高二化学《电能转化为化学能----电解》PPT课件

1、第第2节节 电能转化为化学能电能转化为化学能-电解电解一、电解原理一、电解原理联想联想.质疑质疑 金属钠与氯气在常温下就可以发生氧化还原反应生成氯化钠同时放出大量的热： 若以氯化钠为原料制备金属钠则需要外界提供能量，在生产实践中，人们是如何通过提供电能使氯化钠分解制得金属钠的？ 电能与化学能之间的相互转化是具有重要的使用价值的，如化工生产，金属冶炼，实验室研究等 请看图片Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)H(298K)=-822.3KJ.mol-1电解法冶炼活泼金属电解法冶炼活泼金属铝土矿铝土矿食盐晶体食盐晶体氯碱工业2NaCl+2H2O = 2NaOH +H2 + Cl2 阴阴 极极

2、 阳极阳极电解 家用次氯酸钠消毒液发生器原理家用次氯酸钠消毒液发生器原理+ +- -电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠熔融熔融NaClNaCl阴极阴极阳极阳极e e- -e e- -Na+Cl-2Cl-2e- = Cl2 2Na+ + 2e+ 2e- - = = 2Na2Na氧化反应氧化反应还原反应还原反应交流交流.研讨研讨工业上可以用电解熔融的氯化钠的方法生产金属钠工业上可以用电解熔融的氯化钠的方法生产金属钠铁电极铁电极石石墨墨电电极极讨论讨论1 接通电源后接通电源后Na+,Cl-各向哪个方向移动各向哪个方向移动2 移到两极表面的移到两极表面的Na+和和Cl-将发生什么变将发生什么变化化 2NaC

3、l = 2Na + Cl2 电解电解电解总化学方程式电解总化学方程式通过上面分析可以看出；电解过程就是在电流的作用下带电离子发生定向移动并在两极上分别发生氧化反应和还原反应生成新物质的过程.这种在电流的作用下引起氧化还原反应发生的过程在电流的作用下引起氧化还原反应发生的过程-叫电解叫电解特点特点 可以使一个不自发的氧化还原反应而发生。电解池电解池 将电能转变为化学能的装置电解池的构造电解池的构造 直流电源，两个电极，电解质溶液或熔融电解质，形成闭合回路电极名称电极名称 阳极-与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 阴极-与电源负极相连的电极，发生还原反应。阳极阳极阴极阴极电极材料电极材料 阳极-

4、金属（铁，铜，锌）或惰性电极（石墨，铂） 阴极-金属或惰性电极电极反应电极反应 阳极阳极为金属时，电极本身失电子失电子，阳极阳极为惰性电极就是电解质溶液中阴离子失电子失电子 。 阴极阴极总是电解质溶液中阳离子得电子得电子电解过程中离子电解过程中离子 运动方向运动方向 通电前无规则运动。通电后发生定向移动通电前无规则运动。通电后发生定向移动 溶液中阳离子阳离子向阴极阴极运动 溶液中阴离子阴离子向阳极阳极运动Na+Cl-熔融熔融NaClNaCl分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据阳极氧化阳极氧化，阴极还原阴极还原 分析反应对象，得出产

5、物分析反应对象，得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子电解方程式的书写：电解方程式的书写：1 首先看阳极电极材料是不是金属，确定反应对象首先看阳极电极材料是不是金属，确定反应对象2 找出溶液中有哪些阴，阳离子找出溶液中有哪些阴，阳离子3 根据离子的氧化性，还原性强，弱，确定得失电子的离子根据离子的氧化性，还原性强，弱，确定得失电子的离子4 分别分别 写出两个电极的反应写出两个电极的反应 ， 注意质量守恒和电荷守恒。注意质量守恒和电荷守恒。5 把两个电极反应相加得到电解反应式把两个电极反应相加得到电解反应式（注意，电极反应式中离（注意，电极反应式中离子的来源，是强电解质电离来的还是

