教育精品:高二化学《电能转化为化学能----电解》PPT课件.ppt
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1、第第2节节 电能转化为化学能电能转化为化学能-电解电解一、电解原理一、电解原理联想联想.质疑质疑 金属钠与氯气在常温下就可以发生氧化还原反应生成氯化钠同时放出大量的热:若以氯化钠为原料制备金属钠则需要外界提供能量,在生产实践中,人们是如何通过提供电能使氯化钠分解制得金属钠的?电能与化学能之间的相互转化是具有重要的使用价值的,如化工生产,金属冶炼,实验室研究等 请看图片Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)H(298K)=-822.3KJ.mol-1电解法冶炼活泼金属电解法冶炼活泼金属铝土矿铝土矿食盐晶体食盐晶体氯碱工业2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2阴阴极极阳极阳极电解 家用
2、次氯酸钠消毒液发生器原理家用次氯酸钠消毒液发生器原理 根据电解原理,某同学根据电解原理,某同学制作制作一个家用简易环保型消毒一个家用简易环保型消毒液发生器液发生器,通过电解食盐,通过电解食盐水使产生的水使产生的ClCl2 2与与NaOHNaOH反反应生成次氯酸钠。应生成次氯酸钠。石墨电极哪端与电源正极石墨电极哪端与电源正极相连?为什么?相连?为什么?+-电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠熔融熔融NaClNaCl阴极阴极阳极阳极e e-e e-Na+Cl-2Cl-2e-=Cl2 2Na+2e+2e-=2Na2Na氧化反应氧化反应还原反应还原反应交流交流.研讨研讨工业上可以用电解熔融的氯化钠的方法生产金
3、属钠工业上可以用电解熔融的氯化钠的方法生产金属钠铁铁电电极极石石墨墨电电极极讨论讨论1接通电源后接通电源后Na+,Cl-各向哪个方向移各向哪个方向移动动2移到两极表面的移到两极表面的Na+和和Cl-将将发发生什么生什么变变化化2NaCl=2Na+Cl2电解电解电解总化学方程式电解总化学方程式通过上面分析可以看出;电解过程就是在电流的作用下带电离子发生定向移动并在两极上分别发生氧化反应和还原反应生成新物质的过程.这种在电流的作用下引起氧化还原反应发生的过程在电流的作用下引起氧化还原反应发生的过程-叫电解叫电解特点特点 可以使一个不自发的氧化还原反应而发生。电解池电解池 将电能转变为化学能的装置电
4、解池的构造电解池的构造 直流电源,两个电极,电解质溶液或熔融电解质,形成闭合回路电极名称电极名称 阳极-与电源正极相连的电极,发生氧化反应。阴极-与电源负极相连的电极,发生还原反应。阳极阳极阴极阴极电极材料电极材料 阳极-金属(铁,铜,锌)或惰性电极(石墨,铂)阴极-金属或惰性电极电极反应电极反应 阳极阳极为金属时,电极本身失电子失电子,阳极阳极为惰性电极就是电解质溶液中阴离子失电子失电子。阴极阴极总是电解质溶液中阳离子得电子得电子电解过程中离子电解过程中离子 运动方向运动方向 通电前无规则运动。通电后发生定向移动通电前无规则运动。通电后发生定向移动 溶液中阳离子阳离子向阴极阴极运动 溶液中阴
5、离子阴离子向阳极阳极运动Na+Cl-熔融熔融NaClNaCl分析电解反应的一般思路:分析电解反应的一般思路:明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据阳极氧化阳极氧化,阴极还原阴极还原 分析反应对象,得出产物分析反应对象,得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子电解方程式的书写:电解方程式的书写:1首先看阳极电极材料是不是金属,确定反应对象首先看阳极电极材料是不是金属,确定反应对象2找出溶液中有哪些阴,阳离子找出溶液中有哪些阴,阳离子3根据离子的氧化性,还原性强,弱,确定得失电子的离子根据离子的氧化性,还原性强,弱,确定得失电子的离子4分别分别写出两个电极的反应写出两个电
6、极的反应,注意质量守恒和电荷守恒。注意质量守恒和电荷守恒。5把两个电极反应相加得到电解反应式把两个电极反应相加得到电解反应式(注意,电极反应式中离(注意,电极反应式中离子的来源,是强电解质电离来的还是弱电解质电离来的)子的来源,是强电解质电离来的还是弱电解质电离来的)例例 电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠 阳极阳极:2Cl-Cl2+2e-氧化反氧化反应应阴极阴极:2Na+2e-2Na还还原反原反应应电电解方程式:解方程式:2NaCl2Na+Cl2通电电解电解Na2SO4溶液溶液阳极:阳极:4OH-4e-=2H2O+O2 阴极:阴极:4H+4e-=2H2 电电解解总总反反应应:2H2O=2H2+O2
7、 二、电解原理的应用二、电解原理的应用(以电解氯化钠为例)(以电解氯化钠为例)实验:实验:用惰性(石墨)电极电解熔融的氯化钠用惰性(石墨)电极电解熔融的氯化钠现象:现象:阳极:有气泡,有刺激性气阳极:有气泡,有刺激性气味,并能使味,并能使湿润的湿润的KI-淀淀粉试纸粉试纸变蓝(变蓝(Cl2)阴极:有金属钠析出阴极:有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl电极反应电极反应:阳离子移向阴极移动并得电子,阴离子移向阳极移动并失电子。阳离子移向阴极移动并得电子,阴离子移向阳极移动并失电子。阳极阳极:2Cl-Cl2+2e-氧化反氧化反应应 阴极阴极:2Na+2e-2Na 还原反应还原反应
8、电解方程式:电解方程式:2NaCl2Na+Cl2通电二二 电解原理的应用电解原理的应用现象:现象:阳极:有气泡,有刺激性气味,并能使阳极:有气泡,有刺激性气味,并能使湿润的湿润的KI-淀淀粉试纸变蓝粉试纸变蓝(Cl2)阴极:碳棒上有一层红色的铜析出阴极:碳棒上有一层红色的铜析出实验分析:实验分析:通电前:通电前:分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况 阳离子阳离子:H+、Cu2+阴离子阴离子:OH-、Cl-做无做无规则规则运运动动通电后:通电后:OH-,CI-向向阳极阳极(接电源正极)移动(接电源正极)移动H+,Cu2+向向阴极阴极(接电源负极)移动(接电源负极)移动(3)判断电
