第2节___电能转化为化学能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课前体验,1,、原电池是将,能转化为,能的装置，构成原电池的条件是：,2,、下图所示装置能否构成原电池？若能请写出两极的电极反应式和反应的总方程式。,负 极：,正 极：,总方程式：,3,、,CuCl,2,溶液中含有那些离子，用电离方程式表示：,4,、下列离子氧化性由强到弱的顺序是,Ag,、,Cu,2,、,Fe,3,、,H,、,Fe,2,第二节 电能转化为化学能,-,电解,学习目标,（,1,）掌握电解的原理，能够准确判断电池的阴、阳极；,（,2,）正确书写两极所发生的反应及电解的总化学方程式；会判断两极所发生的是氧化反应，还是还原反应；,（,3,）掌握惰性材料做电极时，离子的放电顺序。,一、电解的原理,金属钠可以与氯气,反应生成氯化钠。,在生产实践中，人们是如何通过提供电能使氯化钠分解而制得金属钠的？,电解是将电能转化为化学能的一种重要方,法。,以电解熔融氯化钠为例,（如图）,熔融NaCl,石墨电极,铁电极,思考：,（,1,）接通电源后,熔融氯化钠中,Na,+,和,Cl,-,各向哪个,方向移动,?,（,2,）移到两极表面的,Na,+,和,Cl,-,将发生什么变化,?,Cl,-,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Cl,-,Cl,-,Cl,-,Cl,-,Cl,-,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Cl,-,Cl,-,Cl,-,Cl,-,阴极,阳极,熔融态氯化钠通电前后离子的运动,通电前：,NaCl,=Na,+,+,Cl,，,Na,+,、,Cl,为自,由移动的离子；,通电后：,Na,+,移向与电源负极相连的电极，得到电子，被还原：,2Cl,2e,Cl,2,（氧化反应）,Na,+,e,Na,（还原反应）,总反应式：,2NaCl=,2Na+Cl,2,通电,C,Fe,Na,Cl,2,电解熔融,NaCl,Cl,移向与电源正极相连的电极，失去电子，被氧化：,1,、电解,在直流电的作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。,2,、电解池,把电能转变为化学能的装置叫电解池或电解槽。,C,Fe,阳极,阴极,（,1,）构成电解池的条件：,直流电源,与电源,负极,相连的电极为,阴极,与电源,正极,相连的电极为,阳极,阴、阳电极,电解质溶液或熔融电解质,（,2,）电解池的两极及电极反应,阴极：与电源负极相连的电极,还原反应,阳极：与电源正极相连的电极,氧化反应,概括为“阳氧、阴还”（“阳氧”谐音于“痒痒”、“阴还”谐音于,“银环”,),隋性电极,：只导电，不参与氧化还原反应。如,C,、,Pt,等材料。,活性电极,：,既导电又参与氧化还原反应。如,Cu,、,Ag,等电极。,（,4,）电子的流向,电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。,（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）,（,3,）惰性电极与活性电极,(,金属活动顺序表中银之前金属作电极,),电源负极 阴极,阳极 电源正极 即 阳极 阴极,e,-,e,-,（,5,）离子定向移动的方向,阳离子,向,阴极,移动,阴离子,向,阳极,移动。,电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。,以电解氯化铜为例,实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液,阴极,阳极,氯,气,铜,CuCl,2,溶液,实验：,用惰性,(,石墨,),电极电解氯化铜溶液,阴极,阳极,氯,气,铜,CuCl,2,溶液,电解氯化铜溶液微观模拟,实验分析：,分析,：,通电前，氯化铜溶液里主要存在哪些离子？这些离子的运动情况怎样？各种离子的浓度大小如何？,CuCl,2,Cu,2+,2Cl,H,2,O,H,+,OH,CuCl,2,溶液里存在,Cl,、,Cu,2+,、,H,+,、,OH,通电前，这些离子在无规则自由移,动，相互碰撞。,通电后，这些离子的运动情况有什么改变？,通电后，自由离子作定向移动，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。,比较四种离子得失电子的能力。,Cu,2+,H,+,Cl,OH,当离子定向移动到电极表面时，发生,了什么变化？,阳极：,2Cl,2e,Cl,2,（氧化反应）,阴极：,Cu,2+,2e,Cu,（,还原反应）,阳极：,4OH,4e,2H,2,O,O,2,阴极：,4H,+,4e,2H,2,（相当于电解水）,电解一段时间后，溶液中的,Cu,2+,和,Cl,已大大减小，若继续通电，电极,上将发生什么现象？