高三化學(xué)原電池 電解原理及其應(yīng)用附學(xué)案原電池 電解原理.ppt

原電池電解原理及其應(yīng)用 1 4 3 8 5 一 原電池 電解池原理比較 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 活動(dòng)性不同的兩電極連接 電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì) 形成閉合電路 兩電極接電源 電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì) 外接直流電源成閉合回路 一 原電池 電解池原理比較 由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極 由電源負(fù)極流入陰極 再由陽極流回電源正極 較活潑的金屬 電子流出的一極 較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬 電子流入的一極 正 負(fù) 氧化反應(yīng) 金屬失電子 氧化反應(yīng) 溶液中陰離子或電極金屬失電子 zn 2e zn2 2cl 2e cl2 還原反應(yīng) 溶液中陽離子得電子或氧氣得電子 吸氧腐蝕 2h 2e h2 還原反應(yīng) 溶液中陽離子得電子 2h 2e h2 原電池 電解池 電鍍池判定規(guī)律 若無外接電源 可能是原電池 然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定 若有外接電源 兩極插入電解質(zhì)溶液中 則可能是電解池或電鍍池 當(dāng)陽極金屬與電解質(zhì)溶液中的金屬陽離子相同則為電鍍池 其余情況為電解池 二 原電池的應(yīng)用 1 電極反應(yīng)的判斷 例題2 1 以鉑為電極 在兩極上分別通入h2和o2 用koh濃溶液做電解質(zhì)溶液 組成氫氧堿性燃料電池 電池的負(fù)極是pt h2 復(fù)合電極 正極是pt o2 寫出兩個(gè)電極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式 負(fù)極 正極 總電池反應(yīng) 2 若將上述燃料電池的電解質(zhì)溶液改為硫酸溶液 則為氫氧酸性燃料電池 寫出兩個(gè)電極的電極反應(yīng)式 負(fù)極 正極 3 甲烷 氧氣及koh電解質(zhì)溶液也可組成新型燃料電池 用pt作兩個(gè)電極 寫出兩個(gè)電極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式 負(fù)極 正極 總電池反應(yīng) 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o ch4 10oh 8e co32 7h2o 2o2 4h2o 8e 8oh ch4 2o2 2oh co32 3h2o 小結(jié) 原電池的電極為惰性電極時(shí) 應(yīng)考慮通入的氣體或空氣中的氧氣發(fā)生的反應(yīng) 吸氧腐蝕的正極反應(yīng) 判斷電極反應(yīng) 書寫電極反應(yīng)式時(shí) 不能忽視電解質(zhì)中某些可參加反應(yīng)的微粒 2 化學(xué)電池 新型燃料電池 鋅錳干電池 鉛蓄電池 鋰電池 例題3 鋅 錳干電池以zn和石墨為電極 以mno2和nh4cl為原料 在放電時(shí)的總反應(yīng)方程式為 zn 2mno2 2nh4 zn2 mn2o3 2nh3 h2o則在電池放電時(shí) 碳棒正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是 a mno2和nh4 b zn2 和nh3c znd c a 例題4 鋰電池 鋰是一種堿金屬元素 其相對原子質(zhì)量為7 的比容量 單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量 特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起博器 一般使用時(shí)間可長達(dá)十年 它的負(fù)極用金屬鋰制成 電池總反應(yīng)可表示為 li mno2 limno2試回答 電極反應(yīng)式為 負(fù)極 正極 鋰電池比容量特別大的原因是 鋰電池中電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制 為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液 請用化學(xué)方程式表示其原因 li e li mno2 e mno2 鋰的摩爾質(zhì)量小 等質(zhì)量的鋰比其它金屬失去的電子多 2li 2h2o 2lioh h2 例題5 