高中化學(xué) 專題1 第2單元 第3課時(shí) 電解池的工作原理及應(yīng)用課件 蘇教版選修4.ppt

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第3課時(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn),篤學(xué)一電解原理,氧化還原反應(yīng),紅色的銅,刺激性氣味氣體,藍(lán),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,化學(xué),陰極,還原,正極,氧化,篤學(xué)二電解原理的應(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(qiáng)抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度。(3)電鍍時(shí)，________________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(shí)，用_______作陰極，_________作陽極，__________作電解液。,待鍍的金屬制品,鍍層金屬,鍍層金屬離子,純銅板,粗銅板,CuSO4溶液,3．電冶金由于電解是最強(qiáng)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制備金屬鈉，電極反應(yīng)：陰極：2Na＋＋2e－===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?yàn)榻饘僦写嬖谧杂呻娮?，是自由電子的定向移?dòng)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(dòng)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，選出組裝一電解池的物質(zhì)(用短線連接)。①電源a．干電池b．照明線路中插座c．乙醇②電解液d．KCl溶液e．硅酸③電極f．石英g．石墨【答案】①電源——a.干電池②電解液——d.KCl溶液③電極——g.石墨,【慎思4】電解飽和食鹽水時(shí)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?yàn)镠＋＞Na＋，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(jìn)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(shí)，以鍍層金屬作陽極時(shí)，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。(2)電解精煉銅時(shí)，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(shí)，位于金屬活動(dòng)性順序銅之前的金屬如Zn、Fe、Ni等，也會(huì)失去電子，如Zn－2e－===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①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。②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,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)式的書寫。第一步：判斷陰、陽極。第二步：判斷陰、陽離子的移動(dòng)，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(qiáng)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(shí)間后，測(cè)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：①電源的N端為________極；②電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為____________________；③列式計(jì)算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積：________________________________；④電極c的質(zhì)量變化是________g；,⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化？簡(jiǎn)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出，此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行？為什么？_______________________________________。,解析(1)①乙中c電極質(zhì)量增加，則c處發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===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：100g10.00%＝(100g－x)10.47%，得x≈4.5g，故為0.25mol，整個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.5mol電子，而整個(gè)電路是串聯(lián)的，故每個(gè)燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)是相等的。②甲中相當(dāng)于電解H2O，陽極b處為陰離子OH－放電，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。,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；(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(yàn)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(shí)驗(yàn)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C．a(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色D．a(chǎn)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(shí)，陰、陽兩極發(fā)生的電極反應(yīng)分別為：陰極(a)：4H＋＋4e－===2H2↑陽極(b)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑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,2.電化學(xué)計(jì)算的基本方法電化學(xué)的計(jì)算方法可歸納為下列三種：(1)根據(jù)電子守恒法計(jì)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(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)式計(jì)算。(3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)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(jì)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(gè)電解池，裝有電解液a。X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問題：,,(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①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__________________________________。②Y電極上的電極反應(yīng)為____________，檢驗(yàn)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：①X電極的材料是______，電極反應(yīng)為_____________。②Y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(duì)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(gè)電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。,【體驗(yàn)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(shí)在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉D．電解一段時(shí)間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行浴敬鸢浮緽,【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(yàn)證阿伏加德羅常數(shù)值，其實(shí)驗(yàn)方案的要點(diǎn)為：①用直流電電解氯化銅溶液，反應(yīng)儀器如下圖。②在電流為IA，通電時(shí)間為ts后，精確測(cè)得某電極上析出的銅的質(zhì)量為mg。,實(shí)驗(yàn)探究五利用電解原理進(jìn)行定量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),,請(qǐng)回答：(1)這些儀器的正確連接順序?yàn)?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(shí)驗(yàn)線路中的電流方向?yàn)開_______―→________―→________―→________―→________―→________。(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(cè)定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實(shí)驗(yàn)步驟的先后順序是________(填序號(hào))。①稱量電解前電極質(zhì)量②刮下電解后電極上的銅并清洗③用蒸餾水清洗電解后電極④低溫烘干電極后稱量⑤低溫烘干刮下的銅并稱量⑥再次低溫烘干刮下的銅并稱量⑦再次低溫烘干后稱量至恒重(4)已知電子的電量為1.610－19庫(kù)侖。試列出阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算表達(dá)式：NA＝_______________________。,