《電解池及應用》PPT課件.ppt

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1、電解質溶液用惰性電極電解的示例：,含氧酸,H2SO4,強堿,NaOH,活潑金屬的含氧酸鹽,Na2SO4,無氧酸,HCl,陽極：4OH- -4e- O2 +2H2O 陰極：4H+ + 4e- 2H2,減小,增大,不變,H2O,陽極：2Cl- -2e- Cl2 陰極：2H++2e- H2,增大,HCl,不活潑金屬的無氧酸鹽,CuCl2,陽極：2Cl- -2e- Cl2 陰極：Cu2++2e- Cu,減少,CuCl2,活潑金屬的無氧酸鹽,NaCl,陽極：2Cl- -2e- Cl2 陰極：2H++2e- H2,增大,HCl,不活潑金屬的含氧酸鹽,CuSO4,陽極：4OH- -4e- O2+2H2O 陰

2、極：2Cu2++4e- 2Cu,減小,CuO,1. a今有2H2+O2=2H2O反應,KOH為電解質溶液構成燃料電池,則負極應通入___氣,正極通入___氣,電極反應為:負極_______________ 正極_____________ b如把KOH改為H2SO4作導電物質則電極反應:負極____________正極____________ a和b的電池液不同,反應進行后溶液的PH值各有何變化_________________ c.如把H2改CH4 , KOH作導電物質則電極反應為:負極_______________ 正極____________ 總反應式______________,氫,

3、氧,2H2+4OH- - 4e- =4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2 -4e- = 4H+,O2+4H++4e-=2H2O,a變小 b變大,CH4+10OH- -8e- =CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+2O2+2OH-=CO32- +3H2O,,氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是（ ） A. 電池放電時，負極周圍溶液的pH不斷增大 B. 電池放電時，鎳元素被氧化 C. 電池充電時，氫元素被還原 D.

4、 電池放電時，H2是負極,CD,4. 有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- 負極上CH4失去電子，電極反應式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正極上是O2獲得電子，電極反應式為： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 電池放電后，溶液pH升高 A. B. C. D. ,A,例1.判斷下列裝置的性質、現(xiàn)象、產(chǎn)物,上述各情況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是

5、 。,,討論與交流,,注. 在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解池陽極的腐蝕原電池陰極的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕,5、2、1、3、4,電解質溶于水或受熱融化狀態(tài),電解質電離后，再通直流電,電解質電離成為自由移動的離子。CuCl2=Cu2++2Cl-,只產(chǎn)生自由移動的離子,發(fā)生氧化還原反應生成了新物質,電解必須建立在電離的基礎上,小結1,電解與電離的區(qū)別與聯(lián)系,寫出下列物質的電離方程式 CuCl2 H2O NaHSO4 CH3COONH4,結論：電解質通電前在水溶液中自由移動的陰、陽離子作______________運動；在外電源的作用下（直流電)，改作

6、_________移動而導電。在導電的同時，在陽、陰兩極發(fā)生氧化還原反應，即被電解，電離是__________的前提。,自由,定向,電解,而金屬導電是由自由電子的定向運動形成，無反應發(fā)生，無新物質生成，兩者有本質區(qū)別。,電解池電極反應規(guī)律（陽氧陰還）,(1)陰極：得電子，還原反應 電極本身不參加反應 一定是電解質溶液中陽離子“爭”得電子,(2)陽極：失電子，氧化反應 若為金屬（非惰性）電極，電極失電子 若為惰性電極，電解質溶液中陰離子“爭”失電子,例.(2008江蘇13)用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是（ ） A.電解稀硫酸溶液，實質上是電解水，故溶液pH不變 B.電解稀氫氧化鈉溶液，要

7、消耗OH，故溶液pH減小 C.電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質的量之比為1:2 D.電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質的量之比為1:1,D,【思考】“實驗派”經(jīng)過反復、多次、精確的實驗測定，證明電解氯化銅溶液時pH值的變化如下圖曲線：,（1）電解前氯化銅溶液的 pH 值處于A點位置的原因是什么？ （2）“實驗派”的實驗結論是 ，該觀點的理由是（從化學原理上加以簡述）:,隨著電解的進行,溶液的pH下降.生成的氯氣溶于水使溶液酸性增強.,氯化銅為強酸弱堿鹽,銅離子水解使溶液呈酸性.,寫出下列裝置的電極反應式，并判斷A、B、C溶液PH值的變化。,鞏固練習,2.如上

