高中化学选修4课件--19电解原理的应用

第四章电化学基础第三节电解池第二课时二、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2 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3 （1）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阳极：钛(表面镀有贵重金属或某些活性金属氧化物）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而引起爆炸；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4 －+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室5严格说此处是阳离子交换膜，只允许阳离子通过 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6 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(ZnFeNiAgAu等)纯铜粗铜阳极：Zn→Zn2+＋2e-Fe→Fe2+＋2e-Ni→Ni2+＋2e-Cu→Cu2+＋2e-ZnFeNiCuAgAu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7 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，铁片铜片硫酸铜溶液①电极：阳极——镀层金属或惰性电极阴极——待镀金属制品②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8 阳极：6O2--12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al4.冶炼铝通电总式：2Al2O34Al+3O2↑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?9 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10 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形成条件电极名称电极反应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。①两电极接直流电源②电极插人电解质溶液③形成闭合回路①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极②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。①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极②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11 1.a、b哪一极为正极？2.若要给铁叉镀锌，a极选用什么材料？选择何种溶液？3.若要给铁叉镀金，a极选用什么材料？选择何种溶液？思考:e-12 金属性强弱的判断已知①M+N2+=M2++N②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M③N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：P>M>N>E13 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—14 电解计算——电子守恒法例一：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,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:0.5×4=2mol,消耗4OH-2mol,即产生H+2mol.阴极生成0.5molH2,消耗H+1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/LpH=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.15 O2～2Cu～4Ag～4H＋～2H2～2Cl2～4OH－计算关系式：例二：用石墨电极电解100mLH2SO4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/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA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A16 例三：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，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0.01mol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：①金属M的相对原子质量及x、n值；②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。Mx++xe-=M0.005mol0.01mol0.32g所以：x=2；M=64；n=3产生H+为0.01mol，pH=117 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18 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ABCD阳极石墨CuCuCu阴极石墨石墨FePt电解液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液H2OB19 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20 答案：阳极：3H2→6H+＋6e－阴极：N2+6H++6e→2NH3通电电解反应：N2+3H22NH321 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，电路中通过摩电子（3）Ag极的电极反应是；析出物质是克（4）Cu(a)的电极反应是；（5）Cu(b)的电极反应是。22 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Ab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?23 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A4︰1B3︰1C2︰1D任意比24 电化学专题３＼４25 FeCu氯化铜溶液氯化铜溶液CuC氯化铜溶液CuC1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应ABDCFeCu氯化钠溶液练习26 （A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、写出下列装置的极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。练习27 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。28 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①若原溶液呈酸性则pH减小；②若原溶液呈碱性pH增大；③若原溶液呈中性pH不变。29吹毛求疵：实则是水变或电解质浓度变；唯一办法是活学活用掌握原理。 3.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30 ①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----电镀及氯碱工业待镀制品铜片硫酸铜溶液②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。③电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。1、电镀31 ⒉氯碱工业原理氯碱工业（离子膜法）+－精制饱和NaCl淡盐水Cl2H2NaOH溶液H2O含少量NaOHCl－Cl2H+OH－Na+Na+交换膜32 举例：1、a极变细，b极变粗：2、a极变细，b极有气泡：3、a极变粗，b极有气泡：4、a极有气泡,b极有气泡，且气体体积比为2：15、a极有气泡,b极有气泡;阴极加酚酞变红拓展练习33 4、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验数天后数天后图一图二（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：（2）图一说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：（3）图二说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：发生了原电池反应中性或弱碱吸氧负极：Fe-2e=Fe2+；正极：2H2O+O2+2e=4OH-负极：Fe-2e=Fe2+；正极：2H++2e=H2↑较强酸性析氢练习34 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①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②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①改变金属内部结构②覆盖保护层③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35 5.下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢顺序.FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水)B(海水)C(海水)D(海水)FeSnF(天然水)E(海水)DEFACB拓展练习36 6、汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O（1）试写出放电时的正、负极反应式正极:______________________________________负极:______________________________________（2）试写出充电时的阳、阴极反应式阳极:______________________________________阴极:______________________________________PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2OPb+SO42-－2e-=PbSO4练习PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-PbSO4+2e-=Pb+SO42-37 小结：四、原电池电解池的应用----可充电电池阴极：正极：还原反应极→得电子极→电子流入极放电：原电池充电：电解池负极：阳极：氧化反应极→电子流出极失电子极→氧化反应极失电子极→电子流出极→还原反应极得电子极电子流入极→38 此电池放电时，负极发生反应的物质为A．AgB．Zn(OH)2C．Ag2OD．Zn充电放电2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O7．银锌电池广泛用于电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：D拓展练习39 1．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+O2↑C、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40 2．如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为Ag2O和Zn电解质溶液是KOH溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：Zn+Ag2O==ZnO+2Ag根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是A、锌为负极，Ag2O为正极；B、放电时正极附近溶液的PH值升高；C、放电时负极附近溶液的PH值升高；D、溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动。AB巩固练习41 10．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．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC练习42 11、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是A．a电极是负极B．b电极的电极反应为：4OH—－4e→2H2O+O2C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D．氢氧燃料电池是一种只能将氧化剂和燃料全部储藏在电池内的发电装置BD43 12．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6+7O2+8KOH==4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是A．负极反应为14H2O+7O2+28e-==28OH-B．放电一段时间后，负极周围的pH减低C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14molD．放电过程中KOH的物质的量浓度不变BC练习44