高中化学《电解池的工作原理的应用》课件 新人教版选修4.ppt
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1、电解池的工作原理的应用电解池的工作原理的应用一、电解原理一、电解原理电解电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。引起氧化还原反应的过程。电流是发生反应的动力电流是发生反应的动力(使不能自发进行使不能自发进行的反应顺利进行的反应顺利进行)阴阳离子做定向移动的导电过程阴阳离子做定向移动的导电过程,也就是也就是两极发生氧化还原的过程两极发生氧化还原的过程,即电解质溶液的即电解质溶液的导电过程即为电解过程导电过程即为电解过程电流是直流电。电流是直流电。在电解过程中电能转化为化学能。在电解过程中电能转化为化学能。电电 离离 电电 解解条件条件过程
2、过程特点特点联系联系在水溶液或熔化状态下,不需通电。在水溶液或熔化状态下通电。电解质电离成为自由移动的离子。阴、阳离子定向移动,在两极上得失电子成为分子或原子。只产生自由移动的离子。发生氧化还原反应,有新物质生成。电离是电解的先决条件和物质基础。必须有电解质的电离作前提。电离和电解的比较电离和电解的比较二、电解池:二、电解池:1、定义:、定义:电能转化为的化学能的装置电能转化为的化学能的装置2、形成电解池的条件:、形成电解池的条件:与电源相连的两个电极与电源相连的两个电极 电解质溶液或熔化电解质电解质溶液或熔化电解质 形成闭合回路形成闭合回路3、电极名称:、电极名称:阴极阴极:与电源负极相连与
3、电源负极相连,进电子进电子,还原反应还原反应 阳极阳极:与电源正极相连与电源正极相连,出电子出电子,氧化反应氧化反应4、电极材料、电极材料 惰性电极:惰性电极:C C、PtPt、AuAu不发生反应不发生反应 活性电极:活性电极:AgAg及以前金属,作阳极则溶解及以前金属,作阳极则溶解 装置名称装置名称电极名称电极名称电极反应电极反应能量转变能量转变判断特征判断特征正、负极阴、阳极原原 电电 池池电电 解解 池池负极发生氧化反应正极发生还原反应阳极发生氧化反应阴极发生还原反应化学能 电能电能 化学能构成的三个条件有外加电源阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷降
4、低的过程叫做放电。降低的过程叫做放电。5 5、电解时离子放电顺序、电解时离子放电顺序阴极阴极:阳离子放电,金属活动顺序的反顺序阳离子放电,金属活动顺序的反顺序Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+阳极阳极:S2IBrCl OH含氧酸根含氧酸根F 活性电极活性电极(Ag以前以前),电极失电子,电极失电子惰性电极惰性电极(Pt、Au、石墨石墨),阴离子放电,阴离子放电注意注意(一一)Fe3+Cu2+;三、电解原理的应用三、电解原理的应用1 1、铜的电解精炼、铜的电解精炼三、电解原理的应用三、电解原理的应用1 1、铜的电解精炼、铜的电解精炼粗铜含的杂质粗铜含的杂质Zn、Fe、Ni
5、、Ag、Au等等+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液粗铜的精炼粗铜的精炼 粗铜做阳极,纯铜做阴极,粗铜做阳极,纯铜做阴极,CuSOCuSO4 4溶液做电解液溶液做电解液(3)(3)电极反应式电极反应式(4)(4)阳极上比铜不活泼的金属,沉积于阳极底阳极上比铜不活泼的金属,沉积于阳极底部,成为阳极泥,可以提炼金、银等贵重金属部,成为阳极泥,可以提炼金、银等贵重金属电镀铜电镀铜2 2、电镀、电镀2 2、电镀、电镀概念:概念:应用电解原理在某些金属表面镀上应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程。一层其它金属或合金的过程。电镀池形成条件电镀池形成条件+镀件镀件镀层金属镀层金属含镀层金属
6、离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液镀件作阴极镀件作阴极镀层金属作阳极镀层金属作阳极含镀层金属阳离子含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液的盐溶液作电解液电镀的特点电镀的特点电镀液的组成及酸碱性基本保持不变电镀液的组成及酸碱性基本保持不变为了使镀层致密、坚固、光滑,还要采取一些措施:为了使镀层致密、坚固、光滑,还要采取一些措施:(1)镀件进行抛光和清洗,使镀件洁净、光滑;镀件进行抛光和清洗,使镀件洁净、光滑;(2)电镀液的离子浓度始终保持恒定,常将电镀液制电镀液的离子浓度始终保持恒定,常将电镀液制成络合物;成络合物;(3)电镀时,要不断搅拌,并控制温度、电流、电压,电镀时,要不断搅拌,并控制温度、电流
