《电解离子膜》PPT课件.ppt

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1、,第三节 电解池,思考回忆,1、电解质是指在水溶液或熔融状态下能够导电的化自由移动离子合物。2、电离是指电解质在水溶液中或熔融状态下离解成自由移动离子的过程。3、原电池是把化学能转化为电能的装置。4、构成原电池的条件是两个电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,探究实验,无 明显变化,没有且不能自发发生原电池反应,装置不满足构成原电池的条件,分析原因:,C,C,【猜 想】,CuCl2溶液在导电（通电）时会不会发生化学反应？,阴极,阳极,CuCl2溶液,实践探究,向氯化铜溶液中通入直流电,理论先行,思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？思考3：猜

2、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？,阳离子：Cu2+H+阴离子：Cl-OH-,Cu2+H+向阴极区移动；Cl-OH-向阳极区移动,Cl-Cl2 OH-O2,H2O H+OH-,CuCl2 Cu2+2Cl-,阴极区：,Cu2+Cu H+H2,阳极区：,向氯化铜溶液中通入直流电,思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？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？,Cu2+,e-,e-,电子流出,Cu2+运动,Cl-运动,Cl-,Cl-,Cl-运动,电子流入,通电前：,CuCl2=Cu2+2Cl-,通电后：

3、,Cu2+、+移向阴极：,2Cl-2e=Cl2,Cu2+2e=Cu,Cl-、OH-移向阳极：,总反应：,阳极,阴极,H+,H+,OH-,OH-,Cu,Cu2+2e-=Cu,还原反应,Cl2,2Cl-2e-=Cl2,氧化反应,总反应,电解,e-,构成电解池的条件是什么？,(1)外接直流电源；,(2)有两个电极；,(3)有电解质溶液或熔融态的电解质；,(4)形成闭合回路。,+,Cu2+,Cl-,Cl-,H+,OH-,(阴极、阳极),电子流向,负极,阴极,阳极,正极,e-,Cu2+,e-,e-,电子流出,Cl-,Cl-,电子流入,H+,OH-,1.电解：,使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化

4、还原反应的过程，叫做电解。,3.构成电解池的条件：,直流电源；,电解质溶液或熔融电解质；,2.电解池：,电能转变为化学能的装置。,一、电解原理,形成闭合回路。,碳,碳,阴极,阳极,阳极：,与电源正极相连；,阴离子移向该极，失电子，发生氧化反应。,阴极：,与电源负极相连，电子流入；,阳离子移向该极，得电子，发生还原反应。,碳,碳,阴极,阳极,电极反应式：,阴极：,阳极：,2Cl 2e Cl2,Cu2+2e Cu,还原反应,氧化反应,总反应：,通电,阴、阳 电极,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）,离子定向

5、移动的方向:阳离子向 阴极移动,阴离子向 阳极移动.,与电源正极连+电源-与电源负极连氧化反应 还原反应2Cl2e-=Cl2 阳极 惰性电极 阴极 Cu2+2e-=Cu 阴离子移向 CuCl2溶液 阳离子移向,电子流出,电子流入,电解的工作原理：,组成：,两个电极、,电解质溶液、,直流电源,电极,阳极：,与外电源正极相连的电极，出电子，氧化反应。,阴极：,与外电源负极相连的电极，进电子，还原反应。,惰性电极：,C、Pt、Au 等，不论做阴极、阳极，本身都不反应。,活性电极：,Fe、Cu、Ag等,做阴极一般本身不反应；做阳极，本身被氧化溶解。,电 解 池,电极材料,电极产物反思,为什么不是氧气呢

6、？,为什么不产生氢气呢？,说明：得失电子的能力不同,失电子能力：,Cl-OH-,得电子能力：,Cu2+H+,放电能力,放电次序,4.电解池电极反应规律,(1)阴极：得电子，还原反应（一般）电极本身不参加反应 一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子,(2)阳极：失电子，氧化反应 若为金属（非惰性）电极，电极失电子 若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子,离子放电顺序：,活性材料作电极时：金属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（由难到易）是：,S 2-SO32-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧

7、酸根离子）F-,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：,阳极：,阴极:,离子放电顺序：,S 2-SO32-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子）F-,Ag+Fe3+Cu2+H+(酸的溶液)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（水提供）Al3+Mg2+Na+Ca+K+注：电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+,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：,阳极：,阴极:,只在熔融状态下放电，在水溶液中永远不放电。,实验：用惰性（石墨）电极电解熔