8、圖所示，通電后A極上析出Ag，對該裝置的有關敘述正確的是 A.P是電源的正極 B.F極上發(fā)生的反應為：4OH- - 4e-=2H2O+O2 C.電解時，甲、乙、丙三池中，除E、F兩極外，其余電極均參加了反應 D.通電后，甲池的PH減小，而乙、丙兩池溶液的PH不變,,B,用鉑電極電解下表中各組物質的水溶液，電解一段時間以后，甲、乙兩池中溶液的pH值均減小，而在和兩極，電極產(chǎn)物的物質的量之比為12的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3,,D,為下圖所示裝置中，a、b

9、都是惰性電極，通電一段時間后，b極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是 AX是正極，Y是負極 BX是負極，Y是正極 CCuSO4溶液的PH值逐漸減小 DCuSO4溶液的PH值不變,AC,5.用兩支惰性電極插入500mLAgNO3溶液中， 通電電解。當電解液的PH值從6.0變?yōu)?.0時(設電 解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體 積變化可以忽略)，電極上析出銀的質量大約是： A、27mg B、54mg C、108mg D、216mg,B,二、電解原理的應用,電解飽和食鹽水反應原理,思考: （1）電解池的兩極各產(chǎn)生什么現(xiàn)象?若在兩極附近均滴加酚酞試液，會有什么現(xiàn)象? （2）怎樣初步

10、檢驗兩極產(chǎn)物的生成? （3）結合教材，分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。,在U型管里裝入飽和食鹽水，用一根碳棒作陽極，一根鐵棒作陰極。接通直流電源,實驗裝置,1.電解食鹽水,現(xiàn)象： 陽極：有氣泡產(chǎn)生，使?jié)駶櫟牡矸跭I溶液變藍 陰極：有氣泡產(chǎn)生，滴加酚酞溶液變紅,陽極：2Cl--2e- =Cl2 陰極：2H++2e- =H2 總式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 (條件:通電),實驗裝置,（1）生產(chǎn)設備名稱：離子交換膜電解槽 陰極：碳鋼 陽極：鈦鋼網(wǎng) 陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl、OH離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。 （2）離子交換膜的作用： a、防止氫氣和氯氣

11、混合而引起爆炸； b、避免氯氣和氫氧化鈉反應生成 ，而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。,氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿,,,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,,,,,,,淡鹽水,NaOH溶液,精制飽和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,陽離子交換膜,,陽極室,,陰極室,提示：,第二個問題：精制食鹽水,電解飽和食鹽水必須解決兩個主要問題:,泥沙、Na+、 Cl-、Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、SO42-,,Na+、 Cl-、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42-,,Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、 Fe3+ 、引入Ba2+,,Na+、 Cl-、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引入O

12、H-,,Na+、 Cl-、OH- 、引入CO32-,,Na+、 Cl-,沉降,除泥沙,略過量BaCl2 溶液,除SO42-,略過量 Na2CO3 溶液,除Ca2+、Ba2+,略過量NaOH 溶液,除Fe3+ 、Mg2+,過濾，加適量HCl溶液,調節(jié)PH 除CO32- 、OH-,2.銅的電解精煉,一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種粗銅的導電性遠不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會大大降低電線的導電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。,粗銅 含雜質(Zn Fe Ni Ag Au 等),純銅,粗銅,陽極：,Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni

13、 Ni2+2e- Cu Cu2+2e-（主要）,Zn Fe Ni CuAg Au,陰極: Cu2+ + 2e- Cu,,陽極泥,電解完后，CuSO4溶液的濃度會略有減小,CuSO4溶液,（08天津高考12 ）金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是（ ） （已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+） A陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式： Ni2+ + 2e = Ni B電解過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加 相等 C電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+ 和 Zn2+ D電解后，電解槽底部的陽

