高中化学集合实用精华课件选修4第三节 电解池.ppt

1 第三节电解池 2 思考回忆 1 电解质是指在 能够导电的化合物 2 电离是指电解质在 或 状态下离解成 的过程 3 原电池是 的装置 4 写出下列物质的电离方程式cucl2h2onahso4ch3coonh4 水溶液或熔融状态下 水溶液 熔融 自由移动离子 把化学能转化为电能 3 一 电解原理 演示试验 实验微观解释 结论 电解质通电前在水溶液中自由移动的阴 阳离子作 运动 在外电源的作用下 直流电 改作 移动而导电 在导电的同时 在阳 阴两极发生氧化 还原反应 即被电解 电离是 的前提 自由 定向 电解 4 直流电源 电极 电解质 电极反应 阴极 阳极 总反应 cu2 cl cu2 2e cu 2cl 2e cl2 cu2 2cl cucl2 还原反应 氧化反应 被还原 得e 失e 被氧化 放出cl2 析出cu 电解氯化铜原理 cucl2 cu2 2cl 阴极 阳极 cu cl2 cu cl2 氧化还原反应 5 1 电解原理 在外加直流电源的作用下 电解质的阴阳离子在阴阳两极发生氧化还原反应的过程 叫电解 电流是发生氧化 还原反应的根源 动力 阴阳离子在做定向运动导电的同时 也就在两极发生了氧化还原反应 生成了新物质 而金属导电是由自由电子的定向运动形成 无反应发生 无新物质生成 两者有本质区别 6 定义 把电能转化为化学能的装置 组成 两个电极 电解质溶液 直流电源 电极 阳极 与外电源正极相连的电极 出电子 氧化反应 阴极 与外电源负极相连的电极 进电子 还原反应 惰性电极 c pt au等 不论做阴极 阳极 本身都不反应 活泼电极 fe cu ag等 做阴极本身不反应 做阳极 本身被氧化溶解 电解池 电极材料 2 7 3 构成电解池的条件 直流电源 与电源负极相连的电极为阴极 与电源正极相连的电极为阳极 电极 电解质溶液或熔融电解质 形成闭合的回路 8 4 电解池电极反应规律 阳氧阴还 1 阴极 得电子 还原反应 电极本身不参加反应 一定是电解质溶液中阳离子 争 得电子 2 阳极 失电子 氧化反应 若为金属 非惰性 电极 电极失电子 若为惰性电极 电解质溶液中阴离子 争 失电子 9 重点 要判断电极反应的产物 必须掌握离子的放电顺序 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电 10 离子放电顺序 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电 活性材料作电极时 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液 阴离子不容易在电极上放电 用惰性电极 pt au 石墨 钛等 时 溶液中阴离子的放电顺序 由易到难 是 s2 i br cl oh no3 so42 f ag fe3 cu2 h pb2 sn2 fe2 zn2 h al3 mg2 na ca k 注 当离子浓度相差较大时 放电顺序要发生变化 浓度大时按h 浓度小时按 h 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应 发生反应的是溶液中的阳离子 阳离子在阴极上放电顺序是 阳极 阴极 11 想一想 若以铜为阳极 铁为阴极 电解氯化铜溶液 情况又如何 12 分析电解反应的一般思路 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极氧化 阴极还原分析得出产物 阴阳两极附近有哪些离子 13 5 电极反应式 电解方程式的书写 例 写出用石墨做电极电解cuso4溶液的电极反应式及总的电解方程式 方法 阴极 阳极 最后使得失数相等 两极反应相加得总方程式 阴极 阳极 4oh 4e o2 2h2o 2cu2 4e 2cu oh so42 h cu2 h2oh oh cuso4 cu2 so42 首先分析 比较出阴阳极的放电离子 然后写电极反应式 2cu o2 4h 或2cuso4 2h2o 电解化学方程式 2cu o2 2h2so4 2cu2 2h2o 电解离子方程式 14 练习 完成下列溶液的电极反应 以石墨为电极电解 硫酸溶液 盐酸 naoh溶液 cubr2溶液 kcl溶液 cuso4溶液 na2so4溶液 15 阳极 4oh 4e 2h2o o2 阴极 4h 4e 2h2 总反应 2h2o2h2 o2 16 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 17 阳极 cu 2e cu2 阴极 cu2 2e cu 18 阳极 4oh 4e 2h2o o2 阴极 2cu2 4e 2cu 总反应 2cuso4 2h2o 2cu 2h2so4 o2 19 