8、融的氯化钠,现象：阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的KI-淀 粉试纸变蓝（Cl2),阴极：有金属钠析出,阴极,阳极,氯气,钠,熔融NaCl,电解过程不仅可以在电解质溶液中进行，也可以在熔融电解质中进行。,实验分析：,通电前：分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：Na+阴离子：Cl-做无规则运动,通电后：（必须直流电）（1）确定电极名称：阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）与电极材料无关,（2）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 阳极：2Cl-Cl2+2e-氧化反应 阴极：2Na+2e-2Na 还原反应总式：,比较离子的放电能力，然后根据阴极还原、阳极氧化得

9、出电极产物,还原反应,氧化反应,C,阳离子,阴离子,【电解原理的学习方法】,1.分电极 与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。,2.析溶液分析溶液中存在的所有离子（水溶液中包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。,3.判流向 阴离子定向移向阳极；阳离子定向移向阴极。,4.定反应,用惰性电极电解电解质水溶液时，根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反应，而阴离子在阳极发生氧化反应，,若用金铂钛以外的金属作电极时：若为阴极，则金属不参加电极反应；若为阳极则首先是点击材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。,5.先写电极式 正确书写电极式，要注意得失电子守恒和离子来自何种电解质,6

10、.再写方程式 将阴阳两极的电极反应式合并即可得总方程式，要注意条件，并用分子式表示弱电解质。,OH SO4 2,例：,写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式，,方 法,阴极：,阳极：,、最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式；,阴极：,阳极：,4OH 4eO2+2H2O,2Cu2+4e2Cu,H+Cu2+,H2O H+OH,CuSO4 Cu2+SO4 2,、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：,、然后写电极反应式：,2CuO2+4H+,或 2CuSO4+2H2O,（电解化学方程式）,2CuO2+2H2SO4,2Cu2+2H2O,（电解离子方程式）,某同学在做电解水的实

11、验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其加快电解速率？,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,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

12、：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,二、电解原理的应用,电解饱和食盐水反应原理,思考:（1）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，会有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象的原因。,在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源,实验装置,（1）在NaCl溶液中,NaCl电离出，H2O电离出。通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阳极移动。在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成。阳极方程式：;（2）在阴极，由于 容易得到电子

13、被还原生成 使H2O 电离向右移动，因此阴极 浓度增大，PH。阴极方程式：。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,Na+、Cl-,H+、OH-,Cl-、OH-,Cl-,Cl2,H+,H2,OH-,增大,Na+、H+,1、氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。,总化学方程式：;总离子方程式:.(3)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,1.电解食盐水,现象：阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉KI溶液变蓝阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变

14、红,阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2H+2e-=H2总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2(条件:通电),实验装置,(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:.,第一个问题:,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,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题:,（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

15、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,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,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,提示：,第二个问题：精制食盐水,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题:,粗盐的成份：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜,精制食盐水,杂质的除去过程：,粗盐水,含少量Ca2+.Mg2+,精制盐

16、水,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.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。,粗铜 含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等),纯铜,粗铜,阳极：,Zn Zn2+2e-Fe Fe2+2e-Ni Ni2+2e-Cu Cu2+2e-,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极:Cu2+2e-Cu

17、,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,CuSO4溶液,3、电镀,、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层 其它金属或合金的过程。,、电镀池形成条件,、镀件作阴极,、镀层金属作阳极,、含镀层金属阳离子 的盐溶液作电解液,、电镀的特点,电镀液的组成及酸碱性保持不变,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,通直流电后，,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2Na+2e-=2Na,总反应：,2NaCl(熔融)2Na+Cl2,结论：电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是最强有力的氧化还原的手段。,电解熔融氯化钠制钠,4、电冶金（使用电解法冶炼像钠

18、、镁、铝等活泼金属的方法）,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?,冶炼铝设备图,烟罩,原电池、电解池、电镀池判定规律,若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金

19、属与电解质溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情况为电解池。,讨论：比较电解池和原电池的异同,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

20、极：还原反应,1、池型的判断,有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。,小结：一、原电池与电解池的比较及判断：,3、电解池放电顺序的判断,阳极放电：1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。2）非惰性电极：电极材料首先失电子。,阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。,2、电极的判断,原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。,电极：阳极镀层金属 阴极待镀金属制品,小结：二、电解池的应用-电镀及氯碱工业,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。,1、电镀,氯碱工业原理,小结：四、原电池电解池的应用-可充电电池,阴极：,正极：,放电：原电池,充电：电解池,负极：,阳极：,