6、弱电解质电离来的）子的来源，是强电解质电离来的还是弱电解质电离来的）例例 电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠 阳极阳极：2Cl-Cl2 + 2e- 氧化反应氧化反应 阴极阴极：2Na+ +2e-2Na 还原反应还原反应电解方程式：电解方程式： 2NaCl 2Na+Cl2 通电电解电解Na2SO4溶液溶液 阳极：阳极：4OH- -4e- =2H2O+O2 阴极：阴极：4H+ +4e- =2H2 电解电解总反应：总反应：2H2O=2H2 +O2 二、电解原理的应用二、电解原理的应用（以电解氯化钠为例）（以电解氯化钠为例）实验：实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠现象

7、：现象： 阳极：有气泡，有刺激性气阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸粉试纸变蓝（变蓝（Cl2) 阴极：有金属钠析出阴极：有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl 电极反应电极反应: 阳离子移向阴极移动并得电子，阴离子移向阳极移动并失电子。阳离子移向阴极移动并得电子，阴离子移向阳极移动并失电子。 阳极阳极：2Cl-Cl2 + 2e- 氧化反应氧化反应 阴极阴极：2Na+ +2e-2Na 还原反应还原反应电解方程式：电解方程式： 2NaCl 2Na+Cl2 通电二二 电解原理的应用电解原理的应用现象：现象： 阳极：有气泡，有刺激性气味，并能

8、使阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸变蓝（粉试纸变蓝（Cl2) 阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极：碳棒上有一层红色的铜析出实验分析：实验分析：通电前：通电前：分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况 阳离子阳离子：H+、Cu2+ 阴离子阴离子：OH-、Cl- 做无规则运动做无规则运动通电后：通电后： OH- ,CI- 向向 阳极阳极（接电源正极）移（接电源正极）移动动H+,Cu2+向向 阴极阴极（接电源负极）移动（接电源负极）移动 （3）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放

9、电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl-Cl2 + 2e-氧化反应氧化反应 阴极阴极：Cu2+2e- Cu 还原反应还原反应总式：总式：（2）判断离子的放电顺序：）判断离子的放电顺序： 阳离子阳离子：Cu2+H+ 氧化性氧化性 阴离子阴离子：Cl-OH- 还原性还原性（4）分析电解质溶液的变化情况：）分析电解质溶液的变化情况： 氯化铜溶液浓度降低氯化铜溶液浓度降低 CuCl2 Cu+Cl2 电解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象）电解池的两极各产生什么现象?若在两极附近均滴加酚酞试液，会若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象有什么现象?（

10、2）怎样初步检验两极产物的生成）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象）结合教材，分析产生这种现象的原因。的原因。 在在U型管里装入饱和食型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。极，一根铁棒作阴极。接通直流电源接通直流电源实验装置实验装置1.电解食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+

11、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离子离子和气体不能通过和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （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 ，而影响氢氧化，而影响氢氧化钠的产量和质量。钠的产量和质量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法

12、制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢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，会与杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱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：粗盐水粗盐水 含少量含少量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(

13、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、银、金等），这种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。导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极： Zn-2e- = Zn2+ Fe-

14、2e- = Fe2+ Ni -2e- = Ni2+Cu-2e- = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- =Cu阳极泥阳极泥问：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溶液溶液冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al3 冶炼铝冶炼铝原理原理: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

15、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炼铝而工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?通电通电总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 冰晶石4 4 电镀电镀 电镀是利用电解原理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。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

16、极阴极待镀金属制品待镀金属制品 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1. a 、b哪一极为正极？哪一极为正极？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？思考思考:e-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化学能将电能转变成化学能的装置。的装置。应用电解原理在某些应用电解原理在某些金属表面镀上一层

17、其金属表面镀上一层其它金属的装置。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液电极插人电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路镀层金属接电源正极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电镀液须含有镀层金电镀液须含有镀层金属的离子属的离子阳极：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纯应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。的金属提纯的装置。不纯金属接电源正极不纯金属接

18、电源正极纯的金属接电源负极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯电解质溶液须待提纯金属的离子金属的离子阳极：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 为下图所示装置中，为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电都是惰性电极，通电一段时间后，一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确极附近溶液呈红色。下列说法正确的是的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶

19、液和酚酞溶液AC 即学即练2.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，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，电极产物值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为的物质的量之比为12的是的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 D3.3.右图中右图中x x、y y分别是直分别是直流电源的两极流电源的两极, ,通电后发通电后发现现a a极板质量增加极板质量增加,b,b极板极板处有无色无臭气体放出处有无色无臭气体放出, ,符