9、极产物并书写电极反应)判断电极产物并书写电极反应:阳离子移向阴极放电,阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电,阴离子移向阳极放电 阳极阳极:2Cl-Cl2 +2e-氧化反氧化反应应 阴极阴极:Cu2+2e-Cu 还原反应还原反应总式:总式:(2)判断离子的放电顺序:)判断离子的放电顺序:阳离子阳离子:Cu2+H+氧化性氧化性阴离子阴离子:Cl-OH-还原性还原性(4)分析电解质溶液的变化情况:)分析电解质溶液的变化情况:氯化铜溶液浓度降低氯化铜溶液浓度降低CuCl2Cu+Cl2电解电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理思考思考:(1)电解池的两极各产生什么现象)电解池的两极各产生什么现象?
10、若在两极附近均滴加酚酞试液,会若在两极附近均滴加酚酞试液,会有什么现象有什么现象?(2)怎样初步检验两极产物的生成)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)结合教材,分析产生这种现象的原因。的原因。在在U型管里装入饱和食型管里装入饱和食盐水,用一根碳棒作阳盐水,用一根碳棒作阳极,一根铁棒作阴极。极,一根铁棒作阴极。接通直流电源接通直流电源实验装置实验装置1.电解食盐水电解食盐水现象:现象:阳极:有气泡产生,使阳极:有气泡产生,使湿润的淀粉湿润的淀粉KI溶液溶液变蓝变蓝阴极:有气泡产生,滴阴极:有气泡产生,滴加酚酞溶液变红加酚酞溶液变红阳极:阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极
11、:阴极:2H+2e-=H2总式:总式:2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2(条件条件:通电通电)实验装置实验装置(1)生产设备名称:离子交换膜电解槽)生产设备名称:离子交换膜电解槽阴极:碳钢阴极:碳钢 阳极:钛阳极:钛阳离子交换膜:只允许阳离子通过阳离子交换膜:只允许阳离子通过(Cl、OH离子离子和气体不能通过和气体不能通过),把电解槽隔成阴极室和阳极室。,把电解槽隔成阴极室和阳极室。(2)离子交换膜的作用:)离子交换膜的作用:a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸;、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、避免氯气和氢氧化钠反应生成,而影响氢氧化,而影响氢氧化钠的产
12、量和质量。钠的产量和质量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O(含少量(含少量NaOH)离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室粗盐的成份:粗盐的成份:泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质,会与杂质,会与碱性物质反应产生沉淀,损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀,损坏离子交换膜精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程:杂质的除去过程:粗盐水粗盐水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水2.2.铜的电解精炼
13、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。能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜粗铜含杂质含杂质(ZnFeNiAgAu等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极:阳极:Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极泥
14、阳极泥问:电解完后,问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化?溶液的浓度有何变化?CuSO4溶液溶液冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料阳极:阳极:6O2-12e-=3O2阴极:阴极:4Al3+12e-=4Al3 冶炼铝冶炼铝原理原理:助熔剂:冰晶石(助熔剂:冰晶石(Na3AlF6六氟合铝酸钠)六氟合铝酸钠)阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?通电通电总式:总式
15、:2Al2O34Al+3O2冰晶石4 4 电镀电镀 电镀是利用电解原理利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀可以使金属更加美观耐用,增强防锈抗腐能力。例如,钢铁是人们最常用的金属,但钢铁有个致命的缺点,就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属,如锌、铜、铬、镍等。铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电极:电极:阳极阳极镀层金属镀层金属或惰性电极或惰性电极阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品电镀液:含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液:含有镀层金属离子的电解质溶液。溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小1.a、b哪一极
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