化学必修2：电化学2-电解池.docx

温州龙文教育化学科导学案（第 次课）教师: 许文锋 学生: 年级: 日期: 星期: 时段: 课 题电化学基础2教学目标1理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法2了解氯碱工业，电镀，冶金的原理3掌握电解电极方程式的书写。教学重点解原理及应用教学难点理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法教学方法讲与练学习内容与过程第三节电解池一、 电解原理1首先我们来比较金属导电和电解质导电的区别。金属电解质导电粒子电子离子导电状态单质溶液或熔融温度影响升高降低升高提高导电实质电子定向移动离子定向移动2电解质导电的实质是什么呢？实验：现象 极有气泡，检验为氯气；另一极有红色的物质析出，分析为铜。（1）要分析此现象我们得研究此装置，首先看电极。1电极阳极与电源正极相连阴极与电源负极相连隋性电极只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au)活性电极既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)2通电前和通电时分别发生了怎样的过程？通电前：CuCl2=Cu2+2Cl- H2O H+OH-通电中：阳离子（Cu2+,H+）向阴极移动被还原；阴离子（Cl-,OH-）向阳极移动被氧化即在电极上分别发生了氧化还原反应，称电极反应。3电极反应( 阳氧阴还 )阳极：2Cl- -2e-=Cl2 (氧化)阴极：Cu2+2e-=Cu(还原)总电极方程式：_放电：阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。4电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。所以电解质导电的实质便是电解电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。问：构成电解池的条件是什么？电源、电极、电解质构成闭和回路。思考：电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+ ？4离子的放电顺序阴极：（阳离子在阴极上的放电顺序(得e-)）Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(指酸电离的)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 阳极(1)是惰性电极时：阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子)F-(SO32-/MnO4-OH-)(2) 是活性电极时：电极本身溶解放电问：放电能力弱于H+和OH的物质在水溶液中放电吗？ 否，但亚铁离子浓度远大于氢离子浓度时,亚铁离子放电。问：电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？可以加食盐吗？5电解规律：（1）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型。问：1.初中电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性，影响水的电解吗？2.电解硫酸和氢氧化钠时为何H2和O2之比大于2？ 氧气溶解度大于氢气3.又为何硫酸一定大于2，而氢氧化钠可能等于2？ 硫酸根可能放电。（2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属，放氧生酸型。问：电解硫酸铜方程式。加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液：氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。（3）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型。（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属，放氢生碱型。6电解中电极附近溶液pH值的变化。（1）电极区域 A阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。 B阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。（2）电解质溶液中 A电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。 B电解过程中, 无H2和O2产生, pH几乎不变。但象CuCl2变大C电解过程中,只产生H2, pH变大。D电解过程中,只产生O2, pH变小。变式：如果把阳极换成铜棒，阳极发生的反应就是铜自身溶解，如果电解质是硫酸，阴极析出的是什么？也是铜，这就是我们的铜的电解精炼法。二、电解的四种类型（惰性电极）：三、电解原理的应用1铜的电解精炼阳极：粗铜棒 阴极：精铜棒 电解质：含铜电解质问：精炼中硫酸铜的浓度怎样？ 基本不变，但变小。变式：若把阴极精铜棒换成铁棒，电解过程变吗？ 不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。2电镀铜阳极：镀层金属 阴极：待镀金属（镀件） 电镀液：含镀层金属的电解质。3电解饱和食盐水氯碱工业1 反应原理 阳极： 2Cl- - 2e-= Cl2 阴极： 2H+ + 2e-= H2总反应：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 设备 （阳离子交换膜电解槽）组成：阳极Ti、阴极Fe阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。制烧碱生产过程 （离子交换膜法） 食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等）加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液过滤加入盐酸加入离子交换剂(NaR) 电解生产主要过程（见图20-1）：NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H+ 放电，破坏了水的电离平衡，使OH-浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。问：1、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？2、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？3、从Cl- Cl2一定需要加氧化剂吗？4、阴极产物和阳极产物能接触吗？5、饱和食盐水为何需要精制？如何精制？精制：步骤一、1）先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3 2）过滤 3）加盐酸调节pH为7 步骤二、送入阳离子交换塔除去Ca2+、Mg2+等。 4电冶金电解熔融氯化钠：2NaCl(熔融) 电解 2Na+Cl2适用范围：活泼金属KAl第四节 金属的电化学腐蚀与防护一、 金属腐蚀的本质: M xe- = Mx+二、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别化学腐蚀 电化学腐蚀共同点: M xe- = Mx+ M xe- = Mx+不同点: (1)金属与氧化剂直接得失电子 利用原电池原理得失电子(2)反应中不伴随电流的产生 反应中伴随电流的产生(3)金属被氧化 活泼金属被氧化三、电化学腐蚀 (以钢铁为例)（一）析氢腐蚀在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是：负极（铁）：铁被氧化Fe-2e=Fe2+；正极（碳）：溶液中的H+被还原2H+2e=H2这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。析氢腐蚀定义：金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。