14、極泥中只有Cu和Pt,D,3、電解原理的應用--電鍍,1. 定義：,利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或是合金的過程。,2. 目的：,4. 電鍍的特點：,3. 電鍍材料的選擇：,陰極鍍件,電鍍液含有鍍層金屬離子的溶液,陽極鍍層金屬,使金屬增強抗腐蝕的能力，增加美觀和表面硬度。,1）陽極本身參加電極反應 2）電解質溶液的濃度保持不變,陽極：6O2--12 e- =3O2 陰極：4Al3+ + 12e- =4Al,4.冶煉鋁,原理:,助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉） 陽極材料(碳)和熔融氧化鋁需要定期補充,思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3?,

15、發(fā)生氧化還原反應，從而形成電流,電流通過引起氧化還原反應,兩個電極、電解質溶液或熔融態(tài)電解質、形成閉合回路、自發(fā)發(fā)生氧化還原反應,電源、電極（惰性或非惰性）、電解質（水溶液或熔融態(tài)）,由電極本身決定 正極：流入電子 負極：流出電子,由外電源決定 陽極：連電源正極 陰極：連電源負極,（外電路）負極 正極,電源負極陰極陽極電源正極,（外電路）正極負極,電源正極陽極陰極電源負極,負極：Zn - 2e- =Zn2+（氧化反應） 正極：2H+ + 2e- =H2（還原原應）,陽極：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反應) 陰極: Cu2+ + 2e- = Cu (還原反應),化學能 電能,電能

16、化學能,設計電池、金屬防護,氯堿工業(yè)、電鍍、電冶、金屬精煉,銅鋅原電池,電解氯化銅,電解池、電解精煉池、電鍍池的比較,將電能轉變成化學能的裝置。,應用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其它金屬的裝置。,兩電極接直流電源 電極插人電解質溶液 形成閉合回路,鍍層金屬接電源正極待鍍金屬接電源負極 電鍍液須含有鍍層金屬的離子,陽極：電源正極相連 陰極：電源負極相連,陽極：鍍層金屬； 陰極：鍍件,陽極：氧化反應 陰極：還原反應,陽極：氧化反應 陰極：還原反應,應用電解原理將不純的金屬提純的裝置。,不純金屬接電源正極純的金屬接電源負極 電解質溶液須待提純金屬的離子,陽極：不純金屬； 陰極：純金屬,陽極：氧化反

17、應 陰極：還原反應,1. a 、b哪一極為正極？,2. 若要給鐵叉鍍鋅， a極選用什么材料？ 選擇何種溶液？,思考:,e-,金屬性強弱的判斷 已知M+N2+=M2++N Pt極電解相同濃度P和M的硫酸鹽，陰極先析出M N與E有導線相連放入E的硫酸鹽溶液,電極反應：E2++2e-=E，N-2e-=N2+，則四種金屬活潑性由強到弱為,答案：PMNE,工業(yè)上采用Fe、C為電極電解K2MnO4溶液制KMnO4 1.電解時,應以 作陰極，電解過程中陰極附近溶液pH將會 , 2.陽極反應式為 , 3.總電解反應式為 .,2K2MnO4+2H2O=2KMnO

18、4+2KOH+H2,答案:Fe 增大 MnO42_e- =MnO4,電解計算電子守恒法 鉑電極電解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通電一段時間,兩極均產(chǎn)生11.2L(S.T.P)氣體.求電解后溶液的pH,并確定析出銅的物質的量.,解析：陽極 4OH--4e-=2H2O+O2 陰極 Cu2++2e- =Cu 2H++2e- =H2 陽極轉移電子的物質的量為: 0.54 = 2mol,消耗4OH- 2mol,即產(chǎn)生H+ 2mol. 陰極生成0.5molH2,消耗H+ 1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H2轉移的電子:0.5 2=1mol,故還有1m

