2021年高中化学第04章电化学基础专题4.3.2电解原理的应用课件新人教版选修4

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础4-3-2 4-3-2 电解池（第二课时）电解池（第二课时）电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理思考思考:（1）电解池的两极各产生什么现）电解池的两极各产生什么现象象?若在两极附近均滴加酚酞试液，若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象会有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生）怎样初步检验两极产物的生成成?（3）结合教材，分析产生这种现）结合教材，分析产生这种现象的原因。象的原因。 在在U型管里装入饱和型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源阴极。接通直流电源实验装置实验装置1.电解食

2、盐水电解食盐水现象：现象：阳极：有气泡产生，使阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉湿润的淀粉KI溶液溶液变蓝变蓝阴极：有气泡产生，滴阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红加酚酞溶液变红阳极：阳极：2Cl-2e- =Cl2阴极：阴极：2H+2e- =H2总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2(条件条件:通电通电)实验装置实验装置（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离离子和气体不能通过子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳，把电解槽隔成阴极室和

3、阳极室。极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、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、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧，而影响氢氧化钠的产量。化钠的产量。氯碱工业氯碱工业:+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐淡盐水水NaOH溶溶液液精制饱精制饱和和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换离子交换膜膜 阳阳 极极金属金属钛网钛网阴阴 极极碳钢碳钢网网阳阳极极室室阴阴极极室室粗盐的成份：粗盐的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与碱杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离

4、子交换膜性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐粗盐水水 含少含少量量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水)SO(BaCl242除过量)(除泥沙及沉淀过滤)Ba.Ca(CONa2232除过量)CO(23除适量盐酸)Mg.Ca(22除阳离子交换塔)Fe.Mg(NaOH32除过量2.2.铜的电解精炼铜的电解精炼 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、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

5、低电线的导电能力。因此必须利用电解的用以制电线，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。方法精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)纯纯铜铜粗粗铜铜阳阳极：极： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e-Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- Cu阳极阳极泥泥问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSO4溶溶液液3. 3. 电镀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电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其

6、他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。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电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁。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。常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 或惰性电极或惰性电极 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品

7、 电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al4.冶炼铝冶炼铝通电通电总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理:助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用炼铝而不用AlCl3?冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C

8、电解电解质质烟罩烟罩熔熔融融态态铝铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解池电解精炼池电解精炼池电镀池电镀池定义定义形成形成条件条件电极电极名称名称电极电极反应反应将电能转变成将电能转变成化学能的装置。化学能的装置。应用电解原理在某应用电解原理在某些金属表面镀上一些金属表面镀上一层其它金属的装置。层其它金属的装置。两电极接直流电源两电极接直流电源电极插人电解质溶电极插人电解质溶液液形成闭合回路形成闭合回路镀层金属接电源正镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极待镀金属接电源负极极电镀液须含有镀层电镀液须含有镀层金

9、属的离子金属的离子阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阳极：镀层金属；阴极：镀件阴极：镀件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用电解原理将不应用电解原理将不纯的金属提纯的装纯的金属提纯的装置。置。不纯金属接电源正不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极纯的金属接电源负极极电解质溶液须待提电解质溶液须待提纯金属的离子纯金属的离子阳极：不纯金属；阳极：不纯金属；阴极：纯金属阴极：纯金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应1. a 、b哪一极为正极？哪一极

10、为正极？2. 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌， a极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？3. 若要给铁叉镀金，若要给铁叉镀金， a极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？思考思考:e-金属性强弱的判断金属性强弱的判断 已知已知M+N2+=M2+N Pt极电解相同浓度极电解相同浓度P和和M的的硫酸盐，阴极先析出硫酸盐，阴极先析出M N与与E有导线相连放入有导线相连放入E的硫的硫酸盐溶液酸盐溶液,电极反应：电极反应：E2+2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金，则四种金属活泼性由强到弱为属活泼性由强到弱为 答案：答案：PMNE工业上采用工业上采用Fe

11、、C为电极电解为电极电解K2MnO4溶液制溶液制KMnO41.电解时电解时,应以应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会将会 , 2.阳极反应式为阳极反应式为 , 3.总电解反应式为总电解反应式为 . 2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2答案答案:Fe 增大增大 MnO42_e e- - =MnO4 电解计算电解计算电子守恒法电子守恒法例一例一 ： 铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合溶液混合溶液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)气体气体.求电求电解后溶液的解后溶液的pH,并确定析出铜

