人教版化学选修四-电解池ppt课件.ppt

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1、.,1,第四章,电化学基础,第三节,电解池,人教版选修,4,化学反应原理,.,2,2H,2,+O,2,=H,2,O,点燃,2H,2,O=2H,2,+O,2,通电,1,、这两个反应互为可逆反应吗？,2,、哪一个反应能自发进行，哪一个是,非自发的？,水的电解,在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即,能自动进行的过程或反应，称为,自发反应,。,电解将电能转化为化学能，能使一些非自,发进行的氧化还原反应持续进行，因而应,用广泛。,.,3,G,Zn,Cu,CuCl,2,溶液,C,C,CuCl,2,溶液,Zn,Cu,酒精溶液,复习回顾,判断下列装置那些构成原电池？,两个活性不同的电极,电解质溶液,形成闭

2、合回路,前提：自发进行的氧化还原反应,形,成,条,件,质疑,C,C,CuCl,2,溶液,这还是原电池装置吗？,该装置能发生化学反应吗？,【实验,4-2,】,用惰性电极,(,碳棒,),电解氯化铜溶液,C,C,阴极,阳极,CuCl,2,溶液,实验现象,产物验证,产物确定,有气泡,逸出,有红色固,体析出,氯气,铜,使淀粉碘化钾试纸变蓝,阴极,阳极,.,6,【实验分析】,思考,1,：氯化铜溶液中含有哪些微粒,?,阳离子：,Cu,2+,H,+,阴离子：,Cl,-,OH,-,Cu,2+,H,+,向阴极区移动,Cl,-,OH,-,向阳极区移动,Cl,-,Cl,2,OH,-,O,2,阴极区：,Cu,2+,Cu

3、 H,+,H,2,阳极区：,思考,3,：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什,么样的电极反应？产物可能是哪些？,思考,2,：在通电时这些微粒各向什么区移动？,电解氯化铜溶液微观模拟,实验分析：,.,8,1.,电解：,使,直流电,通过电解质溶液而在阴、阳两极引起,氧化还原反应的过程，叫做电解。,3.,构成电解池的条件：,直流电源；,阴极,:,与电源,负极,相连,阳极,:,与电源,正极,相连,阴、阳,电极,电解质溶液或熔融电解质；,2.,电解池,(,电解槽,),：,电能转变为化学能的装置。,一、电解原理,形成闭合回路。,C,C,CuCl,2,溶液,.,9,两个电极的类型：,惰性电极,(,铂、金、石墨

4、,),：,仅仅导电，不参与反应,活性电极,(,除铂、金外的金属,),：,既可以导电、又可以参与电极反应,惰性电极与活性电极,Cu,Cu,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,C,C,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,.,10,练习,?,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,.,11,一、电解原理：,4,、电子的流向,:,负极,阴极,阳极,正极,e,-,e,-,电子的流向,:,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：电子只在外电路定向移动，不能从溶液,中移动,),.,12,一、电解原理：,5,、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

5、,.,阴阳相吸,阳氧化、阴还原,6,、电极反应：,.,13,装置名称,电极名称,电极反应,能量转变,判断特征,正、负极,阴、阳极,原,电,池,电,解,池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,化学能,电能,电能,化学能,构成的三个条件,有外加电源,比较,.,14,一、电解原理：,名词解释,：,阴离子失去电子,阳离子得到电,子的过程叫放电,7.,产物的判断,溶液中存在多种阴、阳离子，通过判断放电,顺序来判断产物,.,15,7.,产物的判断,Ag,+,Hg,2+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Pb,2+,Sn,2+,Fe,2+,Zn,2+,H,+,Al,3+,M

6、g,2+,Na,+,Ca,2+,K,+,金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容,易得电子。,金属活动顺序的反顺序,阴极,阳离子得电子，被还原，比较阳离子氧化性,水溶液中不可能放电,.,16,7.,产物的判断,阳极：,S,2-,I,-,Br,-,Cl,OH,-,含氧酸根,F,-,除,Pt,、,Au,失电子，被氧化，比较还原性,金属,水溶液中不可能放电,阳极放电优先考虑电极材料：,若阳极材料为活泼金属，则阳极放电溶解；,若为惰性材料，则溶液中的阴离子放电,Fe,Zn,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,C,C,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,阴极,：,Cu,2+,+2e,-,Cu,阳极,：,2Cl,

