电化学及应用yong课件.ppt

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1、高三化学二轮复习,电化学及其应用,1. 理解原电池原理。初步了解化学电源。2. 了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀 方法 。3. 理解电解原理。4. 了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应 原理。,【考点搜索】,原电池和电解池的比较,借助氧化还原反应而产生电流的装置。,借助电流引起氧化还原反应的装置,化学能 转化为电能,电能转化为化学能,一、原电池,构成原电池的基本条件是什么？,（1）必须自发进行氧化还原反应,（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融 的电解质中；,（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。,（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；,把化学能转化为电能的装置。,下列装置能否形成

2、原电池,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一活泼性不同的两个电极,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中,下列装置能否形成原电池,下列装置能否形成原电池,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,氧化反应 M-ne=Mn+,产生电流,失e-沿导线转移,还原反应 Nm+me=N,原电池的工作原理,阴离子,阳离子,e,e,综述,1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；,2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。,用Al、Cu作电极，如何使Cu作负极，Al作正极？,浓硝酸作电解液,用Mg、Al作电极，如何使Al

3、作负极，Mg作正极？,NaOH作电解液,思考,原电池正负极的比较,电子流入,电子流出,相对不活泼,相对活泼,Nm+ + me- = N(还原反应),M - ne- = Mn+(氧化反应),增大或不变,一般：减小,阳离子移向该极,阴离子移向该极,原电池原理的应用,(2)比较金属的活泼性；,构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 正极,(3)加快某些化学反应的反应速率；,(1)制做化学电源；,(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。,金属的电化学腐蚀,（一）金属腐蚀,1.概念：,金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。,2.金属腐蚀的本质,金属原子失去电子变成阳离子而损耗,3

4、.金属腐蚀的分类：,化学腐蚀和电化学腐蚀,绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀,电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,金属跟接触到的物质直接发生化学反应,不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应,无电流,无原电池,构成无数微小原电池,有弱电流,金属被腐蚀,较活泼金属被腐蚀,金属原子失去电子变成阳离子而损耗,钢铁的电化学腐蚀,钢铁表面吸附的水膜酸性较強时,Fe - 2e- = Fe2+,2H+ + 2e- = H2,Fe+ 2H+ = Fe2+ H2,钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时,Fe - 2e- = Fe2+,O22H2O4e-=4O

5、H-,Fe2+2OH-=Fe(OH)2,4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3,4Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)+(3-x)H2O,吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多,金属的防护,方 法：1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜 。3.电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法,判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快

6、慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,二、常见的化学电池,干电池,电极:Zn为负极,碳棒为正极,电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。,电极方程式：,负极(Zn):Zn2e-Zn2,正极：2MnO2

7、+ 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3 +H2O,银锌电池,Zn为负极,Ag2O为正极 电解液: KOH溶液电极反应式: 负极:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正极:Ag2OH2O2e-2Ag2OH总反应式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2,铅蓄电池: 电极：Pb为负极, PbO2为正极. 电解液: 30%的H2SO4溶液 电极反应式:放电时：为原电池 负极(Pb) ： PbSO42-2e-PbSO4 正极(PbO2) PbO24HSO422e-PbSO42H2O总电池反应: PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O充电时：为电解池 阴极(Pb)： PbSO4 2

8、e- PbSO42- 阳极(PbO2) PbSO42H2O2e-PbO24HSO42总电解反应:2PbSO42H2O PbO2Pb2H2SO4,通电,铝空气海水电池,负极：4Al -12e- 4Al3+,正极：3O2 + 6H20 + 12e- 120H-,电池总反应式为：4Al+3O2+6H20=4Al(OH)3,1991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质,(1)电极:Pt制作的惰性电极,燃料电池,(2)电解质溶液:KOH溶液,(4)反应原理: 负极: 2H2+4OH 4e-4H2O正极: O22H2O 4e-4OH 总反应：2H2O22

9、H2O,电极反应： 负极：CH4 + 10OH- 8e = CO32- + 7H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 总反应式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O,以甲烷作燃料的燃料电池,电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。,组成电解池的条件：,(1)外接直流电源,(2)电极(金属或惰性电极),(3)电解质溶液或熔融的电解质,(4)形成闭合回路,电解池,电解池的工作原理,阴离子,阳离子,氧化反应,还原反应 Nm+me-=N,e,e,RnneR,4OH4e2H2OO2,非惰性电极：M-ne-=Mn+（电极本身溶解）,电子流动方

10、向,电解质溶液,电源负极,电解池阴极,电源正极,电解池阳极,电解池阴阳极的比较,接电源负极,接电源正极,电子流入,电子流出,Nm+ + me = N(还原反应),Rn ne= RM ne= Mn+(氧化反应),增大或不变,减小或不变,阳离子移向该极,阴离子移向该极,分析电解反应的一般思路,明确溶液中存在哪些离子,根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,在惰性电极上离子放电顺序：,阴极(与电极材料无关)：,阳极(与电极材料有关)：,在水溶液中SO42-，NO3-等不会放电。,阴极,一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电 Rn+ + ne = R,电解时电极产物的判断,Rn- -