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 放氢生碱型如nacl 与 区 放氧生酸型如cuso4 agno3 与 区 电解水型如na2so4 h2so4 naoh 阴极 ag fe3 cu2 h fe2 zn2 h al3 mg2 na 20 电解质溶液用惰性电极电解的示例 含氧酸 h2so4 强碱 naoh 活泼金属的含氧酸盐 na2so4 无氧酸 hcl 阳极 4oh 4e o2 2h2o阴极 4h 4e 2h2 减小 增大 不变 h2o 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 增大 hcl 不活泼金属的无氧酸盐 cucl2 阳极 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 减少 cucl2 活泼金属的无氧酸盐 nacl 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 增大 hcl 不活泼金属的含氧酸盐 cuso4 阳极 4oh 4e o2 2h2o阴极 2cu2 4e 2cu 减小 cuo 21 1 判断a b c d属于原电池的是 属于电解池的是 并写出下列装置的电极反应式 练习 d abc 22 2 如上图所示 通电后a极上析出ag 对该装置的有关叙述正确的是a p是电源的正极b f极上发生的反应为 4oh 4e 2h2o o2 c 电解时 甲 乙 丙三池中 除e f两极外 其余电极均参加了反应d 通电后 甲池的ph减小 而乙 丙两池溶液的ph不变 b 23 3 用铂电极电解下表中各组物质的水溶液 电解一段时间以后 甲 乙两池中溶液的ph值均减小 而在 和 两极 电极产物的物质的量之比为1 2的是甲乙abcd甲kohh2so4na2so4cuso4乙cuso4agno3hclhno3 甲 乙 d 24 4 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 25 发生氧化还原反应 从而形成电流 电流通过引起氧化还原反应 两个电极 电解质溶液或熔融态电解质 形成闭合回路 自发发生氧化还原反应 电源 电极 惰性或非惰性 电解质 水溶液或熔融态 由电极本身决定正极 流入电子负极 流出电子 由外电源决定阳极 连电源正极阴极 连电源负极 外电路 负极 正极 电源负极 阴极 阳极 电源正极 外电路 正极 负极 电源正极 阳极 阴极 电源负极 负极 zn 2e zn2 氧化反应 正极 2h 2e h2 还原原应 阳极 2ci 2e ci2 氧化反应 阴极 cu2 2e cu 还原反应 化学能 电能 电能 化学能 设计电池 金属防护 氯碱工业 电镀 电冶 金属精炼 铜锌原电池 电解氯化铜 26 二 电解原理的应用 1 电解食盐水 思考 1 通电前 饱和食盐水中存在哪些离子 这些离子的运动情况怎样 2 在电解装置中可否选用铜作阴 阳极的电极材料 为什么 3 通电后 溶液中的离子运动发生了什么变化 4 通电后 溶液中的在阴 阳放电的是什么离子 5 电解后 在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么 怎样初步检验两极产物的生成 阳极 湿润的淀粉 ki试纸阴极 酚酞试液 27 现象 阳极 有气泡产生 使湿润的淀粉 ki试纸变蓝阴极 有气泡产生 滴加酚酞溶液变红 实验装置 电解饱和食盐水可以制造烧碱 氯气和氢气 28 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 氯碱工业 离子交换膜法制烧碱 29 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 30 粗盐的成份 泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 杂质 会与碱性物质反应产生沉淀 损坏离子交换膜 精制食盐水 杂质的除去过程 粗盐水 含少量ca2 mg2 精制盐水 31 2 铜的电解精炼 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质 如锌 铁 镍 银 金等 这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求 如果用以制电线 就会大大降低电线的导电能力 因此必须利用电解的方法精炼粗铜 粗铜含杂质 znfeniagau等 纯铜 粗铜 阳极 zn zn2 2e fe fe2 2e ni ni2 2e cu cu2 2e znfenicuagau 阴极 cu2 2e cu 阳极泥 问 电解完后 cuso4溶液的浓度有何变化 cuso4溶液 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 