电能转化为化学能——电解.ppt

第2节 电能转化为化学能电解,化学反应与能量转化,自从伏打发明电池后，“电”的应用就风起云涌，席卷全球。1800年科学家采用伏打电池电解水获得成功后，戴维将苛性钾制成饱和水溶液进行电解，结果在电池两极分别得到的是氧气和氢气，加大电流强度仍然没有其他收获。随后他改用熔融的苛性钾，在电流作用下，熔融的苛性钾发生明显变化，在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰。,在1807年皇家学会的学术报告会上，戴维是这样介绍的：通电后，看到正极相连的部位沸腾不止，有许多气泡产生，负极接触处，只见有形似小球、带金属光泽、非常像水银的物质产生。这种小球的一部分一经生成就燃烧起来，并伴有爆鸣声和紫色火焰，剩下来的那部分的表面慢慢变得暗淡无光，随后被白色的薄膜所包裹。 这小球状的物质是什么？,提示：英国化学家戴维用电解的方法制出了很活泼的金属钾。,一、电解过程中电能转化为化学能 1交流讨论 离子在电场中的_是电解质溶液和熔融电解质导电的原因。在电场作用下，熔融氯化钠中的_和_分别移向与电源_和_相连的电极。与电源负极相连的电极带有_，Na在这个电极上得到电子，被还原成钠原子，电极反应式为_；与电源正极相连的电极带有_，Cl将电子转移给这个电极，自身被氧化成_，最终生成_，电极反应：_。将两个电极发生的反应组合起来，就得到电解氯化钠制备金属钠的化学反应：_。,定向移动,Na,Cl,负极,正极,电子,正电性,Cl,Cl2,2活动探究 电解CuCl2(aq)的实验中，在阴极_得电子生成_，电极反应为_；在阳极_失去电子变成_进而生成_，电极反应为_。总的电解反应为_。,Cu2 Cu Cu22e Cu Cl Cl Cl2 2Cl2e Cl2 CuCl2 CuCl2,二、电解饱和食盐水 1饱和食盐水中可能存在的离子有_，在电场中它们的移动方向是_向阴极移动，_向阳极移动。 2指出阴极和阳极上产生的现象，写出电极反应式和电解反应的化学方程式。,二、1.Na、Cl、OH、H 阳离子 阴离子 22H2e H2 2Cl2e Cl2 2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2,3.电解过程中，由于阴极区_浓度变小，水的电离平衡向_的方向移动，使阴极区溶液中_富集。因此，电解食盐水的总反应为 2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2 _产物 _产物 如果设法用隔膜阻止OH移向阳极，则氢氧化钠可以在_附近的溶液中富集，由阴极区放出的溶液可以得到_，这就是电解食盐水制备烧碱的原理。电解食盐水还可以得到另外两种重要的化工产品_和_。,H 生成离子 OH 阴极 阳极 阴极 NaOH Cl2 H2,三、电镀 1应用电解原理，在_表面上镀上一薄层_的过程称为电镀。 2金属电镀时，通常以_为阴极，用含有_阳离子的溶液作电解质溶液，_作阳极。在_电源作用下，_在待镀金属表面形成_而_的镀层。,1.金属或非金属 其他金属或合金 2待镀金属制品 镀层金属 镀层金属 直流 镀层金属 均匀光滑 致密,电解的定义及原理,1电解的概念：在直流电的作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。 注意：(1)电解时所用电流必须是直流电而不是交流电。 (2)熔融状态的电解质可被电解，电解质溶液也可被电解。 (3)电解过程中，电能转化为化学能而“储存”在反应产物中。,2电解池的概念：借助于电流将电能转化为化学能的装置叫做电解池，也可以叫做电解槽。 3电解池的构成条件 (1)直流电源；(2)两个固定电极；(3)电解质溶液或熔融态电解质；(4)形成闭合回路。 4电极反应 (1)半反应：在电解池中，氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的，相当于氧化还原反应的一半，这种反应常称为半反应，也叫电极反应。,(2)阳极：按照电化学的规定，与电源正极相连的发生氧化反应的电极，叫做阳极。 (3)阴极：按照电化学的规定，与电源负极相连的发生还原反应的电极，叫做阴极。 如：电解熔融NaCl的电极反应式为：,(,(,2Na+ +2e- 2Na,5实验探究 电解熔融氯化钠,(1)实验步骤： 如图所示，在容器中 装有熔融的氯化钠， 两侧分别插入石墨片 和铁片作电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。接通电源后，一段时间，再切断电源。 (2)实验现象： 石墨片上有黄绿色气体产生，并可闻到刺激性气味；铁片上逐渐覆盖一层银白色物质。,(3)实验结论： 在通直流电的条件下，熔融的氯化钠发生了化学反应，其化学方程式为2NaCl 2NaCl2。 Cl2生成于与电源正极相连的石墨片上，Na生成于与电源负极相连的铁片上。