2018蘇教版高中化學(xué)選修四專題1-第2單元《電解池的工作原理及應(yīng)用》ppt課件

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1、第3課時電解池的工作原理及應(yīng)用 1電解水的化學(xué)方程式如何書寫？ 1理解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 2了解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅以及電冶金等電解原理的應(yīng)用。 3掌握電解原理的有關(guān)計算。 1.電解 在直流電的作用下，在兩電極上分別發(fā)生_的過程。 2實驗篤學(xué)一篤學(xué)一電解原理電解原理氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)實驗步驟實驗步驟在在U形管中注入形管中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作溶液，插入兩根石墨棒作電極，把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電電極，把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極源正極相連的電極(陽極陽極)附近。接通直流電源附近。接通直流電源實驗現(xiàn)象實

2、驗現(xiàn)象陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層_；在陽極石墨棒上有在陽極石墨棒上有_產(chǎn)生，且使產(chǎn)生，且使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兂蓾駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兂蒧色色原原理理分分析析CuCl2電離電離CuCl2=Cu22Cl電極反應(yīng)電極反應(yīng)陽極：陽極：_；陰極：陰極：_總反應(yīng)總反應(yīng)_結(jié)論結(jié)論電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的_過程過程紅色的銅紅色的銅刺激性氣味氣體刺激性氣味氣體藍(lán)藍(lán)電解電解 3電解池 把_能轉(zhuǎn)變?yōu)開能的裝置，叫電解池。 在電解池中，與電源負(fù)極相連的電極是_，在陰極上發(fā)生_反應(yīng)；與電源_相連的電極是陽極，在陽極上發(fā)生_反應(yīng)。電電化學(xué)化

3、學(xué)陰極陰極還原還原正極正極氧化氧化篤學(xué)二篤學(xué)二電解原理的應(yīng)用電解原理的應(yīng)用 2電鍍及金屬精煉 (1)概念：應(yīng)用電解原理在某些金屬或非金屬材料表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 (2)主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。 (3)電鍍時，_作陰極，_作陽極，用含有_的溶液作電解質(zhì)溶液。 (4)應(yīng)用：電解精煉銅時，用_作陰極，_作陽極，_作電解液。待鍍的金屬制品待鍍的金屬制品鍍層金屬鍍層金屬鍍層金屬離子鍍層金屬離子純銅板純銅板粗銅板粗銅板CuSO4溶液溶液 3電冶金 由于電解是最強有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉像鈉、鈣、鎂、鋁這些活潑金屬的重要方法。如電解熔融NaCl制備金屬

4、鈉，電極反應(yīng)：陰極：2Na2e=2Na，陽極：_，總反應(yīng)：_。 【慎思1】 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電過程一樣嗎？ 【答案】不一樣，金屬導(dǎo)電是因為金屬中存在自由電子，是自由電子的定向移動形成電流，是物理過程，而電解質(zhì)溶液是靠溶液中的自由離子定向移動形成電流，并在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 【慎思2】 思考并討論，如何確定電解池的陰、陽極？ 【答案】(1)通過與直流電源的連接： 陽極連接電源正極；陰極連接電源負(fù)極。 (2)通過發(fā)生的反應(yīng)： 陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；陰極發(fā)生還原反應(yīng)。 (3)通過電子流向及反應(yīng)中電子得失： 陽極電子流出，反應(yīng)中失電子； 陰極電子流入，反應(yīng)中得電子。 【慎思3】 根據(jù)所列出條件，

5、選出組裝一電解池的物質(zhì)(用短線連接)。 電源a干電池 b照明線路中插座 c乙醇 電解液 dKCl溶液 e硅酸 電極 f石英 g石墨 【答案】電源a.干電池 電解液d.KCl溶液 電極g.石墨 【慎思4】 電解飽和食鹽水時陰極區(qū)溶液為什么呈堿性？ 【答案】電解飽和食鹽水過程中，因離子放電順序為HNa，所以H在陰極上得電子而生成H2，破壞了水的電離平衡，促進了水的電離；使陰極區(qū)溶液中c(OH)c(H)，所以陰極區(qū)溶液呈堿性。 【慎思5】 電鍍和電解精煉過程中電解質(zhì)溶液的變化有何不同？ 【答案】(1)電鍍時，以鍍層金屬作陽極時，陽極消耗的金屬離子與陰極析出的金屬陽離子完全相等，因此電鍍液的濃度不變。

6、 (2)電解精煉銅時，以粗銅為材料作陽極屬于活性電極，粗銅有雜質(zhì)(鋅、鐵、鎳、銀、金等)，當(dāng)銅不斷溶解時，位于金屬活動性順序銅之前的金屬如Zn、Fe、Ni等，也會失去電子，如Zn2e=Zn2。但它們的陽離子氧化性比銅弱，并不在陰極析出，而只是留在電解液里。故Cu2的濃度減小。 1電解產(chǎn)物的判斷 (1)陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極材料，若為活性電極(除Au、Pt、石墨以外的金屬材料)，則電極材料失電子，電極溶解生成相應(yīng)的金屬陽離子。 若為惰性電極(Au、Pt、石墨)，而依據(jù)溶液中陰離子的失電子能力加以判斷。電解原理電解原理 2電極反應(yīng)式書寫 書寫電極反應(yīng)式，判斷是關(guān)鍵，“四步法”可幫你確定電極反應(yīng)