鉛蓄電池的電極材料是pb和pbo2 電解質(zhì)溶液為30 稀硫酸 放電時(shí)電極反應(yīng)式表示為 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o pb的 2價(jià)態(tài)穩(wěn)定 pbso4難溶于水 則電極反應(yīng)式為 正極 負(fù)極 原電池工作過程中 電解液的ph值 填增大 不變或減小 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o pb so42 2e pbso4 增大 3 金屬腐蝕 例題6 炒過菜的鐵鍋未及時(shí)洗凈 殘液中含有nacl 第二天便會(huì)因被腐蝕而出現(xiàn)紅褐色銹斑 試回答 1 鐵鍋的銹蝕應(yīng)屬于 腐蝕的原因 2 鐵鍋銹蝕的電極反應(yīng)式為 負(fù)極 正極 正 負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng) 反應(yīng)的離子方程式或化學(xué)方程式為 電化學(xué)腐蝕 鐵鍋為鐵合金 鐵和含有的少量碳及nacl殘液構(gòu)成了原電池 2fe 4e 2fe2 2h2o o2 4e 4oh fe2 2oh fe oh 2 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 fe oh 3 fe2o3 nh2o 小結(jié) 金屬腐蝕快到慢順序 電解槽的陽極 原電池負(fù)極 直接置于空氣 原電池正極 電解槽的陰極 閱同期聲例4 金屬的防護(hù) a 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu) b 在金屬表面覆蓋一層保護(hù)膜 c 電化學(xué)保護(hù)法 犧牲陽極的陰極保護(hù)法 外加電流的陰極保護(hù)法 例題7 00年春季 100ml濃度為2mol l的鹽酸跟過量的鋅片反應(yīng) 為加快反應(yīng)速率 又不影響生成的氫氣的總量 可采用的方法是 a 加入適量的6mol l的鹽酸b 加入數(shù)滴氯化銅溶液c 加入適量蒸餾水d 加入適量的氯化鈉溶液 資料 市場上出售的 熱敷袋 其主要成分是 鐵屑 炭粉 木屑與少量nacl 水等 它在使用之前 需要塑料袋與空氣隔絕 使用時(shí)開啟塑料袋上的小孔 輕輕揉搓就會(huì)有熱量放出 當(dāng)使用完后還會(huì)發(fā)現(xiàn)有鐵銹生成 b 三 電解原理的應(yīng)用 1 判斷電極反應(yīng)和電極產(chǎn)物 例題8 電解液中含有k cl so42 oh 少量 cu2 h 少量 1 用兩個(gè)石墨棒作電極 電解時(shí) 陽極析出 電極反應(yīng)式是 陰極析出 電極反應(yīng)式是 2 改用兩個(gè)銅棒作電極 電解時(shí) 陽極變化是 電極反應(yīng)式是 陰極析出 電極反應(yīng)式是 cl2 2cl 2e cl2 cu cu2 2e cu 銅棒溶解 cu 2e cu2 cu cu2 2e cu 小結(jié) 1 關(guān)鍵是放電順序 陽極 活性電極 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 陰極 ag hg2 fe3 cu2 h pb2 sn2 fe2 zn2 h al3 mg2 na ca2 k 2 陽極 先看電極類型 后依據(jù)陰離子放電順序 陰極 依據(jù)陽離子放電順序 2 判斷電解時(shí)ph值的變化 例題9 04廣東 ph a某電解質(zhì)溶液中 插入兩支惰性電極通直流電一段時(shí)間后 溶液的ph a 則該電解質(zhì)可能是 a naohb h2so4c agno3d na2so4 a 小結(jié) 用惰性電極電解下列溶液時(shí)各種變化情況 電解質(zhì)溶液復(fù)原是分析從電解池中損失的物質(zhì)的組成 應(yīng)用原子守恒進(jìn)行修復(fù) 3 電解工業(yè) 氯堿工業(yè) 銅的電解精練 電鍍銅 1 銅的電解精練 目的 除去粗銅中的 以符合工業(yè)的要求 原理 陽極 溶解 陰極 析銅 精煉銅除去金屬雜質(zhì)的原理 比銅活潑的金屬 鋅 鐵 鎳等 先溶解 但在溶液中離子不放電而留在溶液中 不活潑金屬 銀 金等 不溶解 沉積在陽極附近 形成陽極泥 需定時(shí)除去上述雜質(zhì) 理論上 陽極銅溶解與陰極銅析出的速率大致相同 溶液中cu2 濃度變化不大 長時(shí)間電解后 電解質(zhì)溶液需補(bǔ)充 活潑與不活潑金屬雜質(zhì) 如鋅鐵鎳銀金等 電氣 粗銅 精銅 cu 2e cu2 cu2 2e cu 例題10 98全國 下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是 a 銅鋅原電池中銅是正極b 用電解法精煉粗銅時(shí)銅作陽極c 