高三一轮复习《电解池》ppt课件.ppt

1、第六章 化学反应与能量,第三节 电解池 金属的腐蚀与防护,高三化学一轮复习,1,重难点：电解的工作原理及其应用。,【考纲要求】,1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池 反应方程式。 2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危 害、防止金属腐蚀的措施。,2,1电解池中电极反应式的书写、电极附近溶液酸碱性的变化、电解质溶液中离子的移动、两极上得失电子的守恒关系等。 2电解原理的应用，特别在新型充电电池中的应用。 3电解原理在金属防腐方面的应用。,3,第一课时 电解池,4,一、电解池,1 电解 ：使电流（直流电)通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。,2电解

2、池（电解槽）：把电能转化为化学能的装置,5,3、形成电解池的条件,1)外接直流电源。 2)两个电极（必须导电，电极材料可以相同也可以不同）。 3)电解质溶液或熔融的 电解质。 4）形成闭合回路,阴极,阳极,4、电解池中的两个电极及电极反应 、两个电极的确定及电极反应 阴极：与外接电源负极相连的电极。电子流入还原反应-阳离子移向阴极 阳极：与外接电源正极相连的电极电子流出氧化反应阴离子移向阳极,6,、两个电极的类型 惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅传导电子，不参与电极反应 活性电极(除铂、金外的金属)：既可以传导电子、若作阳极可以参与电极反应 5 电解池中电子的流向及离子的移动方向 电子的流向:

3、电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动） 离子定向移动的方向: 阳离子向阴极移动, 阴离子向阳极移动。,7,6、电解池工作原理（电解质溶液导电的,对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，在阴极上带负电荷电子的吸引作用下，溶液中的阳离子移向阴极，并且氧化性较强的阳离子优先在阴极上得到电子发生还原反应。在阴极上带负电荷的电子的排斥作用下，溶液中的阴离子移向阳极，并且还原性较强的阴离子优先在阳极上失去电子发生氧化反应（有的是组成阳极的金属单质失去电子）电子从电解池的阳极沿导线流回电源的正

4、极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质）。 7放电：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。,实质）,8,8、离子放电顺序：,Ag+Fe3+Cu2+H+酸Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)水 Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：,阴极:,活性材料作电极时：活性电极材料在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极(Pt、Au、石墨、等)时：溶液中阴离子的放电顺序是：,S 2-SO32-I -Br -Cl

5、 -OH -含氧酸根离子F-,阳极：,9,分析电极反应(用惰性电极时)的一般思路：,明确溶液中存在哪些离子，将离子分为阴，阳离子两组,根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断发生电极反应的离子先后顺序， 最后分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,10,（1）电解水型 电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。 如电解H2SO4、HNO3、NaOH,Na2SO4等溶液时其电极反应式为：,电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。,9 以惰性电极电解电解质溶液规律,注：1)用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应

6、遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。 2)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。,11,（2）电解电解质型 、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的 无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。 如电解盐酸、CuCl2溶液等时,电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复 原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一 定量的HCl气体),电解盐酸,12,（3）放氢生碱型 电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水 都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。,电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢

7、复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。,13,（4）放氧生酸型 电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都 有一部分被电解， 如电解CuSO4溶液、AgNO3溶 液等。,电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢 复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。,如：电解CuSO4 、 AgNO3溶液等,14,二、电解原理的应用,1、氯碱工业（用惰性电极电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气）,阳极：,2Cl - 2e- = Cl2,阴极：,2H+ + 2e- = H2 ,总反应：,食盐水中存在的离子：,Na+ 、Cl- 、H+ 、OH-,离子放电顺序： 阴离子 Cl- OH-,电极反应：,H+,N

8、a+,Cl-,OH-,阴极,阳极,阳离子 H+ Na+,氧化反应,还原反应,2NaCl+2H2O = 2NaOH+H2 + Cl2 ,电解,阳极 阴极,15,若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为： _ ，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？,阴极附近的溶液无色变为红色,阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.,阴极:产生无色、无味气体,16,(2)避免生成物H2和Cl2混合, 因为: .,(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯, 反应方程式: .,Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O,混合遇火或遇强光爆炸,解决方法:使用离子交换膜,工业上电解

9、饱和食盐水必须解决的问题,17,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气混合； b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量。,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,18,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳极室,阴极室,19,二、电解原理的应用,2、电镀（利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法）,阳极：镀层金属 阴极：待镀金属制品

