電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能--電解.ppt

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1、第2節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電解,化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化,自從伏打發(fā)明電池后，“電”的應(yīng)用就風(fēng)起云涌，席卷全球。1800年科學(xué)家采用伏打電池電解水獲得成功后，戴維將苛性鉀制成飽和水溶液進行電解，結(jié)果在電池兩極分別得到的是氧氣和氫氣，加大電流強度仍然沒有其他收獲。隨后他改用熔融的苛性鉀，在電流作用下，熔融的苛性鉀發(fā)生明顯變化，在導(dǎo)線與苛性鉀接觸的地方不停地出現(xiàn)紫色火焰。,,,在1807年皇家學(xué)會的學(xué)術(shù)報告會上，戴維是這樣介紹的：通電后，看到正極相連的部位沸騰不止，有許多氣泡產(chǎn)生，負極接觸處，只見有形似小球、帶金屬光澤、非常像水銀的物質(zhì)產(chǎn)生。這種小球的一部分一經(jīng)生成就燃燒起來，并伴有爆鳴聲和紫色火焰，剩下來

2、的那部分的表面慢慢變得暗淡無光，隨后被白色的薄膜所包裹。 這小球狀的物質(zhì)是什么？,提示：英國化學(xué)家戴維用電解的方法制出了很活潑的金屬鉀。,,,一、電解過程中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 1交流討論 離子在電場中的________是電解質(zhì)溶液和熔融電解質(zhì)導(dǎo)電的原因。在電場作用下，熔融氯化鈉中的________和________分別移向與電源________和________相連的電極。與電源負極相連的電極帶有________，Na在這個電極上得到電子，被還原成鈉原子，電極反應(yīng)式為________________；與電源正極相連的電極帶有________，Cl將電子轉(zhuǎn)移給這個電極，自身被氧化成______

3、__，最終生成________，電極反應(yīng)：__________________。將兩個電極發(fā)生的反應(yīng)組合起來，就得到電解氯化鈉制備金屬鈉的化學(xué)反應(yīng)：___________________________________________。,定向移動,Na,Cl,負極,正極,電子,正電性,Cl,Cl2,,,2活動探究 電解CuCl2(aq)的實驗中，在陰極________得電子生成________，電極反應(yīng)為________________；在陽極________失去電子變成________進而生成________，電極反應(yīng)為________________。總的電解反應(yīng)為____________

4、____。,Cu2CuCu22e CuClClCl22Cl2e Cl2CuCl2 CuCl2,,,二、電解飽和食鹽水 1飽和食鹽水中可能存在的離子有________，在電場中它們的移動方向是________向陰極移動，________向陽極移動。 2指出陰極和陽極上產(chǎn)生的現(xiàn)象，寫出電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。,二、1.Na、Cl、OH、H陽離子陰離子 22H2e H22Cl2e Cl22NaCl2H2O 2NaOHCl2H2,,,3.電解過程中，由于陰極區(qū)________濃度變小，水的電離平衡向________的方向移動，使陰極區(qū)溶液中________富集。因此，電解食鹽

5、水的總反應(yīng)為 2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2 ____產(chǎn)物____產(chǎn)物 如果設(shè)法用隔膜阻止OH移向陽極，則氫氧化鈉可以在________附近的溶液中富集，由陰極區(qū)放出的溶液可以得到________，這就是電解食鹽水制備燒堿的原理。電解食鹽水還可以得到另外兩種重要的化工產(chǎn)品________和________。,H生成離子OH陰極陽極陰極NaOHCl2H2,,三、電鍍 1應(yīng)用電解原理，在________表面上鍍上一薄層________的過程稱為電鍍。 2金屬電鍍時，通常以________為陰極，用含有________陽離子的溶液作電解質(zhì)溶液，________作陽極。在_______

6、_電源作用下，________在待鍍金屬表面形成________而________的鍍層。,1.金屬或非金屬其他金屬或合金 2待鍍金屬制品鍍層金屬鍍層金屬直流鍍層金屬均勻光滑致密,,電解的定義及原理,1電解的概念：在直流電的作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫做電解。 注意：(1)電解時所用電流必須是直流電而不是交流電。 (2)熔融狀態(tài)的電解質(zhì)可被電解，電解質(zhì)溶液也可被電解。 (3)電解過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而“儲存”在反應(yīng)產(chǎn)物中。,2電解池的概念：借助于電流將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池，也可以叫做電解槽。 3電解池的構(gòu)成條件 (1)直流電源；(2)兩個固定電極