,右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关的判断正确的是( ) Aa为负极、b为正极 Ba为阳极、b为阴极 C电解过程中，d电极质量增加 D电解过程中，氯离子浓度不变,解析：电流由正极流出，即a为电源正极，b为电源负极，则c极为电解池阳极，d为电解池的阴极，电极为惰性电极，溶液中的离子放电，Cu2在阴极d析出，阴离子Cl在c极上放电产生Cl2。 答案：C,电解时电极产物的判断,1阳极产物的判断：首先看电极，如果是活性电极(除Pt、Au、石墨外)，则是电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失去电子而被氧化；若是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能力。此时应根据阴离子的放电顺序加以判断(放电顺序即为得或失电子的能力顺序)；阴离子在阳极上的放电顺序为：S2IBrClOHSO ，即：无氧酸根离子OH含氧酸根离子。,注意：(1)在中学化学中无氧酸根离子通常只考虑：S2、I、Br、Cl的放电情况。 (2)在溶液中我们常说含氧酸根离子不放电，常指最高价(中心原子)含氧酸根离子不放电，但非最高价(中心原子)含氧酸根离子的放电能力比OH的放电能力强，,2阴极阳离子的放电(得电子)顺序： KCa2NaMg2Al3Zn2Fe2Sn2Pb2HCu2Fe3Hg2Ag。,注意：(1)Fe3得电子能力比Cu2的强，即当两者共存时Fe3先放电。 (2)通常情况下： Ag、Hg2、Fe3、Cu2、H 水溶液中只考虑此部分 Pb2、Sn2、Fe2、Zn2 浓度很大(常指电镀时)排在H前 Al3、Mg2、Na、Ca2、K 只在熔融状态下放电,用石墨作电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是( ) AH2、Cl2 BCu、Cl2 CH2、O2 DCu、O2,解析：本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有：Cu2、K、H及Cl、OH五种离子，得电子能力Cu2HK，失电子能力：ClOH，所以电解初期：阴极：Cu22e Cu，阳极：2Cl Cl22e，故选B。 答案：B,点评：记住常见离子的放电顺序，阴离子：S2IBrClOH，阳离子：活性阳极AgHg2Cu2H，再就是看清题目要求的是初期的电解产物。,用惰性电极电解的一般规律,注意：(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解。 (2)电解电解质型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解。 (3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解。 (4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解。,如图所示，在U形管中装入滴有紫色石蕊溶液且混合均匀的某溶液，通直流电，一段时间后U形管内会形成一个倒立的“彩虹”，则U形管内的溶液可能为( ) AH2SO4溶液 BNaOH溶液 CAgNO3溶液 DNa2SO4溶液,解析：本题考查电解规律，彩虹意味着多种颜色，当电解质溶液为Na2SO4时，阴极区生成OH，使溶液变蓝，阳极区生成H，使溶液变红，中间石蕊呈紫色，并且颜色逐渐改变，像彩虹一样，故选D。 答案：D,在室温下，NaCl在水中的溶解度是36 g。以石墨作阳极对饱和食盐水进行电解，化学反应式为2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2。,电解一段时间后，欲使食盐水恢复到原来的状态，下列做法中合理的是( ) A向电解后的溶液中通适量HCl气体 B向电解后的溶液中加适量浓盐酸 C将电解后的溶液先分离出NaOH，再加入NaCl D将电解后的溶液先分离出NaOH，再加入水 E向电解后的溶液中先加入适量的MgCl2，搅拌后再过滤,解析：由NaCl溶液的电解方程式 2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2可知，实质出来的是H2和Cl2，A项合理，B项不合理；饱和NaCl溶液中，NaCl与H2O的质量比为3664916，被电解的NaCl与H2O的质量比为58.518，C、D两项都不合理；加MgCl2后，2NaOHMgCl2=Mg(OH)22NaCl，虽然使NaCl恢复原状，但水的总量未恢复，E项不合理。 答案：A,电解原理的应用,1电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 (1)实验装置 按右图装置，在U形管 里倒入饱和食盐水，插入一 根石墨棒作阳极，一根铁棒 作阴极。同时两边管中各滴 入几滴酚酞溶液，并用湿润 的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体，接通直流电源后，注意管内发生的现象，看到阴极区溶液变红且有气泡，阳极区有Cl2产生。