32 3 电镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 它是电解原理的又一重要应用 电镀可以使金属更加美观耐用 增强防锈抗腐能力 例如 钢铁是人们最常用的金属 但钢铁有个致命的缺点 就是它们易被腐蚀 防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属 如锌 铜 铬 镍等 电镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 电极 阳极 镀层金属或惰性电极阴极 待镀金属制品 电镀液 含有镀层金属离子的电解质溶液 溶液中cuso4的浓度保持不变或变小 33 4 电冶金 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 34 电解熔融氯化钠制钠 35 阳极 6o2 12e 3o2 阴极 4al3 12e 4al 冶炼铝 原理 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 36 冶炼铝设备图 烟罩 37 思考交流 试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同 提示 比较电解质 电解装置 电极反应 电解产物 小结 与电源正极相连 阳极 阴极 与电源负极相连 发生氧化反应 阳离子移向 阴离子移向 发生还原反应 1 电源 电极 电极反应关系 2 电解原理的应用 氯碱工业 电镀 电冶金 38 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 39 练习 分析下图 哪个是原电池 哪个是电解池 40 1 下列说法或实验现象的描述不正确的是 a 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中 铜片表面出现气泡b 把铜片插入氯化铁溶液中 在铜片表面出现一层铁c 把锌粒放入盛有盐酸的试管中 加入几滴氯化铜溶液 气泡放出速度加快d 与电源负极相连的是电解槽的阴极2 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3 用石墨作电极 电解1mol l下列物质的溶液 溶液的ph值保持不变的是 a hclb naohc na2so4d nacl4 下列关于铜电极的叙述 不正确的是 a 铜锌原电池中铜是正极b 用电解法精炼粗铜时 粗铜作阳极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 b b c d 41 1 a b哪一极为正极 2 若要给铁叉镀锌 a极选用什么材料 选择何种溶液 思考 e 42 金属性强弱的判断已知 m n2 m2 n pt极电解相同浓度p和m的硫酸盐 阴极先析出m n与e有导线相连放入e的硫酸盐溶液 电极反应 e2 2e e n 2e n2 则四种金属活泼性由强到弱为 答案 p m n e 43 工业上采用fe c为电极电解k2mno4溶液制kmno41 电解时 应以作阴极 电解过程中阴极附近溶液ph将会 2 阳极反应式为 3 总电解反应式为 2k2mno4 2h2o 2kmno4 2koh h2 答案 fe增大mno42 e mno4 44 电解计算 电子守恒法例一 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 cu 2h 2e h2 阳极转移电子的物质的量为 0 5 4 2mol 消耗4oh 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 5 2 1mol 故还有1mole 用于还原cu2 可析出铜为0 5mol 45 o2 2cu 4ag 4h 2h2 2cl2 4oh 计算关系式 例二 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 46 例三 某硝酸盐晶体化学式为m no3 x nh2o 式量为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 64 n 3 产生h 为0 01mol ph 1 47 1 右图中x y分别是直流电源的两极 通电后发现a极板质量增加 b极板处有无色无臭气体放出 符合这一情况的 a 练习 48 2 根据金属活动顺序表 cu不能发生如下反应 cu 2h2o cu oh 2 h2 但选择恰当电极材料和电解液进行电解 这个反应就能变为现实 下列四种电极材料和电解液中 能实现该反应最为恰当的是 b 49 3 2005江苏14 高铁电池是一种新型可充电电池 与普通高能电池相比 该电池长时间保持稳定的放电电压