7、-,-2e,-,Cl,2,CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,阴极,：,Cu,2+,+2e,-,Cu,阳极,：,Fe-2e,-,Fe,2+,CuCl,2,+,Fe,Cu+,Fe Cl,2,电解,例,.,18,阴极,阳极,氯,气,铜,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,CuCl,2,阳极：,2Cl,-,-2 e,-,=Cl,2,阴极：,Cu,2+,+2e,-,=2Cu,减小,接,近,7,CuCl,2,CuCl,2,溶液,CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,1,、电解电解质型,(,不活泼金,属的无氧酸盐、无氧酸,),二、电解规律,(,用惰性电极电解时,),.,19,阳极,阴极,氧,气,氢,气,实

8、例,电极反应,浓度,P,H,值,复原,Na,2,SO,4,阳极,:,4OH,-,-4e,-,=,2H,2,O+O,2,阴极,:4H,+,+4e,-,=,2H,2,变大,不,变,加,H,2,O,Na,2,SO,4,溶液,2H,2,O 2H,2,+O,2,电解,2,、电解水型,(,活泼金属,的含氧酸盐、强酸、含,氧酸,),比单纯电解水速度快还是慢？,.,20,阳极,阴极,氯,气,氢,气,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,NaCl,阳极,:,2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,阴极,:2H,+,+2e,-,=,H,2,2NaCl+2H,2,O,2NaOH+H,2,+Cl,2,电解,减小,增,大,

9、加,HCl,NaCl,溶液,3,、放氢生碱型,(,活泼金属,的无氧酸盐,),阴极,.,21,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,CuSO,4,阳极,阴极,氧,气,铜,阳极,:,4OH,-,-,4e,-,=,2H,2,O+O,2,阴极：,Cu,2+,+2e,-,=,Cu,减小,减小,加,CuO,CuSO,4,溶液,2CuSO,4,+,2H,2,O 2,Cu+,O,2,+2H,2,SO,4,电解,4,、放氧生酸型,(,不活,泼金属的含氧酸盐,),阳极,电解规律（惰性电极）小结,阳极：,S,2-,I,-,Br,-,Cl,-,OH,-,含氧酸根,F,-,与,区：电解本身型,如,CuCl,2,、,HC

10、l,与,区：放氢生碱型,如,NaCl,、,ZnCl,2,与,区：放氧生酸型,如,CuSO,4,、,AgNO,3,与,区：电解水型,如,Na,2,SO,4,、,H,2,SO,4,、,NaOH,阴极：,Ag,+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Fe,2+,Zn,2+,（,H,+,）,Al,3+,Mg,2+,Na,+,.,23,阳极,阴极,总电极反应,AgNO,3,溶液,C,C,4Ag,+,+4e,-,=4Ag,总反应式：,4AgNO,3,+2H,2,O=4Ag+O,2,+4HNO,3,练习：,书写电解硝酸银溶液的电,极反应式及总方程式,电解,4OH,-,-,4e,-,=O,2,+2H,2,O,.,

11、24,阳极,阴极,H,2,SO,4,溶液,C,Cu,Cu-,2e,-,=Cu,2+,2H,+,+2e,-,=H,2,练习：,设计电解池,Cu+H,2,SO,4,=CuSO,4,+H,2,写出电极反应式,电解,电解质溶液：,H,2,SO,4,溶液,阳极：金属铜,.,25,原电池与电解池的结合,有一极能与电解,液反应则该极为,原电池负极，与,之相连的为电解,池的阴极。若都,能反应，则活泼,性最强的或两极,差距最大的为原,电池,电解池,原电池,.,26,1,、如右图是电解氯化铜溶液的装,置,其中,c,、,d,为石墨电极，则下列,有关判断正确的是,A,、,a,为负极，,b,为正极,B,、,a,为阳极，