20、合这一情况的符合这一情况的A 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确的，对该装置的有关叙述正确的是是A.PA.P是电源的正极是电源的正极B.FB.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，其余电极均参加两极外，其余电极均参加了反应了反应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 4电解规律阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实

21、例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原CuCl2 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小减小减小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解只有电解质本身的电解只有电解质本身的电解阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4 阳极阳极: 4OH- 4e- 2H2O+O2 阴极阴极: 4H + 4e- 2H2 变大变大不不变变 加加H2ONa2SO4溶液溶液2H2O 2H2 + O2 电解只有水的电解只有水的电解电解过程中硫酸钠的作用是阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实例电

22、极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原NaCl 阳极阳极: 2Cl- 2e- Cl 2阴极阴极: 2H + 2e- H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液既有水的电解又有电解质的电解既有水的电解又有电解质的电解实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原CuSO4阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- 4e- 2H2O+O2 阴极：阴极：Cu2+ 2e- Cu减小减小减小减小 加加CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解 电解质溶液用惰性电极电解的示例电解质溶液用

23、惰性电极电解的示例：电解电解类型类型举举 例例电极反应电极反应溶液溶液PH变化变化溶液复原方法溶液复原方法物质类别物质类别实例实例仅溶剂仅溶剂水电解水电解 仅溶质仅溶质电解电解 溶质和溶质和溶剂同溶剂同时电解时电解 含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaOH活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4OH-4e-O2+2H2O阴极：阴极：4H+ + 4e- 2H2减小减小增大增大不变不变H2O阳极：阳极：2Cl- 2e-Cl2阴极：阴极：2H+2e- H2增大增大HCl不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl- 2e- Cl2阴极：阴

24、极：Cu2+2e- Cu减少减少CuCl2活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl- 2e- Cl2阴极：阴极：2H+2e- H2增大增大HCl不活泼金属的不活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH- 4e- O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e- 2Cu减小减小CuO4、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

25、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。在阳极失电子顺序在阳极失电子顺序（1）为金属电极时，金属本身失电子；）为金属电极时，金属本身失电子；（2）为惰性电极时，溶液中阴离子失电子）为惰性电极时，溶液中阴离子失电子 S2-I-Br-Cl-OH- 含氧酸根含氧酸根 F-生成相应的单质生成相应的单质 S I2 Br2 Cl2 O2在阴极（惰性电极）得电子顺序在阴极（惰性电极）得电子顺序K+,Ca2+,Na+,Mg2+Al3 + Zn2+Fe2+Sn2

26、+Pb2+ H+ Cu2+Fe3+Ag+ 浓度大生成相应金属浓度大生成相应金属 生成相应金属生成相应金属 生成生成H2 浓度小放出浓度小放出H2 H2电解过程中电解质溶液中阴阳离子放电顺序电解过程中电解质溶液中阴阳离子放电顺序FeCu氯化铜氯化铜溶液溶液氯化铜溶液氯化铜溶液CuC氯化铜溶液氯化铜溶液CuC1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应ABDCFeCu氯化钠氯化钠溶液溶液练练 习习（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、写出下列装置的极反应，并判断、写出下列装置的极

27、反应，并判断A、B、C溶液溶液PH值的变化。值的变化。练练 习习3 3. .右图中右图中x x、y y分别是直分别是直流电源的两极流电源的两极, ,通电后发通电后发现现a a极板质量增加极板质量增加,b,b极板极板处有无色无臭气体放出处有无色无臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 练练 习习4 工业上采用工业上采用Fe、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=2KMn

28、O4+2KOH+H2答案答案:Fe 增大增大 MnO42_e e- - =MnO45.德国人哈伯发明了合成氨技术德国人哈伯发明了合成氨技术而获得而获得1918年诺贝尔化学奖，但年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。则难以自发进行。2000年希腊化年希腊化学家斯佳在学家斯佳在科学科学杂志上公布杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到氮气通入一加热到570的电解的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到达到80%. 该电解

29、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）的固体复合氧化物为电解质（简称固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在），吸附在SCY内外侧表内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反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 2NH3（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe5 写出下列装置的电极反应式，并判断写出下列装置