高三化学原电池 电解原理及其应用附学案原电池 电解原理.ppt

原电池电解原理及其应用 1 4 3 8 5 一 原电池 电解池原理比较 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 活动性不同的两电极连接 电解质溶液或熔融电解质 形成闭合电路 两电极接电源 电解质溶液或熔融电解质 外接直流电源成闭合回路 一 原电池 电解池原理比较 由负极沿导线流向正极 由电源负极流入阴极 再由阳极流回电源正极 较活泼的金属 电子流出的一极 较不活泼的金属或能导电的非金属 电子流入的一极 正 负 氧化反应 金属失电子 氧化反应 溶液中阴离子或电极金属失电子 zn 2e zn2 2cl 2e cl2 还原反应 溶液中阳离子得电子或氧气得电子 吸氧腐蚀 2h 2e h2 还原反应 溶液中阳离子得电子 2h 2e h2 原电池 电解池 电镀池判定规律 若无外接电源 可能是原电池 然后依据原电池的形成条件分析判定 若有外接电源 两极插入电解质溶液中 则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则为电镀池 其余情况为电解池 二 原电池的应用 1 电极反应的判断 例题2 1 以铂为电极 在两极上分别通入h2和o2 用koh浓溶液做电解质溶液 组成氢氧碱性燃料电池 电池的负极是pt h2 复合电极 正极是pt o2 写出两个电极的电极反应式和总反应式 负极 正极 总电池反应 2 若将上述燃料电池的电解质溶液改为硫酸溶液 则为氢氧酸性燃料电池 写出两个电极的电极反应式 负极 正极 3 甲烷 氧气及koh电解质溶液也可组成新型燃料电池 用pt作两个电极 写出两个电极的电极反应式和总反应式 负极 正极 总电池反应 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o ch4 10oh 8e co32 7h2o 2o2 4h2o 8e 8oh ch4 2o2 2oh co32 3h2o 小结 原电池的电极为惰性电极时 应考虑通入的气体或空气中的氧气发生的反应 吸氧腐蚀的正极反应 判断电极反应 书写电极反应式时 不能忽视电解质中某些可参加反应的微粒 2 化学电池 新型燃料电池 锌锰干电池 铅蓄电池 锂电池 例题3 锌 锰干电池以zn和石墨为电极 以mno2和nh4cl为原料 在放电时的总反应方程式为 zn 2mno2 2nh4 zn2 mn2o3 2nh3 h2o则在电池放电时 碳棒正极上发生反应的物质是 a mno2和nh4 b zn2 和nh3c znd c a 例题4 锂电池 锂是一种碱金属元素 其相对原子质量为7 的比容量 单位质量电极材料所能转换的电量 特别大而广泛应用于心脏起博器 一般使用时间可长达十年 它的负极用金属锂制成 电池总反应可表示为 li mno2 limno2试回答 电极反应式为 负极 正极 锂电池比容量特别大的原因是 锂电池中电解质溶液需用非水溶剂配制 为什么这种电池不能使用电解质的水溶液 请用化学方程式表示其原因 li e li mno2 e mno2 锂的摩尔质量小 等质量的锂比其它金属失去的电子多 2li 2h2o 2lioh h2 例题5 铅蓄电池的电极材料是pb和pbo2 电解质溶液为30 稀硫酸 放电时电极反应式表示为 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o pb的 2价态稳定 pbso4难溶于水 则电极反应式为 正极 负极 原电池工作过程中 电解液的ph值 填增大 不变或减小 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o pb so42 2e pbso4 增大 3 金属腐蚀 例题6 炒过菜的铁锅未及时洗净 残液中含有nacl 第二天便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑 试回答 1 铁锅的锈蚀应属于 腐蚀的原因 2 铁锅锈蚀的电极反应式为 负极 正极 正 负极反应产物会继续发生反应 反应的离子方程式或化学方程式为 电化学腐蚀 铁锅为铁合金 铁和含有的少量碳及nacl残液构成了原电池 2fe 4e 2fe2 2h2o o2 4e 4oh fe2 2oh fe oh 2 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 fe oh 3 fe2o3 nh2o 小结 金属腐蚀快到慢顺序 电解槽的阳极 原电池负极 直接置于空气 原电池正极 电解槽的阴极 阅同期声例4 金属的防护 a 改变金属的内部结构 b 在金属表面覆盖一层保护膜 c 电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 例题7 00年春季 100ml浓度为2mol l的盐酸跟过量的锌片反应 为加快反应速率 又不影响生成的氢气的总量 可采用的方法是 a 加入适量的6mol l的盐酸b 加入数滴氯化铜溶液c 加入适量蒸馏水d 加入适量的氯化钠溶液 资料 市场上出售的 热敷袋 其主要成分是 铁屑 炭粉 木屑与少量nacl 水等 它在使用之前 需要塑料袋与空气隔绝 使用时开启塑料袋上的小孔 轻轻揉搓就会有热量放出 当使用完后还会发现有铁锈生成 b 三 电解原理的应用 1 判断电极反应和电极产物 例题8 电解液中含有k cl so42 oh 少量 cu2 h 少量 1 用两个石墨棒作电极 电解时 