由于电极为惰性电极 饱和nacl溶液中存在na cl h oh 由于在阴极上h 放电能力强于na 故阴极上发生的电极反应式为 2h 2e h2 因而导致x极附近有气体放出 溶液呈碱性 溶液颜色由无色变为红色 同理由于在阳极上cl 放电能力强于oh 故阳极上发生的电极反应式为 2cl 2e cl2 答案 2h 2e h2 放出气体 溶液变红 2cl 2e cl2 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在y电极附近 试纸变蓝色 2005 全国理综 卷 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入ki试液 溶液呈棕色c 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液 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 解析 电解nacl水溶液的方程式 2nacl 2h2o2naoh cl2 阳 h2 阴 在阳极得到氯气 在阴极得到氢气 阴极区附近显碱性 电解后的溶液显碱性 故b选项符合题意 答案 b 2002 上海 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液 通电时 为使cl2被完全吸收 制得有较强杀菌能力的消毒液 设计了如图所示的装置 则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 a a为正极 b为负极 naclo和naclb a为负极 b为正极 naclo和naclc a为阳极 b为阴极 hclo和nacld a为阴极 b为阳极 hclo和nacl 解析 要让氯气充分与naoh反应 则容器的下部生成氯气 是阳极 应与电源的正极相连 上部生成h2和naoh 是阴极 应与电源的负极相连 氯气与naoh的反应为 cl2 2naoh naclo nacl h2o 答案 b 如图中能验证氯化钠溶液 含酚酞 电解产物的装置是 解析 由电解原理可知 电解饱和nacl溶液时阳极 电子流出的一极 发生反应 2cl 2e cl2 可用ki淀粉溶液来检验产生的cl2 阴极 电子流入的一极 发生反应 2h 2e h2 同时由于该极h 放电 使溶液中c oh 增大 酚酞试液变红 结合所给图示 电子流方向与题要求一致的有b d两个选项 但因b选项不能检出是否产生cl2 而不符合题意 答案 d 1 电镀 1 电镀的含义 应用电解的原理 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 2 电镀的目的 增强金属的抗腐蚀能力 更加美观和增加表面硬度 例如 4 电镀原理的归纳 电镀的原理与电解的原理是一致的 电镀时 一般用含镀层金属阳离子的电解质溶液配成电镀液 把待镀金属制品浸入电镀液中 与直流电源的负极相连 作为阴极 用镀层金属作为阳极 与直流电源的正极相连 通入低压直流电 阳极金属溶解 成为阳离子 移向阴极 这些离子在阴极获得电子被还原成金属 覆盖在镀件金属表面 说明 电镀特点 一多 一少 一不变 一多指阴极上有镀层金属沉积 一少指阳极上有镀层金属溶解 一不变指电解液浓度不变 2 铜的精练 1 电解精炼铜的原理分析 2 阳极反应产物的分析 粗铜中往往含锌 铁 镍 金等多种金属 当含杂质的铜在阳极不断溶解时 位于金属活动顺序表中铜以前的金属杂质如zn fe ni等 也会同时失去电子 如zn 2e zn2 ni 2e ni2 但是它们的阳离子比铜离子难还原 所以它们并不在阴极获得电子析出 而只是留在电解质溶液里 而位于金属活动性顺序表中铜之后的金属如银 金等杂质 因为失电子能力比铜弱 难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来 而是以金属单质的形式沉积在电解槽底 形成阳极泥 阳极泥可作为提炼金 银等贵重金属的原料 3 阴极反应产物的分析 电解过程中 cu2 比h zn2 ni2 和fe2 先在阴极放电而析出 zn2 ni2 fe2 等离子留在了溶液中 说明 由于阳极上溶解的金属为fe zn ni cu等 而在阴极上只有cu析出 根据电子守恒 溶解的cu的量小于析出的cu的量 所以溶液中cuso4的浓度逐渐减小 3 电冶金 1 原理 利用电解使矿石中的金属离子获得电子 从它们的化合物中还原出来 2 实质 mn ne m 3 