7、、电压,使电镀液使电镀液pH在一定范围内。在一定范围内。在电镀工业的废水中常含有剧毒物质,如氰化在电镀工业的废水中常含有剧毒物质,如氰化物、重金属离子等,物、重金属离子等,减少电镀污染的途径:减少电镀污染的途径:(1)电镀废水经过处理,回收其中有用成分,把有电镀废水经过处理,回收其中有用成分,把有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准.(2)改进电镀工艺改进电镀工艺,尽量使用污染少的原料尽量使用污染少的原料.如采用无如采用无氰电镀等氰电镀等阅读了解阅读了解(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
8、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离子和离子和气体不能通过气体不能通过),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,而影响氢氧化钠,而影响氢氧化钠的产量。的产量。(3)推广电解)推广电解NaSO4(aq)制制NaOH、H2SO4溶液。溶液。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3、电解饱和氯化钠溶液、电解饱和氯化钠溶液+Cl2Cl2ClH2N
9、a+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3、电解饱和氯化钠溶液、电解饱和氯化钠溶液电解前应除去食盐溶液中的电解前应除去食盐溶液中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子等杂质离子4、铝的冶炼、铝的冶炼(1)电解)电解AlCl3溶液能否得到单质铝?溶液能否得到单质铝?(2)电解熔融状态的)电解熔融状态的AlCl3能否得到单质铝?能否得到单质铝?(3)为了降低)为了降低Al2O3的熔点,加入什么?的熔点,加入什么?(4)电解)电解Al2O3的
10、电极反应和电解总式?的电极反应和电解总式?冶炼其它活泼金属(钾、钙、钠、镁等)冶炼其它活泼金属(钾、钙、钠、镁等)电解规律(惰性电极)小结电解规律(惰性电极)小结 阳极:阳极:S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根含氧酸根 F-与与与与区:区:区:区:电解本身型电解本身型电解本身型电解本身型 如如如如CuClCuCl2 2 、HClHCl与与与与区:区:区:区:析氢生碱型析氢生碱型析氢生碱型析氢生碱型 如如如如NaClNaCl与与与与区:区:区:区:析氧生酸型析氧生酸型析氧生酸型析氧生酸型 如如如如CuSOCuSO4 4、AgNOAgNO3 3与与与与区:区:区:区:电解水型电解水型电解水型电解
11、水型 如如如如NaNa2 2SOSO4 4、HH2 2SOSO4 4 、NaOHNaOH阴极:阴极:Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+溶溶 液液电解的电解的类型类型电解液电解液 浓度浓度 溶液溶液 pH值值复复 原原方方 法法H2SO4NaOHNa2SO4HCl NaClCuSO4 增大增大加加H2O电解水电解水不变不变减小减小减小减小增大增大增大增大减小减小增大增大生成新物质生成新物质生成新物质生成新物质通入通入HCl通入通入HCl加入加入CuO电解电解质电解电解质放出放出H2生成碱生成碱放出放出O2生成酸生成酸用惰性电极电解下列溶液用惰性电极电解下列溶液,根据
12、电解规律填写下表根据电解规律填写下表四、电解规律(惰性电极)四、电解规律(惰性电极)练练习习1、为为下下图图所所示示装装置置中中,a、b都都是是惰惰性性电电极极,通通电电一一段段时时间间后后,b极极附附近近溶溶液液呈呈红红色色。下下列列说说法法正确的是正确的是AX是正极,是正极,Y是负极是负极BX是负极,是负极,Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变 a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 例例1 1、根据电解原理,画出电解、根据电解原理,画出电解CuSOCuSO4 4水水溶液的电解装置,用碳棒做
13、两极材料,溶液的电解装置,用碳棒做两极材料,注明阴、阳两极,写出电极反应式及总注明阴、阳两极,写出电极反应式及总的电解化学方程式。的电解化学方程式。若阴极上有若阴极上有1.6gCu1.6gCu析出析出,则电子转移则电子转移数是数是 _。阳极产生气体。阳极产生气体的体积(标准状况)为的体积(标准状况)为_。五、电化学有关计算五、电化学有关计算练习练习1 1、将两支惰性电极插入、将两支惰性电极插入500mL CuSO500mL CuSO4 4溶液溶液中,接通电源中,接通电源(1 1)当两极上析出)当两极上析出1.6g Cu1.6g Cu时(设电解时阴极时(设电解时阴极没有氢气放出,且电解液在电解前
