《电解池及应用》PPT课件.ppt

电解质溶液用惰性电极电解的示例：,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阳极：4OH- -4e- O2 +2H2O 阴极：4H+ + 4e- 2H2,减小,增大,不变,H2O,阳极：2Cl- -2e- Cl2 阴极：2H+2e- H2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极：2Cl- -2e- Cl2 阴极：Cu2+2e- Cu,减少,CuCl2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极：2Cl- -2e- Cl2 阴极：2H+2e- H2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO4,阳极：4OH- -4e- O2+2H2O 阴极：2Cu2+4e- 2Cu,减小,CuO,1. a今有2H2+O2=2H2O反应,KOH为电解质溶液构成燃料电池,则负极应通入_气,正极通入_气,电极反应为:负极_ 正极_ b如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极_正极_ a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_ c.如把H2改CH4 , KOH作导电物质则电极反应为:负极_ 正极_ 总反应式_,氢,氧,2H2+4OH- - 4e- =4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2 -4e- = 4H+,O2+4H+4e-=2H2O,a变小 b变大,CH4+10OH- -8e- =CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+2O2+2OH-=CO32- +3H2O,氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ） A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大 B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，H2是负极,CD,4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正极上是O2获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液pH升高 A. B. C. D. ,A,例1.判断下列装置的性质、现象、产物,上述各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 。,讨论与交流,注. 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解池阳极的腐蚀原电池阴极的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,5、2、1、3、4,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子。CuCl2=Cu2+2Cl-,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,小结1,电解与电离的区别与联系,写出下列物质的电离方程式 CuCl2 H2O NaHSO4 CH3COONH4,结论：电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作_运动；在外电源的作用下（直流电)，改作_移动而导电。在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化还原反应，即被电解，电离是_的前提。,自由,定向,电解,而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。,电解池电极反应规律（阳氧阴还）,(1)阴极：得电子，还原反应 电极本身不参加反应 一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子,(2)阳极：失电子，氧化反应 若为金属（非惰性）电极，电极失电子 若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子,例.(2008江苏13)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ） A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小 C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2 D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1,D,【思考】“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化如下图曲线：,（1）电解前氯化铜溶液的 pH 值处于A点位置的原因是什么？ （2）“实验派”的实验结论是 ，该观点的理由是（从化学原理上加以简述）:,随着电解的进行,溶液的pH下降.生成的氯气溶于水使溶液酸性增强.,氯化铜为强酸弱碱盐,铜离子水解使溶液呈酸性.,写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液PH值的变化。,巩固练习,2.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,用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为12的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3,D,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 AX是正极，Y是负极 BX是负极，Y是正极 CCuSO4溶液的PH值逐渐减小 DCuSO4溶液的PH值不变,AC,5.用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中， 通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电 解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体 积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是： A、27mg B、54mg C、108mg D、216mg,B,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,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,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛钢网 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,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,阳离子交换膜,阳极室,阴极室,提示：,第二个问题：精制食盐水,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题:,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OH-,Na+、 Cl-、OH- 、引入CO32-,Na+、 Cl-,沉降,除泥沙,略过量BaCl2 溶液,除SO42-,略过量 Na2CO3 溶液,除Ca2+、Ba2+,略过量NaOH 溶液,除Fe3+ 、Mg2+,过滤，加适量HCl溶液,调节PH 除CO32- 、OH-,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(Zn Fe Ni Ag Au 等),纯铜,粗铜,阳极：,Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e- Cu Cu2+2e-（主要）,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极: Cu2+ + 2e- Cu,阳极泥,电解完后，CuSO4溶液的浓度会略有减小,CuSO4溶液,（08天津高考12 ）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（ ） （已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+） A阳极发生还原反应，其电极反应式： Ni2+ + 2e = Ni B电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等 C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和 Zn2+ D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D,3、电解原理的应用-电镀,1. 定义：,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。,2. 目的：,4. 电镀的特点：,3. 电镀材料的选择：,阴极镀件,电镀液含有镀层金属离子的溶液,阳极镀层金属,使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。,1）阳极本身参加电极反应 2）电解质溶液的浓度保持不变,阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：4Al3+ + 12e- =4Al,4.冶炼铝,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?,发生氧化还原反应，从而形成电流,电流通过引起氧化还原反应,两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）,由电极本身决定 正极：流入电子 负极：流出电子,由外电源决定 阳极：连电源正极 阴极：连电源负极,（外电路）负极 正极,电源负极阴极阳极电源正极,（外电路）正极负极,电源正极阳极阴极电源负极,负极：Zn - 2e- =Zn2+（氧化反应） 正极：2H+ + 2e- =H2（还原原应）,阳极：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反应) 阴极: Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应),化学能 电能,电能化学能,设计电池、金属防护,氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼,铜锌原电池,电解氯化铜,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,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。,两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 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。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 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,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？,思考:,e-,金属性强弱的判断 已知M+N2+=M2+N Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M N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：PMNE,工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4 1.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,电解计算电子守恒法 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: 0.54 = 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/L pH=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.,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式：,例二 ： 用石墨电极电解100mL H2SO4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/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,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A,某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，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0.01 mol 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： 金属M的相对原子质量及 x、n 值； 电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,Mx+ + xe- = M 0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3,产生H+为0.01mol，pH=1,1.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,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,B,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,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 。,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A b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?,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 A 41 B 31 C 21 D 任意比,电化学专题,1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应,A,B,D,C,练 习,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。,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,若原溶液呈酸性则pH减小；,若原溶液呈碱性pH增大；,若原溶液呈中性pH不变。,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,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。,1、电镀,氯碱工业原理,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 ：1 5、a 极有气泡, b 极有气泡;阴极加酚酞变红,拓展练习,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,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,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 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,改变金属内部结构,覆盖保护层,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,5.下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢 顺序 .,Fe,Fe,C,Fe,Zn,A(海水),B(海水),C(海水),D(海水),F(天然水),E(海水),拓展练习,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+2H2SO4 2PbSO4+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+2H2O,Pb+ SO42-2e- =PbSO4,练 习,PbSO4+2H2O-2e- =PbO2 + 4H+SO42-,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,小结：四、原电池电解池的应用-可充电电池,阴极：,正极：,放电：原电池,充电：电解池,负极：,阳极：,此电池放电时，负极发生反应的物质为 AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn,充电,放电,2Ag + Zn(OH)2,Ag2O + Zn + H2O,7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,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,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 Aa电极是负极 Bb电极的电极反应为：4OH4e 2H2O+O2 C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,BD,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14mol D放电过程中KOH的物质的量浓度不变,B C,练 习,