,(2)实验原理分析 饱和食盐水中存在以下电离方程式： NaCl NaCl H2OHOH 在食盐水中存在着Na、Cl、H、OH四种离子，通电时，Na、H向阴极移动，OH、Cl向阳极移动。由于放电顺序HNa、ClOH，因此两极上的电极反应分别为阳极：2Cl2e Cl2(氧化反应)；阴极：2H2e H2(还原反应)。 在上述反应中，由于H在阴极上得到电子而生成H2，破坏了水的电离平衡，促进了水的继续电离，结果阴极区溶液里OH的浓度增大而呈碱性。 总反应：,注意：(1)弄清楚食盐水中的离子放电顺序。 (2)碱在阴极区产生的原因是H2O电离的H在阴极上得电子而生成H2从而引起水的电离平衡被破坏，在阴极区积累了大量的OH而生成碱。 2电解精炼铜 (1)电解精炼铜的装置,粗铜中往往含锌、铁、镍、金等多种金属，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序表铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子， 如Zn2e Zn2、Ni2e Ni2。 但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里。而位于金属活动性顺序表铜之后的银、金等杂质，因为失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的铜失去电子变成离子溶解后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。,3电镀 (1)定义：电镀是应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方法。 (2)目的：电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。 (3)镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等。 (4)原理：电镀时，把待镀金属制品作为阴极；用镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在待镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。如图,例如：铁件上镀锌。放电能力不仅与本身性质相关，还与离子浓度、pH等有关。当c(Zn2)较大时，Zn2放电能力大于H，在直流电作用下，电极反应：,阳极的锌不断被氧化成Zn2进入溶液，阴极溶液中Zn2被还原成锌镀层，因此电镀液中c(ZnCl2)保持不变。 (5)电镀特点：“一多、一少、一不变”。 一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。 注意：电镀生产过程中产生的废水、废气、废渣中含有多种对环境有害的物质，处理后应符合国家规定的排放标准，对其中的有用成分要回收利用。,如下图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。,(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A电极名称为_极，电极材料是_，电极反应式为_，电解质溶液可以是_。 (2)乙池中铁极电极反应式为_，若在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间后，铁极附近呈_色。,(3)若乙电解池中的电解质溶液为等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2溶液。分阶段写出乙池中电解反应的化学方程式_。,解析：(1)在一条电路上串联两个电解池，使同学们对阴、阳极的判断容易受到干扰，在分析甲池时，把乙池视为一段导线，反之，分析乙池时，把甲池视为一段导线。据此分析得出：A为阴极，B为阳极，Fe为阴极，C为阳极。又根据工业上电解精炼铜的原理判断A电极材料应为纯铜，电极反应式为Cu22e Cu，电解质溶液用含Cu2的溶液(如CuSO4溶液)。,(2)乙池中是用惰性电极电解NaCl溶液(阴极材料是否是活泼金属对电解无影响)，铁极反应式为2H2e H2，由于水提供的H放电，铁极附近溶液中OH越来越多，加入酚酞溶液由无色变为红色。 (3)电解多种电解质的混合溶液，分析电解反应的方法步骤为：分析电解质溶液中的所有离子，分为阴、阳两组(包括水电离出的H和OH)；将阴、阳离子分别按放电先后顺序进行排列；写出阴、阳两极上的反应式和电解的总反应式并据此判断反应现象或进行计算。,答案：(1)阴；纯铜；Cu22e Cu2；含Cu2的溶液(如CuSO4溶液) (2)2H2e H2；红 (3)第一阶段： ， 第二阶段：,1下列金属中：铁、镁、锰、钒、铬，可用铝热法制备的有( ) A B C D,解析：本题考查金属冶炼，难熔金属的氧化物可做铝热剂，如Fe2O3、Fe3O4、V2O5、Cr2O3、MnO2等，从而可用铝热法制备Fe、V、Cr、Mn。 答案：C,2.Cu2O是一种半导体材料， 基于绿色化学理念设