为什么？,CuCl,2,Cu+Cl,2,通电,（,6,）离子的放电顺序,得失电子的难易,放电,：,阴离子失去电子，阳离子得到电子的过程。,（,1,）对于惰性电极：,阳离子在阴极上的放电顺序（得,e,）,Ag,+,Hg,2+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Pb,2+,Sn,2+,Fe,2+,Zn,2+,Al,3+,Mg,2+,Na,+,Ca,+,K,+,（,2,）对于活泼电极：,阳极：电极被氧化,M,xe,=,M,x,+,阴极：,Ag,+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Fe,2+,Zn,2+,阴离子在阳极上的放电顺序（失,e,）,S,2,I,Br,-,Cl,OH,NO,3,SO,4,2,（,等含氧酸根离子）,F,-,练习：,1,、写出电解硫酸钠溶液的电极反应和方程式。,阳极：,4OH,4e,2H,2,O,O,2,阴极：,4H,+,4e,2H,2,（,PH,不变）,2,、写出电解硫酸铜溶液的电极反应和方程式。,阳极：,4OH,4e,2H,2,O,O,2,阴极：,2Cu,2+,4e,2Cu,（,PH,减小）,方程式：,2H,2,O,2H,2,O,2,通电,方程式：,2CuSO,4,2H,2,O,2H,2,SO,4,2Cu,O,2,（,2Cu,2+,2H,2,O,4H,+,2Cu,O,2,）,通电,通电,3,、写出电解硝酸银溶液的电极反应和方程式。,思考：标况下产生,44.8L,气体时，阴极上,析出银多少克？,108,8,864g,阳极：,4OH,4e,2H,2,O,O,2,阴极：,4Ag,+,4e,4Ag,（,PH,减小）,方程式：,4AgNO,3,2H,2,O,4HNO,3,4Ag,O,2,（,4Ag,+,2H,2,O,4H,+,4Ag,O,2,）,通电,通电,4,、下列叙述中不正确的是：,A.,电解池中与电源正极相连的是电解池的阴极。,B.,电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。,C.,电解池中电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极。,D.,电解池是把电能转变为化学能的装置。,5,、下列关于实验现象的描述不正确的是,A.,把,铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡。,B.,用石墨做电极电解溴化铜溶液，阳极质量增加。,C.,把铜片插入浓氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁。,D.,把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快,.,6,、,X,、,Y,、,Z,、,M,代表四种金属元素，,X,和,Z,用导线连接放入稀硫酸中时，,X,溶解，,Z,极上产生氢气；若电解,Y,2+,和,Z,2+,共存的溶液时，,Y,先析出；,M,2+,离子的氧化性强于,Y,2+,离子。则这四种金属的活泼性由强到弱的顺序是：,A.XZYM B.XYZM,C.MZXY D.XZMY,练习,6,、如图所示装置，指出,A,、,B,池的名称、电极名称、电极反应式、二池,pH,值的变化情况。,（A）,（B）,（C）,（D）,CuSO,4,AgNO,3,AgNO,3,NaHSO,4,Ag,Cu,Cu,C,Pt,Pt,Ag,Fe,7.,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。,8,、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,-,=2H,2,O+O,2,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,9,、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,A,X,是正极，,Y,是负极,B,X,是负极，,Y,是正极,C,CuSO,4,溶液的,PH,值逐渐减小,D,CuSO,4,溶液的,PH,值不变,a,X Y,b,Pt,Cu,CuSO,4,溶液,NaCl,和酚酞溶液,AC,10,、在水中加等物质的量的,Ag,+,Pb,2+,Na,+,SO,4,2-,NO,3,-,Cl,-,该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（,）,A.35.5:108 B.16:207,C.,8:1 D.108:35.5,C,11,、在电解水制取,H,2,和,O,2,时，为了增强导电性，常常要加入一些电解质，最好选用下列物质中的（）,A,NaOH,B,HC1,C,NaCl,D,CuSO,4,A,（,7,）电解规律（水溶液中、惰性电极）,电解含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐，,实质是电解水。