高三一轮复习电解池.pptx

<p>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,*,第六章 化学反应与能量,第三,节 电,解池 金属腐蚀与防护,高三化学一轮复习,第1页,重难点：,电解工作原理及其应用。,【,考纲要求,】,1.,了解电解池工作原理，能写出电极反应和电池,反应方程式。,2.,了解金属发生电化学腐蚀原因、金属腐蚀危,害、预防金属腐蚀办法。,第2页,1,电解池中电极反应式书写、电极附近溶液酸碱性改变、电解质溶液中离子移动、两极上得失电子守恒关系等。,2,电解原理应用，尤其在新型充电电池中应用。,3,电解原理在金属防腐方面应用。,第3页,第一课时 电解池,第4页,一、电解池,1,电解,：使电流（直流电,),经过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引发氧化还原反应过程。,2,电解池（电解槽）,：把电能转化为化学能装置,第5页,3,、形成电解池条件,e,e,C,C,CuCl,2,溶液,1),外接直流电源。,2,),两个电极（必须导电，电极材料能够相同也能够不一样）。,3),电解质溶液或熔融 电解质。,4,）形成闭合回路,阴极,阳极,4,、电解池中两个电极及电极反应,、两个电极确实定及电极反应,阴极,：与外接电源,负极,相连电极。,电子流入,还原,反应,-,阳离子移向阴极,阳极,：与外接电源,正极,相连电极,电子流出,氧化,反应,阴离子移向阳极,第6页,、两个电极类型,惰性电极,(,铂、金、石墨,),：,仅仅传导电子，不参加电极反应,活性电极,(,除铂、金外金属,),：,既能够传导电子、若作阳极能够参加电极反应,5,电解池中电子流向及离子移动方向,电子流向,:,电子从外加电源负极流出，流到电解池阴极，再从阳极流回电源正极。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）,离子定向移动方向,:,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。,C,C,CuCl,2,溶液,第7页,6,、电解池工作原理（,电解质溶液导电,对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源负极沿导线流入电解池阴极，,在阴极上带负电,荷电子吸引作用下，,溶液中阳离子移向阴极，,而且氧化性较强阳离子优先在阴极上得到电子发生还原反应。在阴极上带负电荷电子排斥作用下，,溶液中阴离子移向阳极，,而且还原性较强阴离子优先在阳极上失去电子发生氧化反应,（有是组成阳极金属单质失去电子）电子从电解池阳极沿导线流回电源正极。这么，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子定向移动而经过溶液（或熔融态电解质）。,7,放电：,阴离子失去电子而阳离子得到电子过程叫放电。,实质）,第8页,8,、离子放电次序：,Ag,+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,酸,Pb,2+,Sn,2+,Fe,2+,Zn,2,+,(,H,+,),水,Al,3+,Mg,2+,Na,+,Ca,2+,K,+,不论是惰性电极还是活性电极都不参加电极反应，发生反应是溶液中阳离子。阳离子在阴极上放电次序是：,阴极,:,活性材料作电极时：,活性电极材料,在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不轻易在电极上放电。,用惰性电极,(Pt,、,Au,、石墨、等,),时：,溶液中阴离子放电次序是：,S,2-,SO,3,2-,I,-,Br,-,Cl,-,OH,-,含氧酸根离子,F,-,阳极：,第9页,分析电极反应,(,用惰性电极时,),普通思绪：,明确溶液中存在哪些离子，将离子分为阴，阳离子两组,依据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断发生电极反应离子先后次序，,最终分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,第10页,（1）电解水型,电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解,H,2,SO,4,、,HNO,3,、,NaOH,Na,2,SO,4,等溶液时其电极反应式为：,阳极：,4OH,4e,2H,2,O+O,2,阴极：,4H,+,+4e,2H,2,总反应：,2H,2,O,O,2,+2H,2,电解,电解后溶液中溶质质量分数增大，若要恢复原来浓度，只需加入一定量水即可。,9,以惰性电极电解电解质溶液规律,注：,1),用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后溶液恢复到原状态，应遵照“缺什么加什么，缺多少加多少”标准，普通加入阴极产物与阳极产物化合物。,2),书写电解池中电极反应式时，要以实际放电离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成份子式。,第11页,（,2,）电解电解质型,、电解无氧酸溶液,(,氢氟酸除外,),、不活泼金属,无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。