选修四第三章第三节电解池第一课时.ppt

1,选修四第三章第三节 电解池（第一课时）,2,思考回忆,1、电解质是指在_能够导电的化合物。2、电离是指电解质在_或_状态下离解成_的过程。3、原电池是_ 的装置。4、构成原电池的条件是,水溶液或熔融状态下,水溶液,熔融,自由移动离子,把化学能转化为电能,两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,3,氢气,氧气,+,4,原理分析-我们来一起想一想,1、纯水中有哪些微粒？2、在接通电源时，哪极电势高，微粒如何运动？3、H2是怎么产生的？O2又会是如何产生的？,H+、OH-、H2O,H+向负极移动、OH-向正极移动。,H+H2 OH-O2,实质,2H+2e-=H2,4OH-4e-=O2+2H2O,（发生还原反应-阴极）,（发生氧化反应-阳极）,H2O H+OH-,5,通电时离子和电子的移动方向,H+,OH-,电极电势高,电极电势低,H2,O2,+,H2O H+OH-,6,实践探究,1、向氯化铜溶液中通入直流电,A：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：,7,实践探究,1、向氯化铜溶液中通入直流电,B:实践检验,实验:将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入U型管的CuCl2溶液中，再接通12V直流电,观察现象。约35min后切断电源。,现象,阳极-,有气泡产生,O2?Cl2?,如何检验?,阴极-,有红色的固体,Cu,解释,阳极-,阴极-,2Cl-2e-=Cl2,Cu2+2e-=Cu,2Cl-+Cu2+=Cl2+Cu,总反应式：,通电,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 氧化反应,阳极:与电源正极相连 还原反应,阴、阳 电极,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。,9,电极产物反思,为什么不是氧气呢？,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,10,阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电。,一、电解原理,影响离子放电的因素：,4.放电能力,11,阴极：氧化性强的离子先得电子,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 S2IBrClOH含氧酸根F,阳极：还原性强的离子先失电子,电解质在水溶液中放电顺序,掌握,除Pt、Au,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+浓度大时先于 H+放电 H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+水中H+先放电,12,小结：,电极反应：,阳氧化、阴还原,离子流向：,异性相吸,电子流向：,电子从负极流向阴极，经溶液离子导电，再从阳极流回正极,(阳氧),13,例以石墨碳棒为电极，请写出电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。CuSO4溶液:,想一想、做一做,阳极：4OH-4e-2H2O+O2 阴极：2Cu2+4e-2Cu,电解,总反应式：2Cu2+2H2OCu+O2+4H+,想一想，H+应该在哪一极生成？,14,例以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。(1)NaCl溶液:(2)CuSO4溶液:,想一想、做一做,阳极：4OH-4e-2H2O+O2 或(4H2O 4H+4OH-)阴极：2Cu2+4e-2Cu,电解,总反应式：2Cu2+2H2OCu+O2+4H+,阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2H+2e-=H2,总反应方程式：2Cl-+2H2O=Cl2+H2+2OH-,电解,想一想，H+应该在哪一极生成？,OH-在哪一极生成？,阴极,阳极,15,课堂小结：我应该学会什么！,知道什么是电解池吗？知道什么是电解池的阳极与阴极吗？会分析电解质溶液中存在的阴阳离子吗？知道电解池中阴阳离子的运动吗？知道阳极一般是何种微粒发生反应？发生什么反应吗？阴极又是何种微粒发生反应？发生什么反应吗？给你放电顺序你能书写电极反应式吗？能写出总反应式吗？假如不给呢，你也会吗？,16,1.分析溶液中存在的所有离子（包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。2.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，完成电极反应式。（注意得失电子守恒）3.由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（弱电解质的须保持分子形式）,【方法小结】,17,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,18,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：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,19,3、以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，在阴、阳两极上分别是什么离子放电？总结有什么特点或规律？,课后作业-训练与思考,第一组:HCl、CuCl2第二组:NaCl、CuSO4第三组:Na2SO4、H2SO4、NaOH,20,4、指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应式，并表示出电子移动方向。,课后作业-思考与训练,e-如何流向?,?池,?池,?极,?极,?极,?极,21,选修四第三章第三节 电解池（第二课时）,22,思考1.初中教材中，电解水时，我们在水中加入了稀硫酸或者氢氧化钠溶液的作用是什么?说明了什么？,导电作用,说 明,得电子能力：,失电子能力：,H+Na+,OH-SO42-,23,发散思维,上一堂课我们主要学习了用惰性电极电解水溶液的反应原理及变化规律。假如我们用较为活泼的金属做为电极来电解，结果一样吗？除了电解水溶液外，有一类物质在何状态下也能发生电离？是否也能发生电解？我们学习过这一类电解吗？请举几例。,24,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、钛等)时：溶液中阴离子按顺序放电,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。,阳极：,阴极:,总结：,原因是什么？,25,阴极,阳极,氯气,铜,阳极：2Cl-2 e-=Cl2,阴极：Cu2+2e-=2Cu,减小,减小,CuCl2,CuCl2溶液,二、电解规律(用惰性电极电解时),26,阳极,阴极,O2,H2,阳极:4OH-4e-2H2O+O2,阴极:4H+4e-2H2,变大,不变,加H2O,Na2SO4溶液,2H2O 2H2+O2,27,阳极,阴极,氯气,氢气,阳极:2Cl-2e-Cl 2,阴极:2H+2e-H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,减小,增大,加HCl,NaCl溶液,28,阳极,阴极,氧气,铜,阳极:4OH-4e-2H2O+O2,阴极：Cu2+2e-Cu,减小,减小,加CuO,CuSO4溶液,29,电解质溶液用惰性电极电解的示例：,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阳极：4OH-4e-O2+2H2O阴极：4H+4e-2H2,减小,增大,不变,H2O,阳极：2Cl-2e-Cl2阴极：2H+2e-H2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极：2Cl-2e-Cl2阴极：Cu2+2e-Cu,减少,CuCl2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极：2Cl-2e-Cl2阴极：2H+2e-H2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO4,阳极：4OH-4e-O2+2H2O阴极：2Cu2+4e-2Cu,减小,CuOH？,CuO,30,1.写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液pH的变化。,巩固练习,31,2.