高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 電解池 第2課時(shí) 電解原理的應(yīng)用課件 新人教版選修5-新人教版高二選修5化學(xué)課件

1、第2課時(shí)電解原理的應(yīng)用第四章第三節(jié)電解池學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.熟知電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理，會寫其電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式。2.學(xué)會電解的有關(guān)計(jì)算。新知導(dǎo)學(xué)達(dá)標(biāo)檢測內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)1.氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)(1)概念：用電解 的方法來制取，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)，稱為氯堿工業(yè)。(2)原理：通電前，氯化鈉溶液中含有的離子是。通電時(shí)，移向陽極的離子是 ，移向陰極的離子是 。陽極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2；陰極反應(yīng)式為 ；因 放電，促進(jìn)了水的電離，使陰極區(qū)溶液顯 性。一、電解原理的應(yīng)用飽和氯化鈉溶液氫氧化鈉、氫氣和氯氣Na、Cl、H、OHCl、OHNa、H2H2e=H2堿H電

2、解的總反應(yīng)式化學(xué)方程式為 ；離子方程式為 。(3)氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程陽離子交換膜電解槽陽離子交換膜的作用：只允許Na等陽離子通過，不允許Cl、OH等陰離子及氣體分子通過，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量和質(zhì)量。2.電鍍電鍍(1)電鍍的概念：應(yīng)用 原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他 或 的方法。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，抗腐蝕性能增強(qiáng)。(2)某電鍍銅實(shí)驗(yàn)裝置(電鍍池)如圖所示。電解金屬合金請回答下列問題：銅片為 金屬，與直流電源的 相連，作陽極；鐵件為 金屬，與直流電源的 相連，作陰極；硫酸銅溶液為 ，含有鍍層金屬離子。鍍

3、層正極待鍍負(fù)極電鍍液陽極反應(yīng)式為 ；陰極反應(yīng)式為 。可觀察到的現(xiàn)象是鐵件表面 ，銅片 。硫酸銅溶液濃度的變化是 。(3)電鍍的特點(diǎn)是陽極參與電極反應(yīng)，電鍍過程中相關(guān)離子的濃度、溶液pH等保持不變。Cu2e=Cu2Cu22e=Cu鍍一層紅色的銅不斷溶解不變3.電解精煉銅電解精煉銅(1)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì)，常用電解的方法進(jìn)行精煉。電解池的構(gòu)成是用 作陽極，用 作陰極，用 作電解質(zhì)溶液。(2)陽極反應(yīng)式為 、 、 等；陰極反應(yīng)式為 。(3)電解精煉銅的原理：粗銅中比銅活潑的金屬 等，失去電子形成陽離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬 等，以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽的底部

4、(形成陽極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。粗銅純銅硫酸銅溶液Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Cu22e=Cu鋅、鐵銀、金4.電冶金電冶金(1)金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的 獲得電子，從它們的化合物中 出來。如Mnne=M。(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽溶液，應(yīng)電解其熔融態(tài)。如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉：陽極反應(yīng)式為 ；陰極反應(yīng)式為 ；總反應(yīng)方程式為2NaCl(熔融) 2NaCl2。金屬離子還原2Cl2e=Cl22Na2e=2Na分析電解應(yīng)用問題的思維模型分析電解應(yīng)用問題的思維模型(1)看電池(所給裝置是電解池還是電鍍池)，分電極(由電源的

5、正極和負(fù)極確定)；(2)析溶液(電解質(zhì)溶液中含有的離子)，判流向(電子的流向、離子移動方向)；(3)定微粒(確定兩極上發(fā)生反應(yīng)的微粒)，寫反應(yīng)(電極反應(yīng)式、總反應(yīng)方程式)。歸納總結(jié)歸納總結(jié)例例1化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組在學(xué)習(xí)化學(xué)電源和氯堿工業(yè)相關(guān)知識后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們設(shè)計(jì)組裝了如圖所示裝置，已知a為石墨電極，b為鐵電極，c為鋁電極(已除去表面氧化膜)，d為多孔石墨電極，燒杯中是足量飽和食鹽水(滴有酚酞)，連好導(dǎo)線后，電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。下列判斷正確的是A.b為負(fù)極，d為陽極B.一段時(shí)間后，a和d電極附近溶液變紅C.b電極的電極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2D.電解一段時(shí)間，當(dāng)B中出現(xiàn)大量白色沉

6、淀 時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，再將A中溶液倒入B中混合，充分振蕩，沉淀全部消失答案解析解析解析右側(cè)裝置為原電池，左側(cè)裝置為電解池。在右側(cè)裝置中，通入O2的電極為原電池的正極，其電極反應(yīng)式為O24e2H2O=4OH，所以一段時(shí)間后d電極附近溶液變紅，Al為原電池的負(fù)極，Al失去電子生成Al3，Al3與溶液中的OH反應(yīng)生成白色Al(OH)3沉淀，電池總反應(yīng)式為4Al3O26H2O=4Al(OH)3，a與電池的正極相連，故a為電解池的陽極，b與電池的負(fù)極相連，故b為電解池的陰極，電解飽和NaCl溶液時(shí)，Cl在a極放電生成Cl2，H在b極放電生成H2，故一段時(shí)間后b電極附近溶液變紅。根據(jù)得失電子守恒，A中產(chǎn)生的N

7、aOH與B中Al3結(jié)合的OH物質(zhì)的量相等，所以電解一段時(shí)間后，將A、B混合并充分振蕩，Al(OH)3能被NaOH全部溶解。例例2在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計(jì)正確的是A.鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子B.鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子C.鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子D.鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有亞鐵離子答案解析解析解析電鍍原理是鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。例例3金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量鐵、鋅、銅、鉑等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2Ni2Cu2)A.陽極發(fā)生還原