电解法 电解法是最强有力的氧化还原手段 适用于冶炼用普通还原剂难以还原的金属 如钠 钙 镁 铝这样活泼的金属 例如 电解熔融氯化钠可以得到金属钠 nacl在高温下熔融 并发生电离 nacl na cl 通直流电后 阴极 2na 2e 2na 阳极 2cl 2e cl2 总反应 2nacl 熔融 2na cl2 4 常见金属的冶炼方法 案例精析 例2 如图所示中 a 为直流电源 b 为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸 c 为电镀槽 接通电路后 发现 b 上的c点显红色 请填空 1 电源 a 上的a为 极 2 滤纸 b 上发生的总化学反应方程式为 3 欲在电镀槽中实现在铁上镀锌 接通 k 点 使c d两点短路 则电极e上发生的反应为 电极f上发生的反应为 槽中盛放的电镀液可以是 溶液或 溶液 只要求填两种电解质溶液 解析 1 解答本题的关键之处是 b 上的c点显红色 c点之所以呈红色 是因为此处发生电极反应后为碱性 使酚酞变红 c点发生的反应是2h 2e h2 h 来自水 剩余的oh 使酚酞显红色 c点发生还原反应 应为电解池的阴极 所以b为负极 a为正极 2 实质为电解nacl溶液 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 3 铁上镀锌 镀层金属应为阳极 接电源的正极 e应为金属锌 阳极 zn溶解 zn 2e zn2 f应为镀件 金属铁 zn2 2e zn 电镀液中应含zn2 答案 1 正 2 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 3 zn 2e zn2 zn2 2e zn znso4 zn no3 2 例3 金属镍有广泛的用途 粗镍中含有少量的fe zn cu ni等杂质 用电解法制备高纯度的镍 下列叙述中正确的是 a 阳极发生还原反应 其电极反应式为 ni2 2e nib 电解过程中 阳极质量减少与阴极质量的增加相等c 电解后 溶液中存在的金属阳离子只有fe2 和zn2 d 电解后 电解槽底部的阳极泥中只有cu和pt 解析 本题为课本中 电解精炼铜 的迁移应用 a项阳极应发生氧化反应 c项溶液中的阳离子主要为ni2 根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序 阳极反应为zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 cu pt在该条件下不失电子 阴极反应为ni2 2e ni fe2 zn2 在该条件下不得电子 比较两电极反应 因zn fe ni的相对原子质量不等 当两极通过相同的电量时 阳极减少的质量与阴极增加的质量不等 答案 d 点评 电解原理的应用往往和氧化还原反应的知识联系起来综合应用 因此 在解答时要将氧化还原中的 强者优先理论 应用到题目中来 正确分析离子的放电顺序 一般情况下 氧化性强的离子优先在阴极上放电生成金属单质 还原性强的金属单质优先在阳极上放电生成金属阳离子 下列叙述中错误的是 a 电解池的阳极上发生氧化反应 阴极上发生还原反应b 原电池跟电解池连接后 电子从原电池负极流向电解池阳极c 电镀时 电镀池里的阳极材料发生氧化反应d 电解饱和食盐水时 阴极得到氢氧化钠溶液和氢气 解析 在电解池中阳极上发生氧化反应中 阴极上发生还原反应 所以a正确 原电池跟电解池连接后 电子从电池负极流向电解池阴极 因此b错误 电镀时 电镀池里的阳极材料发生氧化反应 电解饱和食盐水时 阴极反应为2h 2e h2 阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气 所以选项c d正确 答案 b 在铁制品上镀一定厚度的锌层 以下方案设计正确的是 a 锌作阳极 镀件作阴极 溶液中含有锌离子b 铂作阴极 镀件作阳极 溶液中含有锌离子c 铁作阳极 镀件作阴极 溶液中含有亚铁离子d 锌作阴极 镀件作阳极 溶液中含有亚铁离子 解析 根据电镀原理 应用镀层作阳极 镀件作阴极 含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液 因此选a 答案 a 冶炼金属一般有下列四种方法 焦炭法 水煤气 或氢气 或一氧化碳 法 活泼金属置换法 电解法 四种方法在工业上均有应用 古代有 火烧孔雀石炼铜 湿法炼铜 现代有 铝热冶炼铬 从光卤石中炼镁 对它们的冶炼