如,H,2,SO,4,、,NaOH,、,K,2,SO,4,等。,电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属。如,CuSO,4,、,AgNO,3,等,电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属。如,NaCl,等。,电解不活泼金属无氧酸盐（氟化物除外），实质是电解其本身。如,CuCl,2,等。,电解,类型,举,例,电极反应,溶液,pH,变化,溶液复原方法,物质类别,实例,仅溶剂,水电解,含氧酸,H,2,SO,4,阳极：,4OH,-4e,=O,2,+2H,2,O,阴极：,4H,+,+4e,=2H,2,减小,H,2,O,强碱,NaOH,增大,活泼金属的含氧酸盐,Na,2,SO,4,不变,仅溶质,电解,无氧酸,HCl,阳极：,2Cl,-2e,=Cl,2,阴极：,2H,+,+2e,=H,2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl,2,阳极：,2Cl,-2e,=Cl,2,阴极：,Cu,2+,+2e,=Cu,增大,CuCl,2,溶质和,溶剂同,时电解,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极：,2Cl,-2e,=Cl,2,阴极：,2H,+,+2e,=H,2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO,4,阳极：,4OH,-4e,=O,2,+2H,2,O,阴极：,2Cu,2+,+4e,=2Cu,减小,CuO,电解规律小结,电解时电极附近,pH,的,变化,（,1,）电极区域,A,、,阴极,H,+,放电产生,H,2,，阴极区域,pH,变大。,B,、阳极,OH,放电产生,O,2,，阳极区域,pH,变小。,（,2,）电解质溶液,A,、电解过程中只产生,H,2,，,pH,变大；,B,、电解过程中只产生,O,2,，,pH,变小；,C,、电解过程中既产生,H,2,，又产生,O,2,，则原溶液呈酸性的,pH,变小，原溶液呈碱性的,pH,变大，原溶液呈中性的,pH,不变；,D,、电解过程中无,H,2,和,O,2,产生，,pH,几乎不变。,电离,电解,条件,电解质溶于水或受热融化状态，不通电,电解质电离后，再通直流电,过程,电解质电离成为自由移动的离子例：,CuCl,2,=Cu,2+,+2Cl,阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：,CuCl,2,=Cu+Cl,2,特点,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,联系,电解必须建立在电离的基础上,通电,电离与电解的比较,二、电解原理的应用,1,、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气,实验装置,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。,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,NaCl,=Na,+,+,Cl,H,2,O H,+,+OH,-,阳离子：,Na,+,、,H,+,（少量）,阴离子：,Cl,、,OH,（少量）,氧化性：,H,+,Na,+,；,还原性：,Cl,OH,阴极反应：,2H,+,+2e,=H,2,阳极反应：,2Cl,2e,=Cl,2,总反应：,2NaCl+2H,2,O 2NaOH+Cl,2,+H,2,离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成。,阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层，阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，既能防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气相混合而引起爆炸，又能避免氯气和氢氧化钠溶液作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。