高二化學選修四《化學反應原理》電庠砣靠渭共4.ppt

新課標人教版選修四第三節(jié)電解池 四課時 2010年12月23日 已知 1molNa在氯氣中燃燒放出411kJ的熱量 試寫出該反應的熱化學方程式 聯想 質疑 金屬鈉是在1807年通過電解氫氧化鈉制得的 這個原理應用于工業(yè)生產 約在1891年才獲得成功 1921年電解氯化鈉制鈉的工業(yè)方法實現了 由于金屬鈉在現代技術上得到重要應用 它的產量顯著地增加 目前 世界上鈉的工業(yè)生產多數是用電解氯化鈉的方法 少數仍沿用電解氫氧化鈉的方法 電解是將電能轉化為化學能的一種重要方法 一 電解原理 以電解氯化鈉為例 實驗 用惰性 石墨 電極電解熔融的氯化鈉 現象 陽極 有氣泡 有刺激性氣味 并能使?jié)駶櫟腒I 淀粉試紙變藍 Cl2 陰極 有金屬鈉析出 陰極 陽極 氯氣 鈉 熔融NaCl 實驗分析 通電前 分析熔融電解質中的離子情況陽離子 Na 陰離子 Cl 做無規(guī)則運動 通電后 必須直流電 1 確定電極名稱 陽極 接電源正極 陰極 接電源負極 與電極材料無關 2 判斷電極產物并書寫電極反應 陽離子移向陰極放電 陰離子移向陽極放電陽極 2Cl Cl2 2e 氧化反應陰極 2Na 2e 2Na還原反應總式 電解 使電流通過電解質溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應的過程 電解池 借助氧化還原反應 把電能轉化為化學能的裝置 構成條件 1 外加直流電源 2 與電源相連的兩個電極 接電源正極的為陽極 發(fā)生氧化反應接電源負極的為陰極 發(fā)生還原反應 3 電解質溶液或熔化的電解質 電子的流向 電子從外加電源的負極流出 流到電解池的陰極 再從陽極流回電源正極 注 電子只在外電路定向移動 不能從溶液中移動 離子定向移動的方向 陽離子向陰極移動 陰離子向陽極移動 惰性電極與活性電極 惰性電極 鉑 金 石墨 僅僅導電 不參與反應活性電極 除鉑 金外的金屬 既可以導電 又可以參與電極反應 電解過程不僅可以在熔融電解質中進行 也可以在電解質溶液中進行 以電解氯化銅為例 實驗 用惰性 石墨 電極電解氯化銅溶液 現象 陽極 有氣泡 有刺激性氣味 并能使?jié)駶櫟腒I 淀粉試紙變藍 Cl2 陰極 碳棒上有一層紅色的銅析出 陰極 陽極 氯氣 銅 CuCl2溶液 實驗分析 通電前 分析電解質溶液中的離子情況陽離子 H Cu2 陰離子 OH Cl 做無規(guī)則運動 通電后 必須直流電 1 確定電極名稱 陽極 接電源正極 陰極 接電源負極 與電極材料無關 3 判斷電極產物并書寫電極反應 陽離子移向陰極放電 陰離子移向陽極放電陽極 2Cl Cl2 2e 氧化反應陰極 Cu2 2e Cu還原反應總式 2 判斷離子的放電順序 陽離子 Cu2 H 陰離子 Cl OH 4 分析電解質溶液的變化情況 氯化銅溶液濃度降低 離子放電順序 陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電 活性材料作電極時 金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進人溶液 陰離子不容易在電極上放電 用惰性電極 Pt Au 石墨 鈦等 時 溶液中陰離子的放電順序 由難到易 是 S2 SO32 I Br Cl OH NO3 SO42 等含氧酸根離子 F Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na Ca2 K 注 當離子濃度相差較大時 放電順序要發(fā)生變化 相同時按H 不同時按 H 無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應 發(fā)生反應的是溶液中的陽離子 陽離子在陰極上放電順序是 陽極 陰極 電解規(guī)律 陰極 陽極 氯氣 銅 陽極 2Cl 2e Cl2 陰極 Cu2 2e 2Cu 減小 減小 CuCl2 CuCl2溶液 陽極 陰極 氧氣 氫氣 陽極 4OH 4e 2H2O O2 陰極 4H 4e 2H2 變大 不變 加H2O Na2SO4溶液 2H2O2H2 O2 陽極 陰極 氯氣 氫氣 陽極 2Cl 2e Cl2 陰極 2H 2e H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 減小 增大 加HCl NaCl溶液 陽極 陰極 氧氣 銅 陽極 4OH 4e 2H2O O2 陰極 Cu2 2e Cu 減小 減小 加CuO CuSO4溶液 電解規(guī)律 惰性電極 小結 陽極 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 與 區(qū) 電解本身型如CuCl2 HCl 與 區(qū) 放氫生堿型如NaCl 與 區(qū) 放氧生酸型如CuSO4 AgNO3 與 區(qū) 電解水型如Na2SO4 H2SO4 NaOH 陰極 Ag Fe3 Cu2 H Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na 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陰極 2Cu2 4e 2Cu 減小 CuO 二 電解原理的應用 電解飽和食鹽水反應原理 思考 1 電解池的兩極各產生什么現象 若在兩極附近均滴加酚酞試液 會有什么現象 2 怎樣初步檢驗兩極產物的生成 3 結合教材 分析產生這種現象的原因 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 現象 陽極 有氣泡產生 使?jié)駶櫟牡矸?KI溶液變藍陰極 有氣泡產生 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 生產設備名稱 離子交換膜電解槽陰極 碳鋼陽極 鈦陽離子交換膜 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 離子交換膜 陽極室 陰極室 粗鹽的成份 泥沙 Ca2 Mg2 Fe3 SO42 雜質 會與堿性物質反應產生沉淀 