12、的物质的量并确定析出铜的物质的量.解析：阳极解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗消耗4OH- 2mol,即产生即产生H+ 2mol. 阴极生成阴极生成2,消耗消耗H+ 1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故还有故还有1mole- 用于还用于还原原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol. O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：关系式：例二例二 ：

13、用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H2SO4与与CuSO4的混合液，的混合液，通电一段时间后，两极均收集到（标况）气体，则原混通电一段时间后，两极均收集到（标况）气体，则原混合液中合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（ ） A阳极O2为，电子为则H2为，所以Cu为，浓度为A 例三例三 ： 某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量，式量为为242，将该晶体溶于水配成，将该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进溶液，用惰性电极进行电解。当有行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重。

14、求：析出，此时阴极增重。求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及 x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为（溶液体积仍为100mL）。）。 Mx+ + xe- = M所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3产生H+为，pH=11.1.右图中右图中x x、y y分别是直流电分别是直流电源的两极源的两极, ,通电后发现通电后发现a a极板极板质量增加质量增加,b,b极板处有无色无极板处有无色无臭气体放出臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 学以致用 2. 根据金属活动顺序表，根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：不能发生如下反应： Cu + 2H2O=Cu(

15、OH)2+ H2。但选择恰当电极材料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种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是ABCD阳极阳极石墨石墨CuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FePt电解液电解液CuSO4溶溶液液Na2SO4溶溶液液H2SO4溶溶液液H2OB学以致用 3.德国人哈伯发明了合成德国人哈伯发明了合成氨技术而获得氨技术而获得1918年诺贝尔化学年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。剂，否则难以自发进行。20

16、00年年希腊化学家斯佳在希腊化学家斯佳在科学科学杂志杂志上公布了他的新发明在常压下把上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到氢气与氮气通入一加热到570的的电解池（如图）氢氮在电极上合电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到五倍，达到80%. 该电解池采用了能传导某种离子（该电解池采用了能传导某种离子（ H+、 Li+、F-、 O2- ）的固体）的固体复合氧化物为电解质（简称复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在），吸附在SCY内外侧表面的金属内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反

17、应式和电解池总反应式。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。固体复合氧化物固体复合氧化物学以致用答案：答案：阳极：阳极：3H26H+6e阴极：阴极：N2+6H+6e2NH3通电通电电解反应电解反应 ：N2+3H2 2NH31、池型的判断、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。 小结：一、原电池与电解池的比较及判断：小结：一、原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断

18、、电解池放电顺序的判断阳极放电：阳极放电： 1）惰性电极：）惰性电极：则溶液中阴离子放电。则溶液中阴离子放电。 2）非）非惰性电极惰性电极：电极材料首先失电子。：电极材料首先失电子。阴极放电：阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。电极材料受保护，溶液中阳离子放电。2、电极的判断、电极的判断原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。4、判断溶液的、判断溶液的pH变化：变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。（1 1）如果只产生氢气而没有氧气，只）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；变大； （2 2）如果只产生

19、氧气而没有氢气，只）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；变小；（3 3）如果既产生氢气又产生氧气）如果既产生氢气又产生氧气 若原溶液呈酸性则若原溶液呈酸性则pH减小；减小；若原溶液呈碱性若原溶液呈碱性pH增大；增大；若原溶液呈中性若原溶液呈中性pH不变。不变。3 3. .右图中右图中x x、y y分别是直流电分别是直流电源的两极源的两极, ,通电后发现通电后发现a a极板极板质量增加质量增加,b,b极板处有无色无极板处有无色无臭气体放出臭气体放出, ,符合这一情况符合这一情况的的A 学以致用电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品 小结：二、电解池的应用小结：

20、二、电解池的应用-电镀及氯碱工业电镀及氯碱工业待镀制待镀制品品铜片铜片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电解质溶液：溶液中电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。的浓度保持不变。1、电镀电镀氯碱工业原理氯碱工业原理氯碱工业（离子膜法）氯碱工业（离子膜法）+精制饱和精制饱和NaCl淡盐水淡盐水Cl2H2NaOH溶液溶液H2O含少量含少量NaOHClCl2H+OHNa+Na+交换膜交换膜 举例：举例：1、a 极变细，极变细，b 极变粗：极变粗：2、a 极变细，极变细，b 极有气泡：极有气泡：3、a 极变粗，极变粗， b 极有气泡：极