12、,b,为阴极,C,、电解过程中，,d,电极质量增加,D,、电解过程中，氯离子浓度不,变,【亲,身,体,验】,+,阴极,阳极,阴极,d,：,阳极,c,：,2Cl,2e,Cl,2,Cu,2,+,+2e,Cu,C,CuCl,2,溶液,.,27,2,、右图中,x,、,y,分别是直流电源的两极，通电后发,现,a,极板质量增加，,b,极板处有无色无臭气体放出，,符合这一情况的是（,）,a,极,b,极,X,电极,Z,溶液,A,锌,石墨,负极,CuSO,4,B,石,墨,石墨,负极,NaOH,C,银,铁,正极,AgNO,3,D,铜,石墨,负极,CuCl,2,A,.,28,小结,解答有关电解问题步骤,1.,首先观

13、察是否有,外接电源,2.,分析电解质水溶液的组成,找全离子分两组,.,3.,观察阳极是否为金属,金属作阳极失电子,4.,根据阴阳两极放电顺序,写出两极反应式,.,5.,合并两极反应,写出电解反应式,.,.,29,电解池与原电池有哪些异同,两电极接直流电源,电解质溶液,形成闭合回路,活泼性不同的两电极,电解质溶液,形成闭合回路,形成,条件,将,电能,转变成,化学能,的装置,将,化学能,转变成,电能,的装置,定义,装置,实例,电解池,原电池,装置,自发的氧化还原反应,不自发的氧化还原反应,要在外加电场作用下才可发生,.,30,电解池与原电池有哪些异同,(,续,),电源负极,电解池阴极,电解池阳极,

14、电源正极,电子,流向,阳极：,氧化反应，溶液,中的阴离子失电子或电,极金属失电子,阴极：,还原反应，溶液,中的阳离子得电子,负极：,氧化反应，金属,失电子,正极：,还原反应，溶液,中的阳离子得电子,电极,反应,阳极：,与电源正极相连,阴极：,与电源负极相连,负极：,较活泼金属,正极：,较不活泼金属,（或能导电的非金属）,电极,名称,电解池,原电池,装置,负极,正极,导线,电解,类型,举,例,电极反应,溶液,PH,变化,溶液,复原,方法,物质类别,实例,仅溶,剂水,电解,仅溶,质电,解,溶质,和溶,剂都,电解,含氧酸,H,2,SO,4,强碱,NaOH,活泼金属的,含氧酸盐,Na,2,SO,4,无

15、氧酸,HCl,阴极,:4H,+,+4e,-,=2H,2,阳极,:4OH,-,4e,-,=O,2,+2H,2,O,减小,增大,不变,H,2,O,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:2H,+,+2e,-,=,H,2,增大,HCl,不活泼金属,的无氧酸盐,CuCl,2,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:Cu,2+,+2e,-,=,Cu,增大,CuCl,2,活泼金属的,无氧酸盐,NaCl,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:2H,+,+2e,-,=,H,2,增大,HCl,不活泼金属,的含氧酸盐,CuSO,4,阳极,:4OH,-,4e,-,=O,2,+2H,2

16、,O,阴极,:2Cu,2+,+4e,-,=,2Cu,减小,CuO,放氢生,碱,放氧生,酸,.,32,巩固练习,?,1,、电极反应方程式及电解总反应方程式的书,写,(,惰性电极，溶液,),：,H,2,SO,4,HCl,NaOH,K,2,SO,4,CuCl,2,CuSO,4,NaCl,KMnO,4,?,2,、用石墨作电极电解,CuCl,2,、,NaCl,的混合溶,液时，阴极析出的物质是,_,；阳极产物是,_,。,?,3,、两极都用银片作电极电解,AgNO,3,溶液时，,阳极的产物是,_,；阴极的产物是,_,。,.,33,练习,?,4,、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。,石墨,石墨,CuSO