19、ole- 用于還原Cu2+,可析出銅為0.5mol.,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,計算關系式：,例二 ： 用石墨電極電解100mL H2SO4與CuSO4的混合液，通電一段時間后，兩極均收集到2.24L（標況）氣體，則原混合液中Cu2+的物質的量濃度為（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,陽極O2為0.1mol，電子為0.4mol,則H2為0.1mol，所以Cu為0.1mol，濃度為A,某硝酸鹽晶體化學式為M(NO3)xnH2O，式量為242，將1.21g該晶體溶于水配成100mL溶液，用惰性電極進行電解。當有0.01 mol

20、 電子轉移時，溶液中金屬離子全部析出，此時陰極增重0.32g。求： 金屬M的相對原子質量及 x、n 值； 電解溶液的pH（溶液體積仍為100mL）。,Mx+ + xe- = M 0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3,產(chǎn)生H+為0.01mol，pH=1,1.右圖中x、y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質量增加,b極板處有無色無臭氣體放出,符合這一情況的,A,練 習,2. 根據(jù)金屬活動順序表，Cu不能發(fā)生如下反應： Cu + 2H2O=Cu(OH)2+ H2。但選擇恰當電極材料 和電解液進行電解，這個反應就能變?yōu)楝F(xiàn)實。下列四

21、種電極材料和電解液中，能實現(xiàn)該反應最為恰當?shù)氖?B,3.德國人哈伯發(fā)明了合成氨技術而獲得1918年諾貝爾化學獎，但該方法須在高溫高壓催化劑，否則難以自發(fā)進行。2000年希臘化學家斯佳在科學雜志上公布了他的新發(fā)明在常壓下把氫氣與氮氣通入一加熱到570的電解池（如圖）氫氮在電極上合成氨，而且轉化率高于哈伯法的五倍，達到80%.,該電解池采用了能傳導某種離子（ H+、 Li+、F-、 O2- ）的固體復合氧化物為電解質（簡稱SCY），吸附在SCY內外側表面的金屬鈀多孔多晶薄膜為電極。 寫出上文中電解池的陰陽極反應式和電解池總反應式。,固體復合氧化物,,4.在如下的裝置中進行電解，并已知鐵極的質量減小

22、11.2克。 （1）A是電源的 極 （2）電解過程中，電路中通過 摩電子 （3）Ag極的電極反應是 ；析出物質是 克 （4）Cu(a)的電極反應是 ； （5）Cu(b)的電極反應是 。,5.按照下圖接通線路，反應一段時間后，回答下列問題（假設所提供的電能可以保證電解反應的順利進行）： （1）U型管內發(fā)生什么現(xiàn)象?寫出有關反應的化學方程式 （2）在A b燒杯中發(fā)生什么現(xiàn)象 （3）如果小燒杯中有0.508克碘析出，問大燒杯中，負極減輕多少克?,,6.按下圖的裝置進行電解實驗：A極是銅鋅合金，B極為純銅，電解質中含有足量的銅離子。通電一段時間后，若A極恰好全部溶解，此時

23、B極質量增加7.68克，溶液質量增加0.03克，則A合金中Cu、Zn原子個數(shù)比為 A 41 B 31 C 21 D 任意比,電化學專題,1、寫出下列裝置的電極反應，并標明氧化反應還原反應,A,B,D,C,練 習,1、池型的判斷,有外加電源一定為電解池，無外加電源一定為原電池；多池組合時，一般含活潑金屬的池為原電池，其余都是在原電池帶動下的電解池。,小結：一、原電池與電解池的比較及判斷：,3、電解池放電順序的判斷,陽極放電： 1）惰性電極：則溶液中陰離子放電。 2）非惰性電極：電極材料首先失電子。,陰極放電：電極材料受保護，溶液中陽離子放電。,2、電極的判斷,原電池，看電極材料，電解池

24、看電源的正負極。,4、判斷溶液的pH變化：,先分析原溶液的酸堿性，再看電極產(chǎn)物。,（1）如果只產(chǎn)生氫氣而沒有氧氣，只pH變大；,（2）如果只產(chǎn)生氧氣而沒有氫氣，只pH變??；,（3）如果既產(chǎn)生氫氣又產(chǎn)生氧氣,若原溶液呈酸性則pH減??；,若原溶液呈堿性pH增大；,若原溶液呈中性pH不變。,電極： 陽極鍍層金屬 陰極待鍍金屬制品,小結：二、電解池的應用----電鍍及氯堿工業(yè),電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質溶液。,電解質溶液：溶液中CuSO4的濃度保持不變。,1、電鍍,氯堿工業(yè)原理,,舉例： 1、a 極變細，b 極變粗： 2、a 極變細，b 極有氣泡： 3、a 極變粗， b 極有氣泡： 4、a 極有

