高中化学 第四章 电化学基础 第三节 电解池 第2课时 电解原理的应用课件 新人教版选修5.ppt

第2课时电解原理的应用 第四章第三节电解池 学习目标定位 1 熟知电解饱和食盐水 电镀 电解精炼铜 电冶金的原理 会写其电极反应式及化学方程式 2 学会电解的有关计算 新知导学 达标检测 内容索引 新知导学 1 氯碱工业 1 概念 用电解的方法来制取 并以它们为原料生产一系列化工产品的工业 称为氯碱工业 2 原理 通电前 氯化钠溶液中含有的离子是 通电时 移向阳极的离子是 移向阴极的离子是 阳极反应式为2cl 2e cl2 阴极反应式为 因放电 促进了水的电离 使阴极区溶液显性 一 电解原理的应用 饱和氯化钠溶液 氢氧化钠 氢气和氯气 na cl h oh cl oh na h 2h 2e h2 碱 h 电解的总反应式化学方程式为 离子方程式为 3 氯碱工业生产流程 阳离子交换膜电解槽 阳离子交换膜的作用 只允许na 等阳离子通过 不允许cl oh 等阴离子及气体分子通过 可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸 也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量 2 电镀 1 电镀的概念 应用原理在某些金属表面镀上一薄层其他或的方法 电镀可以使金属更加美观耐用 抗腐蚀性能增强 2 某电镀铜实验装置 电镀池 如图所示 电解 金属 合金 请回答下列问题 铜片为金属 与直流电源的相连 作阳极 铁件为金属 与直流电源的相连 作阴极 硫酸铜溶液为 含有镀层金属离子 镀层 正极 待镀 负极 电镀液 阳极反应式为 阴极反应式为 可观察到的现象是铁件表面 铜片 硫酸铜溶液浓度的变化是 3 电镀的特点是阳极参与电极反应 电镀过程中相关离子的浓度 溶液ph等保持不变 cu 2e cu2 cu2 2e cu 镀一层红色的铜 不断溶解 不变 3 电解精炼铜 1 粗铜中往往含有铁 锌 银 金等多种杂质 常用电解的方法进行精炼 电解池的构成是用作阳极 用作阴极 用作电解质溶液 2 阳极反应式为 等 阴极反应式为 3 电解精炼铜的原理 粗铜中比铜活泼的金属等 失去电子形成阳离子而溶解 残留在溶液中 比铜不活泼的金属等 以金属单质的形式沉积在电解槽的底部 形成阳极泥 粗铜中的铜在纯铜上析出 粗铜 纯铜 硫酸铜溶液 cu 2e cu2 zn 2e zn2 fe 2e fe2 cu2 2e cu 锌 铁 银 金 4 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mn ne m 2 电解法用于冶炼较活泼的金属 如钾 钠 镁 铝等 但不能电解其盐溶液 应电解其熔融态 如 电解熔融的氯化钠可制取金属钠 阳极反应式为 阴极反应式为 总反应方程式为2nacl 熔融 2na cl2 金属离子 还原 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 分析电解应用问题的思维模型 1 看电池 所给装置是电解池还是电镀池 分电极 由电源的正极和负极确定 2 析溶液 电解质溶液中含有的离子 判流向 电子的流向 离子移动方向 3 定微粒 确定两极上发生反应的微粒 写反应 电极反应式 总反应方程式 例1化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后 在实验室进行实验验证 他们设计组装了如图所示装置 已知a为石墨电极 b为铁电极 c为铝电极 已除去表面氧化膜 d为多孔石墨电极 烧杯中是足量饱和食盐水 滴有酚酞 连好导线后 电流表指针发生明显偏转 下列判断正确的是a b为负极 d为阳极b 一段时间后 a和d电极附近溶液变红c b电极的电极反应式为2cl 2e cl2 d 电解一段时间 当b中出现大量白色沉淀时 停止实验 再将a中溶液倒入b中混合 充分振荡 沉淀全部消失 答案 解析 解析右侧装置为原电池 左侧装置为电解池 在右侧装置中 通入o2的电极为原电池的正极 其电极反应式为o2 4e 2h2o 4oh 所以一段时间后d电极附近溶液变红 al为原电池的负极 al失去电子生成al3 al3 与溶液中的oh 反应生成白色al oh 3沉淀 电池总反应式为4al 3o2 6h2o 4al oh 3 a与电池的正极相连 故a为电解池的阳极 b与电池的负极相连 故b为电解池的阴极 电解饱和nacl溶液时 cl 在a极放电生成cl2 h 在b极放电生成h2 故一段时间后b电极附近溶液变红 根据得失电子守恒 a中产生的naoh与b中al3 结合的oh 物质的量相等 所以电解一段时间后 将a b混合并充分振荡 al oh 3能被naoh全部溶解 例2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层 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 答案 解析 解析电镀原理是镀层金属作阳极 镀件作阴极 含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液 例3金属镍有广泛的用途 粗镍中含有少量铁 锌 铜 铂等杂质 可用电解法制备高纯度的镍 下列叙述正确的是 已知 氧化性fe2 ni2 cu2 a 阳极发生还原反应 其电极反应式 ni2 2e nib 电解过程中 阳极质量的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有铜和铂 