17、,4,溶液,CuSO,4,溶液,(A),(B),纯铜,铁,.,34,练习,?,5,、如图所示装置，指出,A,、,B,池的名称、电极名,称、电极反应式、二池,pH,值的变化情况。,（,A,）,（,B,）,（,C,）,（,D,）,CuSO,4,AgNO,3,AgNO,3,NaHSO,4,Ag,Cu,Cu,C,Pt,Pt,Ag,Fe,6.,写出下列装置的电极反应式，并判断,A,、,B,、,C,溶液,PH,值的变化。,.,36,7.,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,pH,值均减小，而在和两极，电极产物,的物质的量之比为,1,2,的是,甲,乙,?,A B C

18、D,?,甲,KOH H,2,SO,4,Na,2,SO,4,CuSO,4,?,乙,CuSO,4,AgNO,3,HCl HNO,3,D,.,37,8.,为下图所示装置中，,a,、,b,都是惰性电极，,通电一段时间后，,b,极附近溶液呈红色。下,列说法正确的是,A,X,是正极，,Y,是负极,B,X,是负极，,Y,是正极,C,CuSO,4,溶液的,PH,值逐渐减小,D,CuSO,4,溶液的,PH,值不变,a,?,X,Y,?,b,Pt,Cu,CuSO,4,溶液,NaCl,和酚酞溶液,AC,.,38,三、电解原理的应用,1,、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧,碱、氯气和氢气的工业）,阳极：,2Cl,-,2

19、e,-,=Cl,2,阴极：,2H,+,+2e,-,=H,2,总反应：,2NaCl+2H,2,O,2NaOH+Cl,2,+H,2,通,电,电极反应：,阴极,阳极,.,39,(2),避免生成物,H,2,和,Cl,2,混合,因为,:,.,(1),避免,Cl,2,接触,NaOH,溶液会反应,使产品不纯,反应方程式,:,.,第一个问题,:,Cl,2,+2 NaOH=NaCl+NaClO+H,2,O,混合遇火或遇强光爆炸,解决,方法,:,使用离子交换膜,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,.,40,+,Cl,2,Cl,2,Cl,H,2,Na,+,H,+,OH,淡盐水,NaOH,溶液,精制饱和,NaCl,溶

20、液,H,2,O,（含少量,NaOH,）,阳离子交换膜,阳,极,金属钛网,阴,极,碳钢网,阳,极,室,阴,极,室,阳离子交换膜的作用：,a,、防止氢气和氯气混合；,b,、避免氯气和氢氧化钠反应,影响氢氧化钠的产量,.,41,提示：,第二个问题：,精制食盐水,由于粗盐中含有泥沙、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2,等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子,交换膜，那么如何除去这些杂质呢？,3,、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个,合理的顺序逐一除杂吗？,2,、用什么试剂除去,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,1,、用什么方法除去泥沙？,电

21、解饱和食盐水必须解决两个主要问题,.,42,泥沙,、,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,引入,Ba,2+,Na,+,、,Cl,-,、,Ca,2+,、,Ba,2+,、,引入,OH,-,Na,+,、,Cl,-,、,CO,3,2-,、,OH,-,Na,+,、,Cl,-,沉降,除泥沙,略过量,BaCl,2,溶液,除,SO,4,2-,略过量,Na,2,CO,3,溶液,除,Ca,2+

22、,.,Ba,2+,略过量,NaOH,溶液,除,Fe,3+,Mg,2+,适量,HCl,溶液,调节,PH,除,CO,3,2-,、,OH,-,.,43,含氯漂白剂,有机合成、造纸,玻璃、肥皂,纺织、印染,有机合成,氯化物合成,农药,金属冶炼,有机合成,HCl,盐酸,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,H,2,NaOH,湿氯气,湿氢气,液碱,Cl,2,.,44,三、电解原理的应用,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,导电能力。因此必须利用,电解的方法精炼,粗铜,。,2,、粗铜的电

23、解,精炼,.,45,2,、粗铜的电解,精炼,粗铜中含有杂质：,Zn,、,Fe,、,Ni,、,Ag,、,Au,等,粗铜,精铜,CuSO,4,Zn-2e,-,=Zn,2+,Fe-2e,-,=Fe,2+,Ni,-2e,-,=Ni,2+,Cu-2e,-,=Cu,2+,Zn,Fe,Ni,Cu,Ag,Au,阳极泥,Cu,2+,+2e,-,=Cu,粗铜,中大部分铜在阳极（精铜）附着，比,Cu,活泼的金属溶,解在溶液中，比,Cu,不活泼的金属以阳极泥的形式沉降；,溶液,中铜离子浓度略微降低，引入,Zn,2+,、,Fe,2+,等离子,.,46,电解精炼铜,.,47,电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层,其