25、氣泡, b 極有氣泡，且氣體體積比為2 ：1 5、a 極有氣泡, b 極有氣泡;陰極加酚酞變紅,拓展練習,4、下列圖一、圖二是鐵釘在水中被腐蝕的實驗,數(shù)天后,數(shù)天后,,,圖一,圖二,（1）上述兩裝置中鐵釘發(fā)生變化的共性是： （2）圖一說明原溶液呈 性，鐵釘發(fā)生 腐蝕， 電極反應為： （3）圖二說明原溶液呈 性，鐵釘發(fā)生 腐蝕， 電極反應為：,發(fā)生了原電池 反應,中性或弱堿,吸氧,負極：Fe -2e = Fe2+ ； 正極：2H2O +O2 +2e=4OH-,負極：Fe -2e = Fe2+ ；正極：2H+ +2e = H2,

26、較強酸性,析氫,練 習,小結：三、電解池及原電池的應用----金屬的防護,1）金屬腐蝕快慢的判斷,電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕 化學腐蝕 有防腐蝕措施的腐蝕 同一種金屬的腐蝕： 強電解質弱電解質非電解質,2）金屬的防護方法,改變金屬內部結構,覆蓋保護層,電化學保護法,,外加電源的陰極保護法,犧牲負極的正極保護法,5.下列裝置暴露空氣中一段時間,鐵的腐蝕由快到慢 順序 .,Fe,Fe,C,Fe,Zn,A(海水),B(海水),C(海水),D(海水),F(天然水),E(海水),,拓展練習,6、汽車上用的鉛蓄電池是以一組充滿海綿狀灰鉛的鉛板和另一組結構相似的充滿二氧化鉛

27、的鉛板組成，用H2SO4作電解液?？?反應式為：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （1）試寫出放電時的正、負極反應式 正極:______________________________________ 負極:______________________________________ （2）試寫出充電時的陽、陰極反應式 陽極:______________________________________ 陰極:______________________________________,PbO2+4H++SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,Pb+ SO42-2e-

28、 =PbSO4,練 習,PbSO4+2H2O-2e- =PbO2 + 4H++SO42-,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,小結：四、原電池電解池的應用----可充電電池,陰極：,正極：,放電：原電池,充電：電解池,負極：,陽極：,此電池放電時，負極發(fā)生反應的物質為 AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn,充電,放電,2Ag + Zn(OH)2,Ag2O + Zn + H2O,7銀鋅電池廣泛用于電子儀器的電源，它的充電和放電過程可表示為：,D,拓展練習,2如圖為一種鈕扣微型電池，其電極分別為Ag2O和Zn電解質溶液是KOH溶液，俗稱銀鋅電池，該電池的電極反應式為：Zn +

29、Ag2O== ZnO+2Ag根據(jù)以上提供的資料，判斷下列說法正確的是 A、鋅為負極，Ag2O為 正極； B、放電時正極附近溶液的PH值升高； C、放電時負極附近溶液的PH值升高； D、溶液中陰離子向正極方向移動，陽離子向負極方向移動。,AB,鞏固練習,11、下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是 Aa電極是負極 Bb電極的電極反應為：4OH4e 2H2O+O2 C氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源 D氫氧燃料電池是一種只能將氧化劑和燃料全部儲藏在電池內的發(fā)電裝置,,BD,12一種新型的燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應為：2C2H6+7O2+8KOH==4K2CO3+10H2O，有關此電池的推斷正確的是 A負極反應為14H2O+7O2+28e-==28OH- B放電一段時間后，負極周圍的pH減低 C每消耗1molC2H6，則電路上轉移的電子為14mol D放電過程中KOH的物質的量濃度不變,B C,練 習,