10、（镀件） 电镀液：含有镀层金属阳离子的溶液，电镀过程中电镀液浓度不发生变化。 实质：阳极参加反应的电解 应用1,阳极：镀层金属（纯铜板） 阴极：待镀金属制品 电镀液：含有镀层金 属阳离子的溶液（硫酸铜溶液）,电镀铜,20,应用二：粗铜的电解精炼,问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？ （略小）,阳极,Zn-2e- = Zn2+ Fe -2e- = Fe2+ Ni -2e- = Ni2+,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极（纯铜）: Cu2+ + 2e- =,阳极泥,阳极泥: 相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,（粗铜）：,Cu-2e- = Cu2+,Cu,21,电

11、解精炼铜,22,电解精炼铜原理：,粗铜的溶解与纯铜的生成：,阳极（粗铜）：Cu 2e- = Cu2+ 阴极（纯铜）： Cu2+ + 2e- = Cu,比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；,比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略小）。,23,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl - 2e- = Cl2,阴极：,2Na+ + 2e- = 2Na,总反应：,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ,3 电冶金（利用电解使矿石中的金属离子获得电子从它们的化合物中还原出来）,由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电

12、解法是冶炼活泼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,24,电解熔融氯化钠制钠,25,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6O 2- 12e- = 3O2,阴极：,4Al 3+ + 12e- = 4Al,总反应：,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠） 阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。,26,冶炼铝设备图,烟罩,27,第二课时：金属的腐蚀与防护,28,知识梳理题型构建,三 应对电化

13、学定量计算的三种方法,原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。,1计算类型,根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。,2方法技巧,(1)根据电子守恒计算,用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。,(2)根据总反应式计算,先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式 计算。,(3)根据关系式计算,29,知识梳理题型构建,应对电化学定量计算的三种方法,如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：,(式中M

14、为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。,提示在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA 1.601019C来计算电路中通过的电量。,30,不纯的金属与电解质溶液接触 时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。如钢铁在潮湿的空气中生锈,四、金属的电化学腐蚀,金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。,2、金属腐蚀的类型,（1）化学腐蚀,（2）电化学腐蚀,金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应

15、引起的腐蚀叫做化学腐蚀。如钢管被原油中的含硫化合物腐,（更普遍且危害大）,1、金属腐蚀：,实质：发生氧化还原反应 M - ne- = M n+,31,3 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生， 但电化学腐蚀更普遍，速率快，危害更大。,随温度升高而加快,与原电池的组成有关,相同条件下较电化学腐蚀慢,较快,32,4 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,水膜呈酸性,水膜酸性很弱或呈中性,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,Fe2O3 nH2O,通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。,33,五、金属的防护方法,1、在金属表面

16、覆盖保护层：油、油漆、塑料、搪瓷、镀一层金属使金属和氧化剂隔离。,2、改变金属的内部组织结构把金属制成防腐的合金：如制成不锈钢。,3、电化学保护法,（1）牺牲阳极的阴极保护法,（原电池原理）,(例：轮船船身上的锌块、地下 钢铁管道接镁块),利用原电池原理在被保护的钢铁设备 上装上镁合金或锌块，镁，锌 比铁活波，成为原电池的负极（阳极），不断遭受腐蚀，定期予以拆换，而作为正极（阴极）的钢铁设备就被保护下来，这种方法从化学上说是牺牲负极保护正极，习惯上叫牺牲阳极的阴极保护法。,34,（2）外加电源的阴极保护法 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的

17、作用下电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近于零，从而起到保护作用，这种方法称为外加电源的阴极保护法。此法主要用于防止土壤，海水及水中金属设备的腐蚀。,35,规律小结,4 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解池的阳极引起的腐蚀原电池的负极引起的腐蚀化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极 防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件,36,下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢 顺序 .,Fe,Fe,C,Fe,Zn,A(海水),B(海水),C(海水),D(海水),F(天然水),E(海水),拓展练习,37,

18、电解池、电解精炼池、电镀池的比较,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 电镀液须含有镀层金属的离子,阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属； 阴极：镀件,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属； 阴极：纯金属,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,38,例1 ： 铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液

19、,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗OH- 2mol,即产生H+ 2mol. 阴极生成0.5molH2,消耗H+ 1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H2转移的电子:0.5 2=1mol,故还有1mole- 用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.,四、电解计算电子守恒法,39,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式：,例2 ： 用石墨电极电解1

20、00mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol,则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A,40,例3 ： 某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求： 金属M的相对原子质量及 x、n 值； 电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,Mx+ + xe- = M 0.005mol 0