2022年高中化学（大纲版）第三册 第四单元电解原理及其应用第一节电解原理(备课资料)

备课资料1.金属导电与电解质导电在本质上有什么不同？金属晶体由金属原子、金属离子、自由电子三种微粒构成。金属离子带正电荷、自由电子带负电荷，通过静电作用力金属键，使这些微粒结合在一起。自由电子是指脱离金属原子在整块金属晶体中做无规则运动的电子。在电场作用下，自由电子由负极移向正极形成电子流。这就是金属导电的本质，导电时金属原子和金属离子都是不移动的。金属导电属物理变化。电解质在溶于水时，能电离出带电荷的自由阴、阳离子，属于离子型化合物的某些电解质在熔化时也能电离出自由离子。在电场作用下，这些自由离子做定向移动并在两极上分别得失电子，阳离子移向阴极得到电子，阴离子移向阳极交出电子，这样在外电路的导线中有自由电子定向移动形成了电子流。而在电解质或电解质溶液中只有自由离子分别向两极移动，而没有电子移动。在离子得失电子的同时，伴随着发生了化学变化。2.电解与电离有什么区别和联系？电解与电离是两种不同的概念，但它们之间有一定的联系。电离是指电解质在溶解于水或熔化条件下离解成自由离子的过程。这过程不需要通电，电离的过程主要是物理变化过程。电解是指对电解质水溶液或融熔状态的电解质通直流电时、自由离子在两极上发生氧化还原的过程。电解时必须通电，电解过程是化学变化过程。电解质导电的过程，也就是电解的过程。电离是电解的前提条件，只有电解质先电离出自由离子，通电时才能发生电解。如对食盐晶体通电，食盐晶体不导电，也不发生电解；如对熔融食盐液体通电，液态食盐导电，同时钠离子在阴极得电子被还原成钠原子，氯离子在阳极交出一电子被氧化成氯原子，又结合成氯分子。电解食盐水溶液时，得到氯气、氢气和氢氧化钠。3.用惰性电极电解电解质溶液时溶液的pH变化及电解的类型有如下规律4.原电池、电解(镀)电极名称的确定(1)确定原电池电极名称的方法方法一：根据原电池电极材料的性质确定。通常是：对于金属金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；对于金属非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；对于金属化合物电极，金属是负极，化合物是正极，如电池等。方法二：根据电极反应的本质确定：原电池中，负极向外电路提供电子，所以负极上一定发生失电子的氧化反应，正极上则一定发生得电子的还原反应。所以，失电子的反应氧化反应负极；得电子的反应还原反应正极。(2)确定电解(镀)池电极名称的方法确定电解(镀)池电极名称有如下两种方法方法一：与外电源正极连接的一极是阳极，与负极连接的一般是阴极。方法二：电极上发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。5.重金属引起的水污染重金属污染可用下表表示：6.电解质与水的电解纯水是极弱的电解质，很难导电。在纯水中通以直流电，在一般条件下不发生电解作用。如果在水中加入强的含氧酸(如H2SO4)、活泼金属的可溶性含氧酸盐(如Na2SO4、KNO3)或可溶性强碱(如NaOH、KOH)，以增加水的导电性，则电解就能顺利进行，阴、阳两极上的产物分别为氢气和氧气。现以纯水中加入Na2SO4通电分解为例来说明这个问题。当Na2SO4溶于水时，即完全离解为Na和SO。2022年高中化学（大纲版）第三册 第四单元 电解原理及其应用 第一节电解原理(备课资料)虽然水是弱电解质，但是也能发生微弱的电离。H2OHOH因此，在水溶液中存在着四种离子：Na、H、SO和OH。通入直流电后，Na和H向阴极迁移，SO和OH向阳极迁移。但在各个电极上究竟是哪一种离子放电，则取决于它们电极电位的高低，也就是说，取决于离子得失电子的难易。