11、 ne = R,（Pt、Au、石墨）,用惰性电极电解电解质溶液的规律,（1）电解水型,（NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解,（2）分解电解质型,（HCl、CuCl2等）溶液的电解,（3）放氢生碱型,（NaCl、MgBr2）溶液的电解,（4）放氧生酸型,（CuSO4、AgNO3等）溶液的电解,惰性电极电解电解质溶液的规律,电解原理的应用,铜的电解精炼,阳极：,粗铜,阴极：,纯铜薄片,电解质溶液：,CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）,Cu2e= Cu2+,比铜活泼的杂质也会同时失去电子而溶解：,比铜不活泼的杂质（Au、Ag）不会溶解而从阳极上脱落下来而形成阳极泥。,Cu2+ 2e=

12、Cu,CuSO4溶液的浓度基本保持不变。,提炼金、银等贵重金属。,电镀铜,阳极：,铜片,阴极：,待镀铁制品,Cu2e= Cu2+,Cu2+ 2e= Cu,CuSO4溶液的浓度保持不变,实验结果：,在铁制品上镀上了一层铜,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程叫电镀,电镀,电镀的目的：,（1）增强防锈抗腐能力；（2）增加美观和表面硬度。,阳极镀层金属:MneMn阴极镀件: MnneM电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液,电镀槽,特点,（1）阳极本身溶解；（2）电解液浓度保持不变。,氯碱工业,阳极产生Cl2,阴极产生H2 和酚酞变红,阴极： 阳极：,2H+ + 2e- = H2 还

13、原反应,2Cl- -2e- = Cl2氧化反应,阴极区,阳极区,该装置的缺点：,1.H2和Cl2 混合不安全2.Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。,离子交换膜法制烧碱,阳极,钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）,阴极,碳钢网,只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过,将电解槽隔成阴极室和阳极室,阳离子交换膜：,阳极室放出Cl2阴极室放出H2并生成NaOH,1、防止氯气和氢气混合而引起爆炸。2、避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量。,氯碱工业的生产流程,食盐水的精制。,粗盐,泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42等杂质,混入产品，导致产品不纯,生成Mg(OH)2、Fe(

14、OH)3等沉淀，堵塞膜孔。,如何除去粗盐水中的杂质？,试剂：BaCl2 溶液、Na2CO3 溶液、NaOH 溶液、HCl 溶液,粗盐水,NaOH,BaCl2,Na2CO3,过滤,适量HCl,除Mg2+、Fe3+,除SO42-,除Ca2+及过量Ba2+,滤去泥沙及沉淀,除过量的OH、CO32,阳离子交换树脂,精盐水,少量Ca2+、Mg2+,1、Na2CO3必须在BaCl2之后,2、加入盐酸在过滤之后,原电池、电解池、电镀池的比较,考点1.金属性强弱的判断 已知M+N2+=M2+N Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液,电极反应：E2+2e=E，N-2

15、e=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为,【考点分析】,答案：PMNE,考点2.电极反应式书写 (99理综)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 阳极反应式: , 阴极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32- 总电池反应 式: .,答案:2CO+2CO32-4e =4CO2 2CO+O2=2CO2,工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4。1.电解时,应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会 , 2.阳极反应

16、式为 , 3.总电解反应式为 .,思考：原电池、电解池的电极反应式与总反应式之间有什么关系？有什么启示？,原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式，反之，总反应式减去一电极反应式即为另一个电极反应式。对于较复杂的、陌生的反应可用该方法解题并检验。,考点3.判断电解后溶液pH变化 用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是 A.CuSO4 B.AgNO3 C.BaCl2 D.H2SO4,解析:阴极质量增加,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子,电解液的pH下降,说明在阳极上是OH-离子放电而使溶液中C(H+)增大,溶液中的阴离子应该是含氧酸根离子.综合分析应为AB

17、.,考点4.电解计算电子守恒法 铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH.,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e=H2 n(Cu2+)2+0.52=0.54 n(Cu2+)=0.5mol Cu2+2H+ C(H+)=1mol/L pH=0,观察下列实验装置图，指出各装置的名称。Cu,电解池,电镀池,NaCl溶液 CuSO4溶液,原电池,硫酸溶液,Zn Cu C Fe Zn Cu,有关电解的计算原则: 电化学的反应是氧化一还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无论是

18、单一电池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算.关键: 电极名称要区分清楚. 电极产物要判断准确. 各产物间量的关系遵循电子得失守恒.,电解一段时间，如何恢原到电解前的溶液,既要考虑“质”又要考虑“量”.,例如:电解CuSO4溶液： 抓住溶液的变化若加入CuO、Cu(OH)2，均能与H2SO4反应生成CuSO4. CuOH2SO4CuSO4H2O Cu(OH)2H2SO4CuSO42H2O比较、消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1mol Cu(OH)2能与1mol H2SO4反应能生成1mol CuSO4和2molH2O.不符合电解时的相关物质的比例.若改加CuO，则很合适.,思考2： 如何确定所加物质的量?(惰性电极),分析： 由于两极上通过的电子数相等,故阴、阳两极产物的物质的量间一定满足确定的关系.因而加入物与其也有一定关系.例如: 电解含0.4mol CuSO4溶液一段时间后，阳极上生成2.24L气体(S.T.P),则应加入CuO多少克？(用惰性电极),解析 O2 2CuO 1mol 2mol 0.1mol 0.2mol m(CuO)0.28016(g) 故加入16g CuO即能恢复,