没有锌 铁 镍 答案 解析 解析电解精炼镍时 粗镍作阳极 纯镍作阴极 电解质溶液中含有ni2 则阳极发生氧化反应 电极反应式为zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 阴极电极反应式为ni2 2e ni 因此 电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量 电解后 溶液中存在的金属阳离子有fe2 ni2 zn2 电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂 没有锌 铁 镍 1 计算的原则 1 阳极失去的电子数阴极得到的电子数 2 串联电路中通过各电解池的电子总数 3 电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数 二 电解的有关计算 等于 相等 相等 2 计算的方法 1 得失电子守恒法计算 用于串联电路 通过阴阳两极的电量相同等类型的计算 其依据是电路上转移的电子数相等 2 总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列比例式计算 3 关系式计算 借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 3 计算的步骤 1 正确书写电极反应式 要注意阳极材料 2 当溶液中有多种离子共存时 要确定放电离子的先后顺序 3 最后根据得失电子守恒进行相关的计算 例4如图所示的a b两个电解池中的电极均为铂 在a池中加入0 05mol l 1的氯化铜溶液 b池中加入0 1mol l 1的硝酸银溶液 进行电解 a b c d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是a 2 2 4 1b 1 1 2 1c 2 1 1 1d 2 1 2 1 答案 解析 解析由电解规律可知 a c为阴极 b d为阳极 a极上析出铜 b极上析出氯气 c极上析出银 d极上析出氧气 由电子守恒可得出 2e cu cl2 2ag o2 所以a b c d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2 2 4 1 方法点拨 以通过4mole 为桥梁可构建如下关系式 阳极产物 阴极产物 式中m为金属 n为其离子的化合价数值 例5在100ml硫酸和硫酸铜的混合液中 用石墨作电极进行电解 两极上均收集到2 24l气体 标准状况 则原混合液中 cu2 的物质的量浓度为a 1mol l 1b 2mol l 1c 3mol l 1d 4mol l 1 答案 解析 解析分析电解硫酸 硫酸铜混合液的阴 阳两极的电极反应可知 两极产生的气体分别为氢气 氧气各0 1mol 氧气是由氢氧根离子失去0 4mol电子而得到 氢气是由氢离子得到0 2mol电子而生成 由电子得失守恒知 还有0 2mol电子是铜离子得到的 则铜离子的物质的量是0 1mol 其物质的量浓度为 1mol l 1 学习小结 达标检测 1 工业上电解食盐水的阴极区产物是a 氯气b 氢气和氯气c 氢气和氢氧化钠d 氯气和氢氧化钠 1 2 3 4 5 解析电解食盐水生成三种产物 在阴极区生成氢气和氢氧化钠 在阳极区生成氯气 答案 解析 2 关于镀铜和电解精炼铜 下列说法中正确的是a 都用粗铜作阳极 纯铜作阴极b 电解液的成分都保持不变c 阳极反应都只有cu 2e cu2 d 阴极反应都只有cu2 2e cu 解析a项 电镀时镀件作阴极 b项 电解精炼铜时电解液成分改变 电解精炼铜时 杂质若有比铜活泼的金属 如锌 则还会发生zn 2e zn2 的反应 答案 解析 1 2 3 4 5 答案 1 2 3 4 5 3 下列描述中 不符合生产实际的是a 电解熔融的氧化铝制取金属铝 用铁作阳极b 电解法精炼粗铜 用纯铜作阴极c 电解饱和食盐水制烧碱 用涂镍碳钢网作阴极d 在镀件上电镀锌 用锌作阳极 解析 解析电解池的阳极发生失电子的氧化反应 阴极发生得电子的还原反应 电解熔融的al2o3制al时 若用fe作阳极 会发生反应fe 2e fe2 fe2 移动到阴极上发生反应fe2 2e fe 使得到的al不纯 4 用惰性电极电解硫酸铜溶液 若阳极上产生气体的物质的量为0 01mol 阴极无气体逸出 则阴极上析出铜的质量为a 0 64gb 1 28gc 2 56gd 5 12g 答案 解析 1 2 3 4 5 解析用惰性电极电解硫酸铜溶液 在阳极产生的气体为氧气 由4oh 4e 2h2o o2 知 产生0 01mol的氧气转移0 04mol电子 则根据cu2 2e cu可推出应析出0 02mol的铜 其质量为1 28g 1 2 3 4 5 5 某同学设计一个燃料电池 如下图所示 目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理 其中乙装置中x为阳离子交换膜 根据要求回答相关问题 1 通入氢气的电极为 填 正极 或 负极 该电极反应式为 负极 h2 2e 2oh 2h2o 答案 解析 1 2 3 4 5 解析通入氢气的电极为负极 电解质溶液是碱性的 该电极反应式为h2 2e 2oh 2h2o 1 2 3 4 5 2 石墨电极为 填 阳极 或 阴极 反应一段时间后 在乙装置中滴入酚酞溶液 填 铁极 或 石墨极 区的溶液先变红 阳极 铁极 答案 解析 解析石墨电极与电源的正极连接 石墨电极为阳极