化学选修4 化学反应原理第三节 电解池说课课件ppt

这是一份化学选修4 化学反应原理第三节 电解池说课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了有关电解，巩固练习，第四章电化学基础，电解原理的应用，精制食盐水，铜的电解精炼，电化学专题３＼４，拓展练习，金属的电化学腐蚀，吸氧腐蚀等内容，欢迎下载使用。

金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。
电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。
一、电解原理（以电解氯化钠为例）
实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠
现象： 阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的KI-淀 粉试纸变蓝（Cl2)
阴极：有金属钠析出
通电前：分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：Na+ 阴离子：Cl- 做无规则运动
通电后：（必须直流电）（1）确定电极名称： 阳极（接电源正极） 阴极（接电源负极） 与电极材料无关
（2）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 阳极：2Cl--2e- =Cl2↑ 氧化反应 阴极：2Na+ +2e-=2Na 还原反应 总式：
电解: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。
电解池:借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。
★构成条件: (1)外加直流电源 (2)与电源相连的两个电极： 接电源正极的为阳极，发生氧化反应 接电源负极的为阴极，发生还原反应 (3)电解质溶液或熔化的电解质
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）
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.
惰性电极与活性电极： 惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅导电，不参与反应 活性电极（除铂、金外的金属）：既可以导电、又可以参与电极反应
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。
实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液
现象： 阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的KI-淀 粉试纸变蓝（Cl2)
阴极：碳棒上有一层红色的铜析出
通电前：分析电解质溶液中的离子情况 阳离子：H+、Cu2+ 阴离子：OH-、Cl- 做无规则运动
通电后：（必须直流电） （1）确定电极名称： 阳极（接电源正极） 阴极（接电源负极） 与电极材料无关
（3）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 阳极： 2Cl--2e- =Cl2↑氧化反应 阴极：Cu2++2e- =Cu 还原反应 总式：
（2）判断离子的放电顺序： 阳离子：Cu2+>H+ 阴离子：Cl->OH-
（4）分析电解质溶液的变化情况： CuCl2溶液浓度降低
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 ②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：
S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 -、SO42-(等含氧酸根离子）>F-
Ag+>Fe3+ >Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：
阳极：2Cl--2 e- =Cl2↑
阴极：Cu2++ 2e-=2Cu↓
阳极: 4OH- -4e- = 2H2O+O2↑
阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑
2H2O 2H2↑ +O2↑
阳极: 2Cl--2e- =Cl2↑
阴极: 2H ++ 2e- =H2 ↑
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑
阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2↑
阴极：Cu2++ 2e- =Cu
电解规律（惰性电极）小结
阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-
Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2 、HClⅠ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaClⅡ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+
1.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。
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
3.在下图所示装置中，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．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变
4.用两支惰性电极插入50mLAgNO3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
第三节 电解池第二课时
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
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)
（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢 阳极：钛阳离子交换膜：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
H2O（含少量NaOH）
粗盐的成份： 泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜
含少量Ca2+.Mg2+
　　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)
Zn→ Zn2+＋2e- Fe → Fe2+＋2e- Ni → Ni2+＋2e-Cu→ Cu2+＋2e-
Zn Fe Ni CuAg Au
阴极: Cu2+ + 2e- → Cu
问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
电镀是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，它是电解原理的又一重要应用。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。
电镀：电镀是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，
①电极： 阳极——镀层金属 或惰性电极 阴极——待镀金属制品
②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。
溶液中CuSO4的浓度保持不变或变小
阳极：6O2--12 e- =3O2↑ 阴极：4Al3+ + 12e- =4Al
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?
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。
①两电极接直流电源②电极插人电解质溶液③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极②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
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。
①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极②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
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？
3. 若要给铁叉镀金， a极选用什么材料？ 选择何种溶液？
金属性强弱的判断 已知①M+N2+=M2++N ②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M ③N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
工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO41.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——电子守恒法例一 ： 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: 0.5×4 = 2ml,消耗4OH- 2ml,即产生H+ 2ml. 阴极生成0.5mlH2,消耗H+ 1ml;所以溶液中C(H+)=1ml/L pH=0 生成H2转移的电子:0.5 ×2=1ml,故还有1mle- 用于还原Cu2+,可析出铜为0.5ml.
O2～2Cu～4Ag～4H＋～2H2～2Cl2～4OH－
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.1ml/L B.2ml/L C.3ml/L D.4ml/L
阳极O2为0.1ml，电子为0.4ml
则H2为0.1ml，所以Cu为0.1ml，浓度为A
例三 ： 某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，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 ml 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：①金属M的相对原子质量及 x、n 值；②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。
Mx+ + xe- = M0.005ml 0.01ml 0.32g
所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3
产生H+为0.01ml，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
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
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。
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 4︰1 B 3︰1 C 2︰1 D 任意比
1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应
2、写出下列装置的极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。
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。
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
①若原溶液呈酸性则pH减小；
②若原溶液呈碱性pH增大；
③若原溶液呈中性pH不变。
3.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
①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
③电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。
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 ：15、a 极有气泡, b 极有气泡;阴极加酚酞变红
4、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验
（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：
负极：Fe -2e = Fe2+ ； 正极：2H2O +O2 +2e　=4OH-　　　　
负极：Fe -2e = Fe2+ ；正极：2H+ +2e = H2↑
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
①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②同一种金属的腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质
5.下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢 顺序 .
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
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
充电：电解池
 此电池放电时，负极发生反应的物质为A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
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：
1．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
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。
10．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A．X是正极，Y是负极B．X是负极，Y是正极C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变
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A．a电极是负极B．b电极的电极反应为：4OH—－4e →2H2O+O2C．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
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1mlC2H6，则电路上转移的电子为14ml D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
第四节 金属的电化学腐蚀与防护
是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
M – ne- → Mn+
接触到的气体或液体不同
[实验探究] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？
发生条件：中性或酸性很弱条件下
2Fe - 4e- = 2Fe2+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
2H++ 2e- =H2 ↑
Fe - 2e- = Fe2+
Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑
★析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。
金属跟干燥气体或非电解质液体直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
与接触物质的氧化性及温度有关
与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 。
结论 判断金属腐蚀快慢的规律
电解池→外界力量→外力无法抗拒
电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极
1、电解原理引起的腐蚀 ＞ 原电池原理引起的腐蚀 ＞ 化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀
2、对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
强电解质溶液 ＞ 弱电解质溶液 ＞ 非电解质溶液
3、活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越慢。
4、对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
形成原电池时，让被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；而活泼金属作负极(阳极)，反应受到腐蚀。
1.牺牲阳极的阴极保护法
二、金属的电化学防护
2.外加电流的阴极保护法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
除此以外还有哪些防护方法？
金属防护的几种重要方法:①在金属表面覆盖保护层。 ②改变金属内部的组成结构，制成合金。③电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。