如上图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是A.P是电源的正极B.F极上发生的反应为：4OH-4e-=2H2O+O2C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应D.通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变,B,32,3.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12的是 甲 乙 A B C D甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3,33,4.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AX是正极，Y是负极BX是负极，Y是正极CCuSO4溶液的PH值逐渐减小DCuSO4溶液的PH值不变,AC,34,5.用两支惰性电极插入50mLAgNO3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,35,选修四第三章第三节 电解池（第三课时）,36,（2）对该装置的有关叙述正确的是A.P是电源的正极B.F极上发生的反应为：4OH-4e-=2H2O+O2C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参 加了反应D.通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变,B,巩固练习,1如图所示：通电后A极上析出Ag(1)判断电源以及甲、乙、丙三池中的电极名称，并分别书写电极反应式,37,二、电解原理的应用,38,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,39,1.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,40,(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:,41,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,42,提示：,第二个问题：精制食盐水,43,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+,精制盐水,44,2.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,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,CuSO4溶液,45,银的电解精炼,粗银 含杂质(Zn Fe Ni Cu Au 等),纯银,粗银,阳极：,Zn 2e-Zn2+Fe 2e-Fe2+Ni 2e-Ni2+Cu 2e-Cu2+Ag 2e-Ag+,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极:Cu2+2e-Cu,阳极泥,问：电解完后，AgNO3溶液的浓度有何变化？,AgNO3溶液,46,3.电镀,电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其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。,电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，,电极：阳极镀层金属 或惰性电极 阴极待镀金属制品,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,溶液中CuSO4的浓度保持不变或变小,47,4、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。,48,阳极：6O2-12 e-=3O2 阴极：4Al3+12e-=4Al,冶炼铝,原理:,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,49,冶炼铝设备图,烟罩,50,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,51,1、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。,52,4、判断溶液的pH变化：,先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。,（1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；,（2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；,（3）如果既产生氢气又产生氧气,若原溶液呈酸性则pH减小；,若原溶液呈碱性pH增大；,若原溶液呈中性pH不变。,53,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,54,氯碱工业原理,55,小结：三、电解池及原电池的应用-金属的防护,1）金属腐蚀快慢的判断,电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐蚀措施的腐蚀同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质,2）金属的防护方法,改变金属内部结构,覆盖保护层,电化学保护法,外加电源的阴极保护法,牺牲负极的正极保护法,56,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：,57,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-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为,答案：PMNE,58,工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO41.电解时,应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会,2.阳极反应式为,3.总电解反应式为.,2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2,答案:Fe 增大 MnO42_e-=MnO4,59,例三：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量为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-=M0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：x=2；M=64；n=3,产生H+为0.01mol，pH=1,60,1.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,A,练 习,61,2.根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2。但选择恰当电极材料 和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四 种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是,B,62,3.德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在科学杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到80%.,该电解池采用了能传导某种离子（H+、Li+、F-、O2-）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。,固体复合氧化物,63,64,4.在如下的装置中进行电解，并已知铁极的质量减小11.2克。（1）A是电源的 极（2）电解过程中，电路中通过 mol电子（3）Ag极的电极反应是；析出物质是 g（4）Cu(a)的电极反应是；（5）Cu(b)的电极反应是。,65,5.按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）：（1）U型管内发生什么现象?写出有关反应的化学方程式（2）在A b烧杯中发生什么现象（3）如果小烧杯中有0.508克碘析出，问大烧杯中，负极减轻多少克?,66,6.按下图的装置进行电解实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68克，溶液质量增加0.03克，则A合金中Cu、Zn原子个数比为A 41 B 31 C 21 D 任意比,