7、；(3)電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)；(4)形成閉合回路。 4電極反應(yīng) (1)半反應(yīng)：在電解池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是在兩個電極上分別進行的，相當(dāng)于氧化還原反應(yīng)的一半，這種反應(yīng)常稱為半反應(yīng)，也叫電極反應(yīng)。,(2)陽極：按照電化學(xué)的規(guī)定，與電源正極相連的發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，叫做陽極。 (3)陰極：按照電化學(xué)的規(guī)定，與電源負極相連的發(fā)生還原反應(yīng)的電極，叫做陰極。 如：電解熔融NaCl的電極反應(yīng)式為：,(,(,2Na+ +2e- 2Na,,5實驗探究 電解熔融氯化鈉,(1)實驗步驟： 如圖所示，在容器中 裝有熔融的氯化鈉， 兩側(cè)分別插入石墨片 和鐵片作電極材料，兩個電極分別與電源的正極和負極相連。接通

8、電源后，一段時間，再切斷電源。 (2)實驗現(xiàn)象： 石墨片上有黃綠色氣體產(chǎn)生，并可聞到刺激性氣味；鐵片上逐漸覆蓋一層銀白色物質(zhì)。,(3)實驗結(jié)論： 在通直流電的條件下，熔融的氯化鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)方程式為2NaCl 2NaCl2。 Cl2生成于與電源正極相連的石墨片上，Na生成于與電源負極相連的鐵片上。,右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關(guān)的判斷正確的是() Aa為負極、b為正極 Ba為陽極、b為陰極 C電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D電解過程中，氯離子濃度不變,解析：電流由正極流出，即a為電源正極，b為電源負極，則c極為電解池陽極，d為電解池的陰極

9、，電極為惰性電極，溶液中的離子放電，Cu2在陰極d析出，陰離子Cl在c極上放電產(chǎn)生Cl2。 答案：C,電解時電極產(chǎn)物的判斷,1陽極產(chǎn)物的判斷：首先看電極，如果是活性電極(除Pt、Au、石墨外)，則是電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失去電子而被氧化；若是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要看溶液中陰離子的失電子能力。此時應(yīng)根據(jù)陰離子的放電順序加以判斷(放電順序即為得或失電子的能力順序)；陰離子在陽極上的放電順序為：S2IBrClOHSO ，即：無氧酸根離子OH含氧酸根離子。,注意：(1)在中學(xué)化學(xué)中無氧酸根離子通常只考慮：S2、I、Br、Cl的放電情況。 (2)在溶液中我們常說含氧酸

10、根離子不放電，常指最高價(中心原子)含氧酸根離子不放電，但非最高價(中心原子)含氧酸根離子的放電能力比OH的放電能力強，,2陰極陽離子的放電(得電子)順序： KCa2NaMg2Al3Zn2Fe2Sn2Pb2HCu2Fe3Hg2Ag。,注意：(1)Fe3得電子能力比Cu2的強，即當(dāng)兩者共存時Fe3先放電。 (2)通常情況下： Ag、Hg2、Fe3、Cu2、H 水溶液中只考慮此部分 Pb2、Sn2、Fe2、Zn2 濃度很大(常指電鍍時)排在H前 Al3、Mg2、Na、Ca2、K 只在熔融狀態(tài)下放電,用石墨作電極電解CuCl2和KCl混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是() AH2、Cl2B

11、Cu、Cl2 CH2、O2 DCu、O2,解析：本題考查離子放電順序，溶液中的離子有：Cu2、K、H及Cl、OH五種離子，得電子能力Cu2HK，失電子能力：ClOH，所以電解初期：陰極：Cu22e Cu，陽極：2Cl Cl22e，故選B。 答案：B,點評：記住常見離子的放電順序，陰離子：S2IBrClOH，陽離子：活性陽極AgHg2Cu2H，再就是看清題目要求的是初期的電解產(chǎn)物。,,用惰性電極電解的一般規(guī)律,注意：(1)電解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的電解。 (2)電解電解質(zhì)型：無氧酸(除HF外)、不活潑金屬的無氧