,如电解盐酸、,CuCl,2,溶液等时,电解后溶液中溶质质量分数减小，若要恢复,原来组成和浓度，需加入一定量溶质,(,通入一,定量,HCl,气体,),阳极：,2Cl,2e,Cl,2,阴极：,2H,+,+2e,H,2,总反应：,2HCl,Cl,2,+H,2,电解,电解盐酸,第12页,（3）放氢生碱型,电解活泼金属无氧酸盐溶液时，电解质和水,都有一部分被电解，如电解,NaCl,溶液等。,电解后原溶液中溶质质量分数减小，若要恢,复原来组成和浓度，需通入一定量,HCl,。,阳极,(C),：,2Cl,2e,Cl,2,阴极,(C),：,2H,+,+2e,H,2,总反应：,2NaCl+2H,2,O,2NaOH+Cl,2,+H,2,电解,第13页,（,4）放氧生酸型,电解不活泼金属含氧酸盐时，电解质和水都,有一部分被电解，如电解,CuSO,4,溶液、,AgNO,3,溶,液等。,阳极：,4OH,4e,2H,2,O+O,2,阴极：,2Cu,2+,+4e,2Cu,总反应：,2CuSO,4,+2H,2,O,2Cu+O,2,+2H,2,SO,4,电解,电解后原溶液中溶质质量分数减小，若要恢,复原来组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。,如：电解,CuSO,4,、,AgNO,3,溶液等,第14页,二、电解原理应用,1、氯碱工业（用惰性电极,电解饱和食盐水,以制造烧碱、氯气和氢气,）,阳极：,2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极：,2H,+,+2e,-,=H,2,总反应：,食盐水中存在离子,：,Na,+,、,Cl,-,、,H,+,、,OH,-,离子放电次序：,阴离子,Cl,-,OH,-,电极反应：,H,+,Na,+,Cl,-,OH,-,阴极,阳极,阳离子,H,+,Na,+,氧化反应,还原反应,2NaCl+2H,2,O,=,2NaOH+H,2,+Cl,2,电解,阳极,阴极,第15页,若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：,_,，两极极板上都有气体产生，怎样检验气体种类？,阴极附近溶液无色变为,红色,阳极,:,产生,刺激,气体使湿润,KI,淀粉试纸变蓝色,.,阴极,:,产生,无色、无味气体,第16页,(2),防止生成物,H,2,和,Cl,2,混合,因为,:,.,(1),防止,Cl,2,接触,NaOH,溶液会反应,使产品不纯,反应方程式,:,.,Cl,2,+2 NaOH=NaCl+NaClO+H,2,O,混合遇火或遇强光爆炸,处理,方法,:,使用离子交换膜,工业上电解饱和食盐水必须处理问题,第17页,（,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：只允许阳离子经过,(Cl,、,OH,离子和气体不能经过,),，把电解槽隔成阴极室和阳极室。,（,2,）离子交换膜作用：,a,、预防氢气和氯气混合；,b,、防止氯气和氢氧化钠反应生成，而影响氢氧化钠产量。,氯碱工业,:,离子交换膜法制烧碱,第18页,+,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,（含少许,NaOH,）,离子交换膜,阳 极,金属钛网,阴 极,碳钢网,阳极室,阴极室,第19页,二、电解原理应用,2、电镀（利用电解原理在一些金属表面镀上一薄层其它金属或合金方法）,电镀铜原理,铜片,待镀件,硫酸铜溶液,阳极：,镀层金属,阴极：,待镀金属制品（镀件）,电镀液：,含有镀层金属阳离子溶液，,电镀过程中电镀液浓度不发生改变。,实质：阳极参加反应电解,应用1,阳极：,镀层金属（纯铜板）,阴极：,待镀金属制品,电镀液：,含有镀层金 属阳离子溶液（硫酸铜溶液）,电镀铜,第20页,应用二：粗铜电解精炼,+,纯铜,粗铜,CuSO,4,溶液,问,:,电解完后,CuSO,4,溶液浓度有何改变？,（略小）,阳极,Zn-2e,-,=Zn,2+,Fe-2e,-,=Fe,2+,Ni,-2e,-,=Ni,2+,Zn Fe Ni,Cu,Ag Au,阴极（纯铜）:,Cu,2+,+2e,-,=,阳极泥,阳极泥,:,相对不活泼金属以单质形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,（粗铜）：,Cu-2e,-,=Cu,2+,Cu,第21页,电解精炼铜,第22页,电解精炼铜原理：,粗铜溶解与纯铜生成：,阳极（粗铜）：,Cu,2e,-,=Cu,2+,阴极（纯铜）：,Cu,2+,+2e,-,=Cu,比铜活泼金属：,Zn,、,Fe,、,Ni,只溶解，不析出；,比铜不活泼金属：,Au,、,Pt,不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解质溶液中,CuSO,4,浓度基本不变（略小）。,第23页,制取金属钠,电解熔融状态氯化钠。,阳极：,2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极：,2Na,+,+2e,-,=2Na,总反应：,2NaCl(,熔融,),2Na +Cl,2,3 电冶金（利用电解使矿石中金属离子取得电子从它们化合物中还原出来）,因为电解是最强有力氧化还原伎俩，所以电解法是冶炼活泼金属一个主要方法。,对于冶炼像,Na,、,Ca,、,Mg,、,Al,这么活泼金属，电解法几乎是唯一可行工业方法。,第24页,电解熔融氯化钠制钠,第25页,制取金属铝,电解熔融状态,氧,化铝。