,氯碱工业,:,离子交换膜法制烧碱,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而影响氢氧化钠的产量。,氯碱工业,:,离子交换膜法制烧碱,（,1,）生产设备名称：离子交换膜电解槽,(2),阴极：碳钢,阳极：钛,(3),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。,Cl,2,Cl,2,Cl,H,2,Na,+,H,+,OH,淡盐水,NaOH,溶液,精制饱和,NaCl,溶液,H,2,O,（,含少,量,NaOH,）,离子交换膜,阳 极,金属钛网,阴 极,碳钢网,+,阳极室,阴极室,粗盐的成份：,泥沙、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2,杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜,精制食盐水,杂质的除去过程：,粗盐水,含少量,Ca,2+,.Mg,2+,精制盐水,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。,(1),电极：粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；纯铜片作阴极，与直流电源的负极相连；硫酸铜溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。,CuSO,4,溶液中有,Cu,2+,、,H,+,、,SO,4,2,、,OH,等,4,种离子，通电后,Cu,2+,、,H,+,移向阴极，,SO,4,2,、,OH,移向阳极，阴极上,Cu,2+,放电变成,Cu,聚集在阴极板（精铜）上。,纯铜,粗铜,(2),电极反应：,CuSO,4,溶液,Zn,Zn,2+,2e,-,Fe Fe,2+,2e,-,Ni,Ni,2+,2e,-,Cu,Cu,2+,2e,-,Zn Fe Ni,Cu,Ag,Au,阳极泥,阳,极：,Cu,2e,Cu,2+,阴,极：,Cu,2+,2e,Cu,电解精炼铜过程中,CuSO,4,溶液的浓度基本不变。,比铜活泼的金属：,Zn,、,Fe,、,Ni,只溶解，不析出；,比铜不活泼的金属：,Au,、,Pt,不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,3,、电镀铜,（,1,）,定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的过程称为电镀。,（,2,）,主要目的：,使金属更加美观耐用,增强防锈抗蚀能力,（,3,）,原理：用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连，待镀金属制品作阴极，与直流电源的负极相连，含有镀层金属离子的电解质作电镀液。,实验（铁制品上镀铜）：,在烧杯里加入,CuSO,4,溶液，将用酸洗净的铁制品作阴极，铜片作阳极。通电，观察铁制品表面颜色的变化。,阳极：铜,阴极：铁制品,电镀液：,CuSO,4,溶液,电极反应：,阳极：,Cu,2e,=Cu,2+,阴极：,Cu,2+,2e,=Cu,电镀液：含有镀层金属的离子的电解质,溶液,阴极：,待镀件（电极不反应）,镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起,变化的金属，如,Cr,、,Zn,、,Ni,、,Cu,等。,电镀阴极材料、阳极材料和电镀液的选择,：,阳极：,镀层金属（电极被氧化）,练习：在铁制品表面镀银，如何选择合适的电极材料和电镀液？写出电极反应方程式。,4,、冶炼铝,阳极：,6O,2-,-12e,-,=3O,2,阴极：,4Al,3+,+12e,-,=4Al,通电,总式：,2Al,2,O,3,4Al+3O,2,助熔剂：冰晶石（,Na,3,AlF,6,六氟合铝酸钠）,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,AlCl,3,?,冶炼铝设备图,阳极,C,电解质,烟罩,熔融态铝,钢壳,钢导电棒,阴极,C,耐火材料,2K,2,MnO,4,+2H,2,O=2KMnO,4,+2KOH+H,2,电解,1,、工业上采用,Fe,、,C,为电极电解,K,2,MnO,4,溶液,制,KMnO,4,。,（,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,。,练 习,Fe,增大,MnO,4,2,-e,-,=MnO,4,2,、用惰性电极电解下列溶液，电解一段时,间后，阴极质量增加，电解液的,pH,下降,的是 （）,A,、,CuSO,4,B,、,AgNO,3,C,、,BaCl,2,D,、,H,2,SO,4,AB,