12、酸鹽(氟化物除外)溶液的電解。 (3)放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽(氟化物除外)溶液的電解。 (4)放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解。,如圖所示，在U形管中裝入滴有紫色石蕊溶液且混合均勻的某溶液，通直流電，一段時間后U形管內(nèi)會形成一個倒立的“彩虹”，則U形管內(nèi)的溶液可能為() AH2SO4溶液 BNaOH溶液 CAgNO3溶液 DNa2SO4溶液,,解析：本題考查電解規(guī)律，彩虹意味著多種顏色，當(dāng)電解質(zhì)溶液為Na2SO4時，陰極區(qū)生成OH，使溶液變藍，陽極區(qū)生成H，使溶液變紅，中間石蕊呈紫色，并且顏色逐漸改變，像彩虹一樣，故選D。 答案：D,在室溫下，NaCl在水中的溶解度是36 g

13、。以石墨作陽極對飽和食鹽水進行電解，化學(xué)反應(yīng)式為2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2。,電解一段時間后，欲使食鹽水恢復(fù)到原來的狀態(tài)，下列做法中合理的是() A向電解后的溶液中通適量HCl氣體 B向電解后的溶液中加適量濃鹽酸 C將電解后的溶液先分離出NaOH，再加入NaCl D將電解后的溶液先分離出NaOH，再加入水 E向電解后的溶液中先加入適量的MgCl2，攪拌后再過濾,解析：由NaCl溶液的電解方程式 2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2可知，實質(zhì)出來的是H2和Cl2，A項合理，B項不合理；飽和NaCl溶液中，NaCl與H2O的質(zhì)量比為3664916，被電解的NaCl與H2

14、O的質(zhì)量比為58.518，C、D兩項都不合理；加MgCl2后，2NaOHMgCl2===Mg(OH)22NaCl，雖然使NaCl恢復(fù)原狀，但水的總量未恢復(fù)，E項不合理。 答案：A,,電解原理的應(yīng)用,1電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣 (1)實驗裝置 按右圖裝置，在U形管 里倒入飽和食鹽水，插入一 根石墨棒作陽極，一根鐵棒 作陰極。同時兩邊管中各滴 入幾滴酚酞溶液，并用濕潤 的碘化鉀淀粉試紙檢驗陽極放出的氣體，接通直流電源后，注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象，看到陰極區(qū)溶液變紅且有氣泡，陽極區(qū)有Cl2產(chǎn)生。,(2)實驗原理分析 飽和食鹽水中存在以下電離方程式： NaCl NaClH2OHOH 在食鹽

15、水中存在著Na、Cl、H、OH四種離子，通電時，Na、H向陰極移動，OH、Cl向陽極移動。由于放電順序HNa、ClOH，因此兩極上的電極反應(yīng)分別為陽極：2Cl2e Cl2(氧化反應(yīng))；陰極：2H2e H2(還原反應(yīng))。 在上述反應(yīng)中，由于H在陰極上得到電子而生成H2，破壞了水的電離平衡，促進了水的繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH的濃度增大而呈堿性。 總反應(yīng)：,注意：(1)弄清楚食鹽水中的離子放電順序。 (2)堿在陰極區(qū)產(chǎn)生的原因是H2O電離的H在陰極上得電子而生成H2從而引起水的電離平衡被破壞，在陰極區(qū)積累了大量的OH而生成堿。 2電解精煉銅 (1)電解精煉銅的裝置,粗銅中往往含鋅、鐵、

16、鎳、金等多種金屬，當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動性順序表銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會同時失去電子， 如Zn2e Zn2、Ni2e Ni2。 但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解液里。而位于金屬活動性順序表銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為失電子能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當(dāng)陽極上的銅失去電子變成離子溶解后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料)。,3電鍍 (1)定義：電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。 (2)目的：電鍍的目的主