,阳极：,6O,2,-,12e,-,=3O,2,阴极：,4Al,3,+,+12e,-,=4Al,总反应：,2Al,2,O,3,(,熔融,),4Al +3O,2,冰晶石,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时补充,思索,:,工业上为何用电解熔融,氧,化铝方法冶炼铝而不用,Al,Cl,3,?,AlCl,3,为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。,第26页,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,第27页,第二课时：金属腐蚀与防护,第28页,知识梳理,题型构建,三 应对电化学定量计算三种方法,原电池和电解池计算包含两极产物定量计算、溶液,pH,计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数计算、产物量与电量关系计算等。,1,计算类型,依据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间桥梁，构建计算所需关系式。,2,方法技巧,(1),依据电子守恒计算,用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型计算，其依据是电路中转移电子数相等。,(2),依据总反应式计算,先写出电极反应式，再写出总反应式，最终依据总反应式列出百分比式,计算。,(3),依据关系式计算,第29页,知识梳理,题型构建,应对电化学定量计算三种方法,如以经过,4 mol e,为桥梁可构建以下关系式：,(,式中,M,为金属，,n,为其离子化合价数值,),该关系式含有总揽电化学计算作用和价值，熟记电极反应式，灵活利用关系式便能快速解答常见电化学计算问题。,提醒在电化学计算中，还常利用,Q,I,t,和,Q,n,(e,),N,A,1.6010,19,C,来计算电路中经过电量。,第30页,不纯金属与电解质溶液接触,时，会发生原电池反应，比较活泼金属失电子而被氧化腐蚀叫做电化学腐蚀。如钢铁在潮湿空气中生锈,四、金属电化学腐蚀,金属或合金与周围气体或液体物质发生氧化还原反应而引发损耗现象。,2,、金属腐蚀类型,（,1,）化学腐蚀,（,2,）电化学腐蚀,金属与接触到干燥气体（如O,2,Cl,2,SO,2,）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引发腐蚀叫做化学腐蚀。,如钢管被原油中含硫化合物腐,（更普遍且危害大）,1,、金属腐蚀：,实质：,发生氧化还原反应,M-ne,-,=M,n+,第31页,3,化学腐蚀,和,电化学腐蚀,比较,化学腐蚀,电化学腐蚀,条件,现象,反应,影响原因,腐蚀快慢,相互关系,化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生，,但电化学腐蚀更普遍，速率快，危害更大。,较活泼金属被氧化,金属被氧化,有微弱电流产生,不产生电流,不纯金属跟电 解质,溶液接触,金属跟接触物质反应,随温度升高而加紧,与原电池组成相关,相同条件下较,电化学腐蚀慢,较快,第32页,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,电极反应,负极,Fe(-),正极,C(+),总反应,深入反应,联络,4,钢铁,析氢腐蚀,和,吸氧腐蚀,比较,水膜呈,酸性,水膜酸性很弱或呈中性,2H +2e=H,2,+,_,2Fe-4e=2Fe,2+,_,Fe-2e=Fe,2+,_,O,2,+2H,2,O+4e=4OH,_,_,2Fe+2H,2,O+O,2,=2 Fe(OH),2,Fe+2H =,+,Fe,+H,2,2+,4Fe(OH),2,+2H,2,O+O,2,=4Fe(OH),3,Fe,2,O,3,n,H,2,O,通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。,第33页,五、金属防护方法,1、在金属表面覆盖保护层：油、油漆、塑料、搪瓷、镀一层金属使金属和氧化剂隔离。,2、改变金属内部组织结构把金属制成防腐合金：如制成不锈钢。,3,、电化学保护法,（,1,）牺牲阳极阴极保护,法,（,原电池原理）,(,例：轮船船身上锌块、地下,钢铁管道接镁块,),利用原电池原理在被保护钢铁设备 上装上镁合金或锌块，镁，锌 比铁活波，成为原电池负极（阳极），不停遭受腐蚀，定时给予拆换，而作为正极（阴极）钢铁设备就被保护下来，这种方法从化学上说是牺牲负极保护正极，习惯上叫牺牲阳极阴极保护法。,第34页,（2）外加电源阴极保护法,将被保护金属与另一附加电极作为电解池两个电极，使被保护金属作为阴极，在外加直流电作用下电子被强制流向被保护钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或靠近于零，从而起到保护作用，这种方法称为外加电源阴极保护法。此法主要用于预防土壤，海水及水中金属设备腐蚀。,辅助阳极（不溶性）,第35页,规律小结,4,在同一电解质溶液中，金属腐蚀快慢规律以下：,电解池阳极,引发腐蚀,原电池负极,引发腐蚀,化学腐蚀,原电池正极,电解池阴极,防腐办法由好到坏次序以下：,外接电源阴极保护法牺牲阳极阴极保护法有普通防腐条件保护无防腐条件,第36页,以下装置暴露空气中一段时间,铁腐蚀由快到慢,次序,.,Fe,Fe,C,Fe,Zn,Fe,Zn,Fe,Sn,A(,海水,),B(,海水,),C(,海水,),D(,海水,),Fe,Sn,F(,天然水,),E(,海水,),D,E,F,A,C,B,拓展练习,第37页,电解池、电解精炼池、电镀池比较,电解池,电解精炼池,电镀池,定义,形成,条件,电极,名称,电极,反应,将电能转变成化学能装置。