14、后体积变化没有氢气放出,且电解液在电解前后体积变化忽略不计),则电解后溶液的忽略不计),则电解后溶液的c(Hc(H+)是是_(3 3)经一段时间后,两极均能得到)经一段时间后,两极均能得到11.2L11.2L气体气体(标准状况),则原(标准状况),则原CuSOCuSO4 4溶液的物质的量浓度溶液的物质的量浓度是是_ _(4 4)若将经过()若将经过(3 3)以后的溶液恢复原来的浓)以后的溶液恢复原来的浓度,需要向溶液中加入度,需要向溶液中加入_mol_mol的的_1mol/L1mol/L0.50.5CuOCuO0.1mol/L0.1mol/L2 2、以惰性电极电解、以惰性电极电解CuSOCuS
15、O4 4溶液,若阳极上产生溶液,若阳极上产生的气体的物质的量为的气体的物质的量为0.0100 mol0.0100 mol,则阳极上析,则阳极上析出出CuCu的质量为的质量为()()A A、0.64 g0.64 g B B、1.28 g1.28 g C C、2.56 g2.56 g D D、5.12g5.12gB B3 3、用两支惰性电极插入、用两支惰性电极插入50mLAgNO50mLAgNO3 3溶液中,溶液中,通电电解。当电解液的通电电解。当电解液的PHPH值从值从6.06.0变为变为3.03.0时时(设设电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体积
16、变化可以忽略后体积变化可以忽略),电极上析出银的质量大电极上析出银的质量大约是:约是:A A、27mg B27mg B、54mg54mg C C、108mg D108mg D、216mg216mgB B例例2 2、下图所示装置中,、下图所示装置中,甲,乙、丙三个烧杯依甲,乙、丙三个烧杯依次分别盛放次分别盛放100g5.00%100g5.00%的的NaOHNaOH溶液、足量的溶液、足量的CuSOCuSO4 4溶液和溶液和100g10%100g10%的的K K2 2SOSO4 4溶液,电极均为石墨电极。溶液,电极均为石墨电极。(1 1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中)接通电源,经过一段时间后,
17、测得丙中K K2 2SOSO4 4浓度为浓度为10.47%10.47%,乙中,乙中c c电极质量增加,据电极质量增加,据此回答问题:此回答问题:电源的电源的N N端为端为_极、电极极、电极b b上发生的电极反上发生的电极反应为应为_ 列式计算电极列式计算电极b b上生成的气体在标状况下的体上生成的气体在标状况下的体积。积。电极电极c c的质量变化是的质量变化是_g_g,电解前后各溶液,电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:甲溶液甲溶液_ 乙溶液乙溶液_ 丙溶液丙溶液_ (2 2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解)如果电解过程中铜全部析出
18、,此时电解能否继续进行,为什么?能否继续进行,为什么?例例2 2、下图所示装置中,、下图所示装置中,甲,乙、丙三个烧杯依甲,乙、丙三个烧杯依次分别盛放次分别盛放100g5.00%100g5.00%的的NaOHNaOH溶液、足量的溶液、足量的CuSOCuSO4 4溶液和溶液和100g10%100g10%的的K K2 2SOSO4 4溶液,电极均为石墨电极。溶液,电极均为石墨电极。练习练习4、如下图两个电解槽中,如下图两个电解槽中,A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02mol电电子通过,下列叙述中正确的是子通过,下列叙述中正确的是()A、甲烧杯中、甲
19、烧杯中A极上最多可析出铜极上最多可析出铜0.64gB、甲烧杯中、甲烧杯中B极上电极反应式为:极上电极反应式为:4OH4e=2H2O+O2C、乙烧杯中滴入酚酞试液,、乙烧杯中滴入酚酞试液,D极附近变红极附近变红D、乙烧杯中、乙烧杯中C极上发生还原反应极上发生还原反应C例例3 3、铂电极电解、铂电极电解1L0.5mol/LFeCl1L0.5mol/LFeCl3 3和和0.1mol/L 0.1mol/L HClHCl混合溶液,通电一段时间当混合溶液,通电一段时间当ClCl2 2完全放出时完全放出时停止通电,求此时产生的停止通电,求此时产生的H H2 2在标况下体积是多在标况下体积是多少升?少升?练习
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