17、要是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 (3)鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等。 (4)原理：電鍍時，把待鍍金屬制品作為陰極；用鍍層金屬作為陽極；用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液。通低壓直流電，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，在陰極獲得電子被還原成金屬，在待鍍件表面覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層。如圖,例如：鐵件上鍍鋅。放電能力不僅與本身性質(zhì)相關(guān)，還與離子濃度、pH等有關(guān)。當(dāng)c(Zn2)較大時，Zn2放電能力大于H，在直流電作用下，電極反應(yīng)：,陽極的鋅不斷被氧化成Zn2進入溶液，陰極溶液中Zn2被還原成鋅鍍層，因此電鍍液中c(Zn

18、Cl2)保持不變。 (5)電鍍特點：“一多、一少、一不變”。 一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。 注意：電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣中含有多種對環(huán)境有害的物質(zhì)，處理后應(yīng)符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，對其中的有用成分要回收利用。,如下圖所示，甲、乙為相互串聯(lián)的兩個電解池。,(1)甲池若為用電解原理精煉銅的裝置，則A電極名稱為________極，電極材料是________，電極反應(yīng)式為________，電解質(zhì)溶液可以是________。 (2)乙池中鐵極電極反應(yīng)式為________，若在乙池中滴入少量酚酞試液，開始電解一段時間后，鐵極附近呈_____

19、___色。,(3)若乙電解池中的電解質(zhì)溶液為等物質(zhì)的量濃度的Cu(NO3)2和MgCl2溶液。分階段寫出乙池中電解反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________。,解析：(1)在一條電路上串聯(lián)兩個電解池，使同學(xué)們對陰、陽極的判斷容易受到干擾，在分析甲池時，把乙池視為一段導(dǎo)線，反之，分析乙池時，把甲池視為一段導(dǎo)線。據(jù)此分析得出：A為陰極，B為陽極，F(xiàn)e為陰極，C為陽極。又根據(jù)工業(yè)上電解精煉銅的原理判斷A電極材料應(yīng)為純銅，電極反應(yīng)式為Cu22e Cu，電解質(zhì)溶液用含Cu2的溶液(如CuSO4溶液)。,(2)乙池中是用惰性電極電解NaCl溶液(陰極材料是否是活潑金屬對電解無影響

20、)，鐵極反應(yīng)式為2H2e H2，由于水提供的H放電，鐵極附近溶液中OH越來越多，加入酚酞溶液由無色變?yōu)榧t色。 (3)電解多種電解質(zhì)的混合溶液，分析電解反應(yīng)的方法步驟為：分析電解質(zhì)溶液中的所有離子，分為陰、陽兩組(包括水電離出的H和OH)；將陰、陽離子分別按放電先后順序進行排列；寫出陰、陽兩極上的反應(yīng)式和電解的總反應(yīng)式并據(jù)此判斷反應(yīng)現(xiàn)象或進行計算。,答案：(1)陰；純銅；Cu22e Cu2；含Cu2的溶液(如CuSO4溶液)(2)2H2e H2；紅(3)第一階段： ， 第二階段：,,,,1下列金屬中：鐵、鎂、錳、釩、鉻，可用鋁熱法制備的有() A B C

21、D,解析：本題考查金屬冶煉，難熔金屬的氧化物可做鋁熱劑，如Fe2O3、Fe3O4、V2O5、Cr2O3、MnO2等，從而可用鋁熱法制備Fe、V、Cr、Mn。 答案：C,2.Cu2O是一種半導(dǎo)體材料， 基于綠色化學(xué)理念設(shè)計的制取。 Cu2O的電解池示意圖如右，電 解總反應(yīng)：2CuH2O Cu2OH2。下列說法正確的是() A石墨電極上產(chǎn)生氫氣 B銅電極發(fā)生還原反應(yīng) C銅電極接直流電源的負極 D當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1 mol Cu2O生成,解析：由電解總反應(yīng)式可知，Cu參加了反應(yīng)，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B選項錯誤；石墨作陰極，陰極上是溶液中的H反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2H2e H2，A選項正確；陽極與電源的正極相連，C選項錯誤；陽極反應(yīng)為2Cu2OH2e Cu2OH2O，當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項錯誤。 答案：A,祝,您,學(xué)業(yè)有成,