損壞離子交換膜 精制食鹽水 雜質的除去過程 粗鹽水 含少量Ca2 Mg2 精制鹽水 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 ZnFeNiAgAu等 純銅 粗銅 陽極 Zn Zn2 2e Fe Fe2 2e Ni Ni2 2e Cu Cu2 2e ZnFeNiCuAgAu 陰極 Cu2 2e Cu 陽極泥 問 電解完后 CuSO4溶液的濃度有何變化 CuSO4溶液 3 電鍍 電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程 它是電解原理的又一重要應用 電鍍可以使金屬更加美觀耐用 增強防銹抗腐能力 例如 鋼鐵是人們最常用的金屬 但鋼鐵有個致命的缺點 就是它們易被腐蝕 防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬 如鋅 銅 鉻 鎳等 電鍍 電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程 電極 陽極 鍍層金屬或惰性電極陰極 待鍍金屬制品 電鍍液 含有鍍層金屬離子的電解質溶液 溶液中CuSO4的濃度保持不變或變小 陽極 6O2 12e 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 冶煉鋁設備圖 煙罩 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 P M N E 工業(yè)上采用Fe C為電極電解K2MnO4溶液制KMnO41 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 2KMnO4 2KOH H2 答案 Fe增大MnO42 e MnO4 電解計算 電子守恒法例一 鉑電極電解1LCu NO3 2和KNO3混合溶液 通電一段時間 兩極均產生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 5 4 2mol 消耗4OH 2mol 即產生H 2mol 陰極生成0 5molH2 消耗H 1mol 所以溶液中C H 1mol LpH 0生成H2轉移的電子 0 5 2 1mol 故還有1mole 用于還原Cu2 可析出銅為0 5mol O2 2Cu 4Ag 4H 2H2 2Cl2 4OH 計算關系式 例二 用石墨電極電解100mLH2SO4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 LB 2mol LC 3mol LD 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 例三 某硝酸鹽晶體化學式為M NO3 x nH2O 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 01mol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 M0 005mol0 01mol0 32g 所以 x 2 M 64 n 3 產生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實 下列四種電極材料和電解液中 能實現該反應最為恰當的是 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 2 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 鞏固練習 1 如圖所示 通電后A極上析出Ag 1 判斷電源以及甲 乙 丙三池中的電極名稱 并分別書寫電極反應式 4 在如下的裝置中進行電解 并已知鐵極的質量減小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)生什么現象 寫出有關反應的化學方程式 2 在Ab燒杯中發(fā)生什么現象 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原子個數比為A4 1B3 1C2 1D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 2 寫出下列裝置的極反應 并判斷A B C溶液PH值的變化 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 再看電極產物 1 如果只產生氫氣而沒有氧氣 只pH變大 2 如果只產生氧氣而沒有氫氣 只pH變小 3 如果既產生氫氣又產生氧氣 若原溶液呈酸性則pH減小 若原溶液呈堿性pH增大 若原溶液呈中性pH不變 3 右圖中x y分別是直流電源的兩極 通電后發(fā)現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 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極有氣泡 b極有氣泡 且氣體體積比為2 15 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 數天后 數天后 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 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的鉛板組成 用H2SO4作電解液 總反應式為 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 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 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A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn 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