在鍍件上電鍍銅時(shí)可用金屬銅作陽極d 電解稀硫酸制h2 o2時(shí)銅作陽極 ac 2 電鍍銅 目的 原理 利用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬或合金 與電解精煉原理相同 要求 以鋼鐵鍍銅為例 陽極 陰極 電解質(zhì)溶液 特點(diǎn) 不同于一般電解的特點(diǎn)是 a 極材料參加電極反應(yīng) b 電鍍液中的濃度變化不大 增加美觀 增大表面強(qiáng)度 增強(qiáng)抗腐蝕能力 鍍層金屬 銅片 鍍件 待鍍鐵制品 含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)配成 硫酸銅溶液 陽 鍍層金屬陽離子 在電鍍工業(yè)的廢水中常含有劇毒物質(zhì) 如氰化物 重金屬等 絕不允許將電鍍廢水直接排入自然水域 3 氯堿工業(yè) 電解飽和食鹽水反應(yīng)原理陰極 陽極 總反應(yīng)式 電解池的缺點(diǎn) 2h 2e h2 2cl 2e cl2 cl2 h2混合遇火能發(fā)生爆炸 cl2能與氫氧化鈉溶液反應(yīng) 離子交換膜法制燒堿 flash 陽離子交換膜的作用 只允許陽離子 na 通過 而阻止陰離子 cl 和oh 和氣體 cl2和h2 通過 既能防止cl2和h2混合引起爆炸 又能避免cl2和naoh作用生成naclo而影響燒堿的質(zhì)量 飽和食鹽水精制 a過濾除去泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 b加入稍過量的溶液以除去 c加入稍過量的溶液以除去 d加入稍過量的溶液以除去 e過濾除去上述產(chǎn)生的沉淀 f通過調(diào)節(jié)溶液的ph 除去過量的 g這樣處理后的鹽水仍含有一些ca2 mg2 等金屬離子 必須用離子交換樹脂除去 粗鹽水 泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 bacl2 so42 ca2 mg2 ba2 fe3 na2co3 ca2 ba2 co32 mg2 fe3 naoh co32 oh mg2 fe3 hcl co32 例題11 電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用 右圖表示一個(gè)電解池 裝有電解液a x y是兩塊電極板 通過導(dǎo)線與直流電源相連 請回答以下問題 1 若x y都是惰性電極 a是飽和nacl溶液 實(shí)驗(yàn)開始時(shí) 同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液 則 電解池中x極上的電極反應(yīng)式為 在x極附近觀察到的現(xiàn)象是 y電極上的電極反應(yīng)式為 檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 2 如要用電解方法精煉粗銅 電解液a選用cuso4溶液 則 x電極的材料是 電極反應(yīng)式是 y電極的材料是 電極反應(yīng)式是 說明 雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出 2h 2e h2 放出氣體 溶液變紅 2cl 2e cl2 把濕潤碘化鉀淀粉試紙放在y極附近 純銅 粗銅 cu2 2e cu cu 2e cu2 4 關(guān)于電解原理的計(jì)算 例題12 用鉑電極電解cuso4和kno3的混合溶液500ml 經(jīng)過一段時(shí)間后 兩極均得到標(biāo)況下11 2l的氣體 則原混合溶液cu2 的物質(zhì)的量濃度為 a 1 5mol lb 1mol lc 0 5mol ld 0 25mol l b 小結(jié) 根據(jù)得失電子守恒各電極析出的物質(zhì)的量有如下關(guān)系 1e 1 nrn 1 nr x 1 2x2 h 1 2h2 oh 1 4o2 例題13 99全國 用惰性電極電解m no3 x的水溶液 當(dāng)陰極上增重ag時(shí) 在陽極上同時(shí)產(chǎn)生bl氧氣 標(biāo)準(zhǔn)狀況 從而可知m的原子量為 a 22 4ax bb11 2ax bc 5 6ax bd 2 5ax b c 例題14 00春季 用兩支惰性電極插入500毫升agno3溶液中 通電電解 當(dāng)電解液的ph值從6 0變?yōu)? 0時(shí) 設(shè)電解時(shí)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 電極上應(yīng)析出銀的質(zhì)量是 a 27mgb 54mgc 108mgd 216mg b 小結(jié) 有關(guān)ph值變化的計(jì)算 可根據(jù)電荷守恒進(jìn)行解題 例如 cu2 2h cl oh