第四章化学反应与电能复习课件高二上学期化学人教版选择性必修1

化学反应与电能复习高中化学原电池电解池金属的腐蚀与防护能量变化物质变化氯碱工业再探究存在

问题思维

模型解决

方案应用

广泛高中化学氯碱工业产品：Cl₂

、NaOH、H₂高中化学氯碱工业应用广泛氯碱

工业冶金工业纺织工业轻工业

氯碱工业存在的问题高能耗2设备腐蚀

3实际

问题高中化学电能利用

率待提高思考角度能量

能量转化率低。物质

用领域更广。高中化学传统供能方式为火力发电，氯气和烧碱相对于氢气应如何降低氯碱工业的能耗?问题的提出研究表明，应用于氯碱厂的

氢燃料电站可节能约30%(20%的

电能，10%的热能)。燃料电池技术氧阴极技术研究表明，目前应用于氯碱

厂的氧阴极技术可节能约25%,未

来可达30%以上。低高中化学改变供能方式改变电极反应能耗高任务一基于电化学原理设计装置高中化学【学生活动】活

动

1

设计并画出利用氢氧燃料电池电解

饱和食盐水的简易装置。电流表A十隔膜或盐桥电解质溶液阳离子迁移方向阴离子迁移方向发生氧化反应

发生还原反应e-

十直流电源电解质溶液阳离子迁移方向阴离子迁移方向发生氧化反应

发生还原反应高中化学原电池模型电解池模型正

极负

极阳极阴极e一e-e~质子交换膜

精制饱和H₂

空气

(O₂

)

NaCl溶液

H₂O

(

含

少

量NaOH)高中化学活动2分析装置中电子和离子移动方向。Cl₂

H₂

阳离子交换膜阳

极淡盐水NaOH溶液正

极阴

极负极NaOH主

Na+

溶液精制饱和H₂

空气(O₂

)NaCl溶液

H₂O

(

含

少

量NaOH)负极：

H₂-2e-=2H

+阳极：

2Cl--2e-=Cl₂↑正极：

O₂+4e+4H+=2H₂0阴极：2H₂O+2e=H₂↑+20H-高中化学e~e

Cl₂

H₂阳离子交换膜阳

极淡盐水质子交换膜负极阴

极正

极【学生活动】活动3

.

用化学用语回答下列问题。1.燃料电池负极反应为H₂-2e-=2H-。2.若将燃料电池电解质溶液换成KOH

溶液，则正极反应方程式为

O₂+4e-+2H₂O

=40H-

o3.电解NaCl溶液总反应方程式为2NaCI+2H₂0

生解2NaOH+H₂

↑+Cl₂T4.若燃料电池有2mol氢气反应，理论上生成NaOH的物质的量为4

mol。高中化学高S低高中化学研究表明，目前应用于氯碱

厂的氧阴极技术可节能约25%,未

来可达30%以上。燃料电池技术氧阴极技术改变供能方式改变电极反应能耗【资料】氧阴极技术与传统工艺相比不同之处在于阴极结构，通过向阴极区供应纯氧，

避免H+直接得电子生成氢气。这样可降低电解

电压，电耗减少明显。任务二分析氧阴极技术高中化学【学生活动】活动1

写出阴极反应及总反应方程式。阴极反应：O₂+4e-+2H₂O

=40H-总反应：4NaCl+2H₂O+O₂

电2Cl₂+4NaOH高中化学【学生活动】活动2结合资料分析氧阴极技术的优缺点。思考角度能量

能耗降低

优点物质

做原料

缺点高中化学氧H₂纯物要产需了极少阴减氯碱工业存在问题及解决方法高能耗

电能利用燃料电池技术

2

率待提高氧阴极技术设备腐蚀

3实际问题高中化学思考角度能量

电能部分转化为热能。电能转变为化学能过程中的物质

物质不完全是目标产物。高中化学如何提高电能利用率?问题的提出任务三探究降低阳极氧含量的方法高中化学【学生活动】活动1分析电解池阳极0₂

来源。思考1

电解池阳极发生的反应。2Cl--2e-

=Cl₂

↑40H--4e-=0₂

↑+2H₂O0₂

来源：实际电解生产中，离子膜的效率并不是百分之百，阴极室的OH会迁移至阳极室，在阳极放电，产生0₂。高中化学【学生活动】活动2分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。思考2

影响离子放电因素：内因：离子本身性质外因：浓度、pH、温度、电极材料等。高中化学【学生活动】活动2分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。提高Cl-浓度使

用精制饱和食盐水做原料降低0H-浓度更换离子交换膜向阳极室加入盐酸调节pH高中化学浓度1.Cl₂中含氧量增加。

2.

生成具有腐蚀性

的次氯酸盐、氯酸盐

等。1.

离子膜易被损伤。

2.

阳极钝化(形成

致密氧化膜),电解

槽电压上升。加酸过量加酸不足高中化学pH=?【学生活动】活动2分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。提高CI-浓度使用精制饱和食盐水做原料降低OH-浓度改换离子交换膜向阳极室加入盐酸调pH

3~4高中化学浓度【学生活动】活动2

分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。思考3

是否还有其他可行的方法?电子导体电极材料电极反应离子导体浓度pH高中化学Cl-OH-【学生活动】活动2分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。【拓展】

石墨电极高稳定性高导电性钛基氧化物涂层高中化学(TiO₂/RuO₂

)电极

高催化活性电极材料高选择性电能利用

2

率待提高浓度、pH、电极材料、离子交换膜等实际问题高能耗

1燃料电池技术

氧阴极技术设备腐蚀

3氯碱工业存在问题及解决方法高中化学如何解决设备腐蚀问题?

问题的提出氯气碱酸盐水高中化学任务四分析并提出防腐措施【资料】流动和搅拌的盐水

很容易带入

氧气，这使得输送盐水的碳钢管道非常容易

发生电化学腐蚀。腐蚀速度受氧含量和盐水

温度影响很大。高中化学【学生活动】活动1写出碳钢管发生电化学腐蚀的电极反应。负极反应：

Fe-2e-=-Fe²+正极反应：

O₂+2H₂O+4e-=40H-高中化学【学生活动】活动2提出防腐措施。4

改变金属材料组成将碳钢管道替换成更耐腐蚀的钛合金管防腐措施

2

在金属表面覆盖保护层在金属构件表面涂绝缘涂层3

电化学保护法高中化学【学生活动】活动2

提出防腐措施。电化学保护法：牺牲阳极法至氯气总管牺牲电极淡盐水来自电解槽CPVC管与进口牺牲电极处接地线相连至阳极液槽CPVC管

淡盐水来自电解槽高中化学牺牲电极TA2高能耗

1燃料电池技