24、他金属或合金的过程，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。,3,、电镀,电解原理的应用,.,48,3,、电镀（在某些金属表面镀上一薄层,其他金属或合金的方法）,阳极：,镀层金属,阴极：,待镀金属制品（镀件）,电镀液：,含有镀层金属阳离子的电解质,铜,镀件,硫酸铜溶液,镀件镀铜为例,铁,片,铜,片,硫酸铜溶液,.,49,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极

25、：,2Na,+,+2e,-,=2Na,总反应：,2NaCl(,熔融,),2Na+Cl,2,通,电,三、电解原理的应用,4,、电冶金,?,由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解,法是冶炼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。,.,50,电,解,熔,融,氯,化,钠,制,钠,.,51,4,、电冶金（,Al,）,制取金属铝,电解熔融状态的,氧,化铝。,阳极：,6O,2,-,12e,-,=3O,2,阴极：,4Al,3,+,+12e,-,=4Al,总反应：,2Al,2,O,3,(,熔融,),4Al+3O,2,通,电,

26、冰晶石,助熔剂：冰晶石（,Na,3,AlF,6,六氟合铝酸钠）,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,Al,Cl,3,?,AlCl,3,为分子晶体，在熔融状态下不电离，不导电，,不能被电解。,.,52,冶炼铝设备图,阳极,C,电解质,烟罩,熔融,态铝,钢壳,钢导电棒,阴极,C,耐火,材料,.,53,拓展：金属的防护,金属腐蚀的快慢程度：,电解池的阳极,原电池的负极,化学腐蚀,原电池的正极,电解池的阴极,海水,C,Fe,+,.,54,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,Fe,

27、Zn,Fe,Sn,A(,海水,),B(,海水,),C(,海水,),D(,海水,),Fe,Sn,F(,天然水,),E(,海水,),D,E,F,A,C,B,拓展练习,.,55,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,定义,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

28、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,形成,条件,电极,反应,电极,名称,.,56,例,1,：,铂电极电解,1LCu(NO,3,),2,和,KNO,3,混合溶,液,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,-,=2H,2,O+O,2,阴极,Cu,2+,+2e,-,=Cu 2H,+,+2e,-,=H,2,阳极转移电子的物质的量为,:0.5,4=2mol,消耗,OH,-,2

29、mol,即产生,H,+,2mol.,阴极生成,0.5molH,2,消耗,H,+,1mol;,所以溶液中,C(H,+,)=1mol/L pH=0,生成,H,2,转移的电子,:0.5,2=1mol,故还有,1mole,-,用于还原,Cu,2+,可析出铜为,0.5mol.,四、电解计算,电子守恒法,.,57,O,2,2Cu,4Ag,4H,2H,2,2Cl,2,4OH,计算关系式：,例,2,：,用石墨电极电解,100mL H,2,SO,4,与,CuSO,4,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,Cu,2+,的物质的量浓度为（,）,A.1mol/L B.2m

30、ol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极,O,2,为,0.1mol,，电子为,0.4mol,则,H,2,为,0.1mol,，所以,Cu,为,0.1mol,，浓度为,A,.,58,例,3,：,某硝酸盐晶体化学式为,M(NO,3,),x,n,H,2,O,，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,）。,M,x,+,+,x,e,-,=M,0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：,x,=2,；,M=64,；,n,=3,产生,H,+,为,0.01mol,，,pH=1,.,59,练习：,用两支惰性电极插入,50mLAgNO,3,溶液中，,通电电解。当电解液的,PH,值从,6.0,变为,3.0,时,(,设电,解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体,积变化可以忽略,),，电极上析出银的质量大约是：,A,、,27mg B,、,54mg,C,、,108mg D,、,216mg,B,