阳极析出 电极反应式是 阴极析出 电极反应式是 2 改用两个铜棒作电极 电解时 阳极变化是 电极反应式是 阴极析出 电极反应式是 cl2 2cl 2e cl2 cu cu2 2e cu 铜棒溶解 cu 2e cu2 cu cu2 2e cu 小结 1 关键是放电顺序 阳极 活性电极 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 阴极 ag hg2 fe3 cu2 h pb2 sn2 fe2 zn2 h al3 mg2 na ca2 k 2 阳极 先看电极类型 后依据阴离子放电顺序 阴极 依据阳离子放电顺序 2 判断电解时ph值的变化 例题9 04广东 ph a某电解质溶液中 插入两支惰性电极通直流电一段时间后 溶液的ph a 则该电解质可能是 a naohb h2so4c agno3d na2so4 a 小结 用惰性电极电解下列溶液时各种变化情况 电解质溶液复原是分析从电解池中损失的物质的组成 应用原子守恒进行修复 3 电解工业 氯碱工业 铜的电解精练 电镀铜 1 铜的电解精练 目的 除去粗铜中的 以符合工业的要求 原理 阳极 溶解 阴极 析铜 精炼铜除去金属杂质的原理 比铜活泼的金属 锌 铁 镍等 先溶解 但在溶液中离子不放电而留在溶液中 不活泼金属 银 金等 不溶解 沉积在阳极附近 形成阳极泥 需定时除去上述杂质 理论上 阳极铜溶解与阴极铜析出的速率大致相同 溶液中cu2 浓度变化不大 长时间电解后 电解质溶液需补充 活泼与不活泼金属杂质 如锌铁镍银金等 电气 粗铜 精铜 cu 2e cu2 cu2 2e cu 例题10 98全国 下列关于铜电极的叙述正确的是 a 铜锌原电池中铜是正极b 用电解法精炼粗铜时铜作阳极c 在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极d 电解稀硫酸制h2 o2时铜作阳极 ac 2 电镀铜 目的 原理 利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金 与电解精炼原理相同 要求 以钢铁镀铜为例 阳极 阴极 电解质溶液 特点 不同于一般电解的特点是 a 极材料参加电极反应 b 电镀液中的浓度变化不大 增加美观 增大表面强度 增强抗腐蚀能力 镀层金属 铜片 镀件 待镀铁制品 含有镀层金属阳离子的电解质配成 硫酸铜溶液 阳 镀层金属阳离子 在电镀工业的废水中常含有剧毒物质 如氰化物 重金属等 绝不允许将电镀废水直接排入自然水域 3 氯碱工业 电解饱和食盐水反应原理阴极 阳极 总反应式 电解池的缺点 2h 2e h2 2cl 2e cl2 cl2 h2混合遇火能发生爆炸 cl2能与氢氧化钠溶液反应 离子交换膜法制烧碱 flash 阳离子交换膜的作用 只允许阳离子 na 通过 而阻止阴离子 cl 和oh 和气体 cl2和h2 通过 既能防止cl2和h2混合引起爆炸 又能避免cl2和naoh作用生成naclo而影响烧碱的质量 饱和食盐水精制 a过滤除去泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 b加入稍过量的溶液以除去 c加入稍过量的溶液以除去 d加入稍过量的溶液以除去 e过滤除去上述产生的沉淀 f通过调节溶液的ph 除去过量的 g这样处理后的盐水仍含有一些ca2 mg2 等金属离子 必须用离子交换树脂除去 粗盐水 泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 bacl2 so42 ca2 mg2 ba2 fe3 na2co3 ca2 ba2 co32 mg2 fe3 naoh co32 oh mg2 fe3 hcl co32 例题11 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 1 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极上的电极反应式为 在x极附近观察到的现象是 y电极上的电极反应式为 检验该电极反应产物的方法是 2 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 2h 2e h2 放出气体 溶液变红 2cl 2e cl2 把湿润碘化钾淀粉试纸放在y极附近 纯铜 粗铜 cu2 2e cu cu 2e cu2 4 关于电解原理的计算 例题12 用铂电极电解cuso4和kno3的混合溶液500ml 经过一段时间后 两极均得到标况下11 2l的气体 则原混合溶液cu2 的物质的量浓度为 a 1 5mol lb 1mol lc 0 5mol ld 0 25mol l b 小结 根据得失电子守恒各电极析出的物质的量有如下关系 1e 1 nrn 1 nr x 1 2x2 h 1 2h2 oh 1 4o2 例题13 99全国 用惰性电极电解m no3 x的水溶液 当阴极上增重ag时 在阳极上同时产生bl氧气 标准状况 从而可知m的原子量为 a 22 4ax bb11 2ax bc 5 6ax bd 2 5ax b c 例题14 00春季 用两支惰性电极插入500毫升agno3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 电极上应析出银的质量是 a 27mgb 54mgc 108mgd 216mg b 小结 有关ph值变化的计算 可根据电荷守恒进行解题 例如 cu2 2h cl oh