,应用电解原理在一些金属表面镀上一层其它金属装置。,两电极接直流电源,电极插人电解质溶液,形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极,电镀液须含有镀层金属离子,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,阳极：氧化反应,阴极：还原反应,应用电解原理将不纯金属提纯装置。,不纯金属接电源正极纯金属接电源负极,电解质溶液须待提纯金属离子,阳极：不纯金属；,阴极：纯金属,阳极：氧化反应,阴极：还原反应,第38页,例,1,：,铂电极电解,1LCu(NO,3,),2,和,KNO,3,混合溶液,通电一段时间,两极均产生,11.2L(,标况,),气体,.,求电解后溶液,pH,并确定析出铜物质量,.,解析：阳极,4OH,-,-4e,-,=2H,2,O+O,2,阴极,Cu,2+,+2e,-,=Cu 2H,+,+2e,-,=H,2,阳极转移电子物质量为,:0.54=2mol,消耗,OH,-,2mol,即产生,H,+,2mol.,阴极生成,0.5molH,2,消耗,H,+,1mol;,所以溶液中,C(H,+,)=1mol/L pH=0,生成,H,2,转移电子,:0.5 2=1mol,故还有,1mole,-,用于还原,Cu,2+,可析出铜为,0.5mol.,四、电解计算,电子守恒法,第39页,O,2,2Cu,4Ag,4H,2H,2,2Cl,2,4OH,计算,关系式：,例,2,：,用石墨电极电解,100mL H,2,SO,4,与,CuSO,4,混合液，通电一段时间后，两极均搜集到,2.24L,（标况）气体，则原混合液中,Cu,2+,物质量浓度为（）,A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极,O,2,为,0.1mol,，电子为,0.4mol,则,H,2,为,0.1mol,，所以,Cu,为,0.1mol,，浓度为,A,第40页,例,3,：,某硝酸盐晶体化学式为,M(NO,3,),x,n,H,2,O,，相对分子质量为,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 mol,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：,金属,M,相对原子质量及,x,、,n,值；,电解溶液,pH,（溶液体积仍为,100mL,）。,M,x,+,+,x,e,-,=M,0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：,x,=2,；,M=64,；,n,=3,产生,H,+,为,0.01mol,，,pH=1,第41页,练习：,用两支惰性电极插入,50mLAgNO,3,溶液中，通电电解。当电解液,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改变能够忽略,),，电极上析出银质量大约是：,A,、,27mg B,、,54mg,C,、,108mg D,、,216mg,B,第42页,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,电离,电解,条件,过,程,特点,联络,通电,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动离子例：,CuCl,2,=Cu,2+,+2Cl,-,只产生自由移动离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离基础上,【,思索,16,】电解池与原电池有哪些异同呢？,小结,2,：,电解与电离比较：,第43页,提醒：,第二个问题：,精制食盐水,因为粗盐中含有泥沙、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2,等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么怎样除去这些杂质呢？,3,、全部试剂只有过量才能除尽，你能设计一个,合理次序逐一除杂吗？,2,、用什么试剂除去,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2,1,、用什么方法除去泥沙？,电解饱和食盐水必须处理两个主要问题,第44页,泥沙,、,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,.Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,引入,Ba,2+,Na,+,、,Cl,-,、,Ca,2+,、,Ba,2+,、,引入,OH,-,Na,+,、,Cl,-,、,CO,3,2-,、,OH,-,Na,+,、,Cl,-,沉降,除泥沙,略过量,BaCl,2,溶液,除,SO,4,2-,略过量,Na,2,CO,3,溶液,除,Ca,2+,.,Ba,2+,略过量,NaOH,溶液,除,Fe,3+,Mg,2+,适量,HCl,溶液,调整,PH,除,CO,3,2-,、,OH,-,第45页,</p>