21、有气泡：4、a 极有气泡极有气泡, b 极有气泡，且气体体积比极有气泡，且气体体积比为为2 ：15、a 极有气泡极有气泡, b 极有气泡极有气泡;阴极加酚酞变红阴极加酚酞变红学以致用4、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验 数天后数天后数天后数天后图一图一图二图二（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：（2）图一说明原溶液呈）图一说明原溶液呈 性，铁钉发生性，铁钉发生 腐蚀，腐蚀，电极反应为：电极反应为： （3）图二说明原溶液呈）图二说明原溶液呈 性，铁钉发生性，铁钉发生 腐蚀，腐蚀，电极反应为电极反应为： 发生了原电池 反应中性或弱碱吸氧负极：Fe -2

22、e = FeFe -2e = Fe2+2+ ； 正极：2H2H2 2O +OO +O2 2 +2e+2e=4OH=4OH- -负极：Fe -2e = FeFe -2e = Fe2+2+ ；正极：2H2H+ + +2e = H+2e = H2 2较强酸性析氢学以致用小结：三、电解池及原电池的应用小结：三、电解池及原电池的应用-金属的防护金属的防护1）金属腐蚀快慢的判断）金属腐蚀快慢的判断2）金属的防护方法）金属的防护方法外加电源的阴极保护法外加电源的阴极保护法牺牲负极的正极保护法牺牲负极的正极保护法5.下列装置暴露空气中一段时间下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢铁的腐蚀由快到慢 顺序顺

23、序 .FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水海水)B(海水海水)C(海水海水)D(海水海水)FeSnF(天然水天然水)E(海水海水)D E F A C B学以致用6 6、汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一、汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H H2 2SOSO4 4作电解液。总作电解液。总反应式为：反应式为：Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O（1 1）试写出放电时的正、负极反应式）试写出放电时的正、

24、负极反应式正极正极:_:_负极负极:_:_（2 2）试写出充电时的阳、阴极反应式）试写出充电时的阳、阴极反应式阳极阳极:_:_阴极阴极:_:_PbOPbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42- 2- +2e+2e- - =PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O OPb+Pb+ SOSO4 42-2-2e2e- - =PbSO=PbSO4 4PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O-2eO-2e- - =PbO=PbO2 2 + + 4H4H+ +SO+SO4 42- 2- PbSOPbSO4 4 +2e+2e- - =Pb + SO=Pb + SO4 42-2-学以致用小结：四、

25、原电池电解池的应用小结：四、原电池电解池的应用-可充电电池可充电电池阴极：阴极：正极：正极：还原反应极还原反应极得电子极得电子极电子流入极电子流入极放电：原电池放电：原电池充电：电解池充电：电解池 负极：负极：阳极：阳极：氧化反应极氧化反应极电子流出极电子流出极失电子极失电子极氧化反应极氧化反应极失电子极失电子极电子流出极电子流出极还原反应极还原反应极得电子极得电子极电子流入极电子流入极 此电池放电时，负极发生反应的物质为此电池放电时，负极发生反应的物质为AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn充电充电放电放电2Ag + Zn(OH)2Ag2O + Zn + H2O7银锌电池广泛用于电子仪

26、器的电源，它的充电和放银锌电池广泛用于电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：电过程可表示为：D 学以致用1 1如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有关叙述正，对该装置的有关叙述正确的是确的是 A A、P P是电源的正极是电源的正极B B、F F极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH- - - 4e- 4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2C C、电解时，甲、乙、丙三池中，除、电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，其余电极均参两极外，其余电极均参加了反应加了反应D D、通电后，甲池的、通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变 B 巩固练习2 2如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为AgAg2 2O O和和ZnZn电解质溶液是电解质溶液是KOHKOH溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：Zn +AgZn +Ag2 2O= O= ZnO+2AgZnO+2Ag根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是 A A、锌为负极，、锌为负极，AgAg2 2O O为为 正极；