7、式的書寫。 第一步：判斷陰、陽極。 第二步：判斷陰、陽離子的移動，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 第三步：判斷離子(或電極材料)的放電順序。在第二步中將離子按陰、陽離子分開判斷，誰強誰先放電。 第四步：根據(jù)得失電子守恒，判斷并書寫電極反應(yīng)式。 (1)接通電源，經(jīng)過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加，據(jù)此回答問題： 電源的N端為_極； 電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為_； 列式計算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積：_； 電極c的質(zhì)量變化是_g； 電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化？簡述其原因： 甲溶液_； 乙溶液_； 丙溶液_。 (2)如果電解過程中銅全部析

8、出，此時電解能否繼續(xù)進行？為什么？_。 解析(1)乙中c電極質(zhì)量增加，則c處發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=Cu，即c為陰極，由此可推出b為陽極，a為陰極，M為負(fù)極，N為正極。丙中電解K2SO4溶液，相當(dāng)于電解水，設(shè)電解的水的質(zhì)量為x，由電解前后溶質(zhì)質(zhì)量相等有：100 g10.00%(100 gx)10.47%，得x4.5 g，故為0.25 mol，整個反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，而整個電路是串聯(lián)的，故每個燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)是相等的。甲中相當(dāng)于電解H2O，陽極b處為陰離子OH放電，即4OH4e=2H2OO2。 判斷電解后溶液pH的變化，其方法如下： (1)若電解產(chǎn)物只有H2而無O2，則pH變大

9、； (2)若電解產(chǎn)物只有O2而無H2，原溶液呈酸性，則pH變??； (3)若電解產(chǎn)物既有O2又有H2，原溶液呈酸性，則pH變小，原溶液呈堿性，則pH變大，原溶液呈中性，則pH不變。 【體驗1】右圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴紫色石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象中，正確的是() A逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的 B一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體 Ca電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色 Da電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色 【答案】D 【解析】用惰性電極電解Na2SO4水溶液時，陰、陽兩極發(fā)生的電極反應(yīng)分別為： 陰極(a)：4H4e=2H

10、2 陽極(b)：4OH4e=2H2OO2 由于H和OH都來自H2O的電離，因此在陰極有OH生成，在陽極有H生成，故遇到紫色石蕊溶液，a極顯堿性呈藍(lán)色，而b極附近顯酸性呈紅色。 1惰性電極電解電解質(zhì)溶液規(guī)律電解規(guī)律及其應(yīng)用電解規(guī)律及其應(yīng)用類型類型電極反應(yīng)特點電極反應(yīng)特點實例實例電解電解物質(zhì)物質(zhì)電解質(zhì)溶電解質(zhì)溶液濃度液濃度電解質(zhì)溶電解質(zhì)溶液復(fù)原液復(fù)原溶液溶液pH變化變化放放H2生生堿型堿型陰極：放出陰極：放出H2生成堿生成堿陽極：電解質(zhì)陽極：電解質(zhì)陰離子放電陰離子放電NaCl電解電解質(zhì)和質(zhì)和水水生成新電生成新電解質(zhì)解質(zhì)氯化氫氯化氫增大增大放放O2生生酸型酸型陰極：電解質(zhì)陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽離子

11、放電陽極：陽極：OH放放電生成電生成O2和酸和酸CuSO4電解電解質(zhì)和質(zhì)和水水生成新電生成新電解質(zhì)解質(zhì)氧化銅氧化銅減小減小 2.電化學(xué)計算的基本方法 電化學(xué)的計算方法可歸納為下列三種： (1)根據(jù)電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。 (2)根據(jù)總反應(yīng)式計算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式計算。 (3)根據(jù)關(guān)系式計算：依據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關(guān)系式。 3電解飽和食鹽水、電解精煉銅和電鍍銅的比較 【例2】電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。右圖表示一個電解池，裝有電解液a。X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相

12、連。請回答以下問題： (1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則： 電解池中X極上的電極反應(yīng)為_，在X極附近觀察到的現(xiàn)象是_。 Y電極上的電極反應(yīng)為_，檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 _。 (2)如果用電解法精煉銅，電解液a選用CuSO4溶液，則： X電極的材料是_，電極反應(yīng)為_。 Y電極的材料是_，電極反應(yīng)為_。 (說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出) 以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法步驟： (1)分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組； (2)對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式； (3)合并兩個電極反應(yīng)

13、式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。 【體驗2】關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是() A若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色 B若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 D電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?【答案】B 【案例】 某學(xué)生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量來驗證阿伏加德羅常數(shù)值，其實驗方案的要點為： 用直流電電解氯化銅溶液，反應(yīng)儀器如下圖。 在電流為I A，通電時間為t s后，精確測得某電極上析出的銅的質(zhì)量為m g。實驗探究五利用電解原理進行定量測定的實驗設(shè)計實驗探究五利用電解原理進行定量測定的實驗設(shè)計 請回答： (1)這些儀器的正確連接順序為(用圖中標(biāo)注儀器接線柱的英文字母表示，下同)： E接_，C接_，_接F。實驗線路中的電流方向為_ _。 (2)寫出B電極上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_，G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為_，相應(yīng)的離子方程式是_。 (3)為精確測定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實驗步驟的先后順序是_(填序號)。 稱量電解前電極質(zhì)量刮下電解后電極上的銅并清洗用蒸餾水清洗電解后電極低溫烘干電極后稱量低溫烘干刮下的銅并稱量再次低溫烘干刮下的銅并稱量再次低溫烘干后稱量至恒重 (4)已知電子的電量為1.61019庫侖。試列出阿伏加德羅常數(shù)計算表達(dá)式：NA_。