8、反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni22e=NiB.電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C.電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2和Zn2D.電解后，電解槽底部的陽極泥中有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳答案解析解析解析電解精煉鎳時(shí)，粗鎳作陽極，純鎳作陰極，電解質(zhì)溶液中含有Ni2，則陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2，F(xiàn)e2e=Fe2，Ni2e=Ni2，陰極電極反應(yīng)式為Ni22e=Ni，因此，電解過程中陽極減少的質(zhì)量不等于陰極增加的質(zhì)量，電解后，溶液中存在的金屬陽離子有Fe2、Ni2、Zn2，電解槽底部的陽極泥中只有銅和鉑，沒有鋅、鐵、鎳。1.計(jì)算的原則計(jì)算的原則(1)陽極失去的電子數(shù) 陰極

9、得到的電子數(shù)。(2)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù) 。(3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù) 。二、電解的有關(guān)計(jì)算等于相等相等2.計(jì)算的方法計(jì)算的方法(1)得失電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)總反應(yīng)式計(jì)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)式列比例式計(jì)算。(3)關(guān)系式計(jì)算：借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需的關(guān)系式。3.計(jì)算的步驟計(jì)算的步驟(1)正確書寫電極反應(yīng)式(要注意陽極材料)。(2)當(dāng)溶液中有多種離子共存時(shí)，要確定放電離子的先后順序。(3)最后根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行相

10、關(guān)的計(jì)算。例例4如圖所示的A、B兩個(gè)電解池中的電極均為鉑，在A池中加入0.05 molL1的氯化銅溶液，B池中加入0.1 molL1的硝酸銀溶液，進(jìn)行電解。a、b、c、d四個(gè)電極上所析出的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是A.2241 B.1121C.2111 D.2121答案解析解析解析由電解規(guī)律可知：a、c為陰極，b、d為陽極。a極上析出銅，b極上析出氯氣，c極上析出銀，d極上析出氧氣。由電子守恒可得出：2eCuCl22Ag O2，所以a、b、c、d四個(gè)電極上所析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2241。方法點(diǎn)撥以通過4 mol e為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：陽極產(chǎn)物 陰極產(chǎn)物(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)

11、例例5在100 mL 硫酸和硫酸銅的混合液中，用石墨作電極進(jìn)行電解，兩極上均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則原混合液中，Cu2的物質(zhì)的量濃度為A.1 molL1 B.2 molL1C.3 molL1 D.4 molL1答案解析解析解析分析電解硫酸、硫酸銅混合液的陰、陽兩極的電極反應(yīng)可知，兩極產(chǎn)生的氣體分別為氫氣、氧氣各0.1 mol，氧氣是由氫氧根離子失去0.4 mol電子而得到，氫氣是由氫離子得到 0.2 mol 電子而生成。由電子得失守恒知，還有0.2 mol電子是銅離子得到的，則銅離子的物質(zhì)的量是0.1 mol，其物質(zhì)的量濃度為1 molL1。學(xué)習(xí)小結(jié)達(dá)標(biāo)檢測1.工業(yè)上電解食鹽水的

12、陰極區(qū)產(chǎn)物是A.氯氣 B.氫氣和氯氣C.氫氣和氫氧化鈉 D.氯氣和氫氧化鈉12345解析解析電解食鹽水生成三種產(chǎn)物，在陰極區(qū)生成氫氣和氫氧化鈉，在陽極區(qū)生成氯氣。答案解析2.關(guān)于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是A.都用粗銅作陽極、純銅作陰極B.電解液的成分都保持不變C.陽極反應(yīng)都只有Cu2e=Cu2D.陰極反應(yīng)都只有Cu22e=Cu解析解析A項(xiàng)，電鍍時(shí)鍍件作陰極；B項(xiàng)，電解精煉銅時(shí)電解液成分改變，電解精煉銅時(shí)，雜質(zhì)若有比銅活潑的金屬(如鋅)，則還會發(fā)生Zn2e=Zn2的反應(yīng)。答案解析12345答案123453.下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極B.電解

13、法精煉粗銅，用純銅作陰極C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D.在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極解析解析解析電解池的陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。電解熔融的Al2O3制Al時(shí)，若用Fe作陽極，會發(fā)生反應(yīng)Fe2e=Fe2，F(xiàn)e2移動到陰極上發(fā)生反應(yīng)Fe22e=Fe，使得到的Al不純。4.用惰性電極電解硫酸銅溶液。若陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為0.01 mol，陰極無氣體逸出，則陰極上析出銅的質(zhì)量為A.0.64 g B.1.28 gC.2.56 g D.5.12 g答案解析12345解析解析用惰性電極電解硫酸銅溶液，在陽極產(chǎn)生的氣體為氧氣，由4OH4e=2H2OO2知，產(chǎn)生0

14、.01 mol的氧氣轉(zhuǎn)移0.04 mol電子，則根據(jù)Cu22e=Cu可推出應(yīng)析出0.02 mol的銅，其質(zhì)量為1.28 g。123455.某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池(如下圖所示)，目的是探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。根據(jù)要求回答相關(guān)問題：(1)通入氫氣的電極為_(填“正極”或“負(fù)極”)，該電極反應(yīng)式為_。負(fù)極H22e2OH=2H2O答案解析12345解析解析通入氫氣的電極為負(fù)極，電解質(zhì)溶液是堿性的，該電極反應(yīng)式為H22e2OH=2H2O。12345(2)石墨電極為_(填“陽極”或“陰極”)，反應(yīng)一段時(shí)間后，在乙裝置中滴入酚酞溶液，_(填“鐵極”或“石墨極”)區(qū)的溶液先變紅。陽極鐵極答案解析解析解析石墨電極與電源的正極連接，石墨電極為