总结：析氢腐蚀(酸性较强的溶液)1.负极: Fe 2e- = Fe2+2.正极: 2H+ + 2e- = H2 3.总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 （二）吸氧腐蚀吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀 例：钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下： 负极（Fe）：2Fe - 4e = 2Fe2+ 正极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH- 1、钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀吸氧腐蚀的原理（1）以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧还原腐蚀或吸氧腐蚀。（2）吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。随着腐蚀的进行，氧不断消耗，只有来自空气中的氧进行补充。2、因此，氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，这一过程包括一系列步骤。 （1） 氧穿过空气溶液界面进入溶液； （2） 在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近； （3） 在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面； （4） 在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。 总结：吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液)1.负极: 2Fe 4e- = 2Fe2+2.正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-3.总式：2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)24.离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3（三）析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较比较项目析氢腐蚀吸氧腐蚀去极化剂性质带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大中性氧分子，只能靠扩散和对流传输去极化剂浓度浓度大，酸性溶液中H+放电中性或碱性溶液中H2O作去极化剂 浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小四、 金属的防护1影响金属腐蚀快慢的因素： 本性：（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）2金属的防护（1）改变金属的内部结构（钢不锈钢，在钢中加入镍和铬）（2）覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）（3）电化学保护： 外加电流阴极保护法 牺牲阳极阴极保护法第四节：原电池和电解池和电镀池1原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。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叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。电源；电极（惰性或非惰性）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）正极：2H+2e-=H2（还原反应）阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反应）电子流向负极正极电源负极阴极；阳极电源正极电流方向正极负极电源正极阳极；阴极电源负极能量转化化学能电能电能化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）；精炼（精铜）。2原电池、电解池和电镀池的比较练习一、选择题1. 在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是 （ ）A原电池正极和电解池阳极所发生的反应 B原电池正极和电解池阴极所发生的C原电池负极和电解池阳极所发生的反应 D原电池负极和电解池阴极所发生的反应2、关于原电池和电解池的叙述正确的是 （ ）A原电池失去电子的电极称为阴极 B电解池的阳极、原电池的负极都发生氧化反应C原电池的两极，一定要由活动性不同的两种金属组成 D电解时电解池的阳极一定是阴离子放电3用石墨作电极，电解1 molL1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是 ( )AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl4在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是 ( )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锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是。 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：( ) A电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，H2是负极6银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 ( )AAg BZn(OH)2 CAg2O Zn7用惰性电极电解M(NO3)的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是 ( )A. B. C. D. 8100 mL浓度为2 molL1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6 molL1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9下列关于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.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快10用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH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.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg11. 氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是： 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 （ ） （A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 （B）电池放电时，镍元素被氧化 （C）电池充电时，氢元素被还原 12.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，合这一情况的是 ( )a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2二、填空题13.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极附近观察到的实验现象是 。Y电极上的电极反应式为