根据上述四种离子的标准电极电位是：2H2eH2, E=0.000伏NaeNa,E=2.71伏4OHO22H2O4e,E=0.401伏2SOS2O2e,E=2.00伏在阴极上，由于Na比H难于接受电子，因此H放电而产生氢；在阳极上由于SO比OH难于失去电子，因此OH放电而产生氧，这样的过程，图示如下：可见在水中加入的Na2SO4并不发生电解，它的阴、阳两种离子依然存留在溶液中，实际上电解的是H2O,Na2SO4在这里只是起着导电的作用。由于H和OH分别不断地在阴、阳两极上放电，H2O的电离平衡就不断地向生成离子的方向移动，H2OHOH于是H2O不断地电解，OH就不断地聚集在阴极区(Na也聚集在这里)，显然这里的溶液就呈碱性；同样，H也不断地聚集在阳极区(SO也聚集在这里)，显然这里的溶液就呈酸性。从这个例子，可知碱金属离子在阴极上总是比H难于放电，含氧酸根离子在阳极上，也总是比OH难于放电。所以在水中加入可溶性的碱金属含氧酸盐，或强的含氧酸，或可溶性的强碱，通以直流电，都是H和OH放电，而所加的电解质仅是起着导电的作用。*研究性课题推荐课题1 皮革厂含铬废水处理的调查背景资料：铬在很多领域有较大用途。铬化合物中，Cr()主要以CrO(溶液为黄色)和Cr2O (溶液为红色)形态存在，在酸性条件下具有很强的氧化性，能被还原剂还原成Cr3(溶液为紫色)；Cr()化合物水溶性很强，而铬()化合物水溶性很低。铬对环境造成污染，其中，Cr()的毒性比铬()的毒性强200倍。对含铬废水的常用的处理方法有：(1)方法一：电解法。往工业废水中加入适量食盐，增加污水中离子浓度，增强导电能力。以铁作为阳极进行电解。以生成的Fe2为还原剂，在酸性溶液中与Cr2O发生氧化还原反应。这样Cr2O被还原成Cr3。在电解过程中，由于H在阴极不断放电，打破了水的电离平衡，促进水的电离，溶液的pH上升，溶液中的阳离子以Cr(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3形成沉淀。鼓入空气。经过一段时间后，使废水中含铬量降到可排放的标准。由于Fe(OH)3开始沉淀的pH为2.7，沉淀完全的pH为3.7。Fe(OH)2开始沉淀的pH为7.6,沉淀完全的pH为9.6,并且Fe(OH)2呈絮状，不易从溶液除去。但根据已学的知识，Fe(OH)2极易被O2氧化，所以在处理过程中鼓入空气，让空气中的O2充分与Fe(OH)2反应，成为容易分离的Cr(OH)3、Fe(OH)3，使废水含铬量降到可排放标准。(2)方法二：用FeSO77H2O处理含铬()有毒废水是目前工艺上常用的方法。它的优点是经过加料配比后，可使最终的固体产物成为制备铁氧体复合氧化物(可用CrFeFe2O4表示)的原料，此原料经烧结后，就得到铁氧体复合氧化物。这是一种变害为利的方法。方法三：制革厂排放的污泥中约有1/3是有机物，其余是大量的含铬物质，直接排放污泥会对环境造成污染。1996年，外国科学家研究成功了一种技术，较好地解决了制革厂废物利用与环境保护问题。工艺流程如下： 污泥与普通黏土以一定比例混合(污泥占25%30%)后制成砖坯，在窑中以850950温度灼烧；灼烧前期向窑中鼓入补充了氧气的空气。原因是烧掉有机物，否则无法制成火砖；燃烧有机物在氧气充足的条件下进行，放出足够热量，可节省燃料；灼烧后期改用普通空气，且故意限制入窑空气的数量，使呈缺氧状态。原因是保证6价铬化合物转变成3价铬化合物，并稳定地以3价铬化合物形式被固定在火砖内，否则，如以6价铬化合物存在，则在雨水淋湿或施工淋水时，铬会被溶解出来而污染环境；烧制完成后，直至窑温降至200以下，才允许空气自由流通。课题要求：1.请调查当地的皮革鞣制厂，了解它们对含铬废水处理的技术情况。2.比较该技术与现今流行技术的差异；3.根据所学知识提出你的意见和建议。课题2：生活中使用电镀制品的调查市场调查：1.生活中使用电镀制品的情况。2.电镀制品的价格与被镀金属价格的比较。要求写出市场调查报告。