化学电解池件人教版选修4解读.pptx

第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源人教版选修人教版选修4 4 化学反应原理化学反应原理二、电解原理的应用二、电解原理的应用1、氯碱工业（、氯碱工业（电解饱和食盐水电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：离子放电顺序：阳离子阳离子 H+Na+阴离子阴离子 Cl-OH-电极反应：电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阴极阳极阳极 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：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，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？产生，如何检验气体的种类？阴极附近的溶液无色变为阴极附近的溶液无色变为红色红色阳极阳极:产生产生刺激刺激气体使湿润气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色淀粉试纸变蓝色.阴极阴极:产生产生无色、无味气体无色、无味气体(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.第一个问题:Cl2+2 NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题（1）生产设备名称：）生产设备名称：离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴，把电解槽隔成阴极室和阳极室。极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；、防止氢气和氯气混合；b、避免生成的氯气和氢氧化钠反应，而影响、避免生成的氯气和氢氧化钠反应，而影响氢氧化钠的产量。氢氧化钠的产量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室提示：提示：第二个问题：第二个问题：精精制制食盐水食盐水 由于粗盐中含有泥沙、由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？交换膜，那么如何除去这些杂质呢？3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题泥沙泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-NaNa+、ClCl-、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe3+3+、引入引入BaBa2+2+Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、引入引入OH-Na+、Cl-、CO32-、OH-Na+、Cl-沉降沉降除泥沙除泥沙略过量略过量BaCl2 溶液溶液除除SO42-略过量略过量Na2CO3 溶液溶液除除Ca2+.Ba2+略过量略过量NaOH 溶液溶液除除Fe3+,Mg2+适量适量HCl溶液溶液调节调节PH 除除CO32-、OH-含氯漂白剂含氯漂白剂有机合成、造纸有机合成、造纸玻璃、肥皂玻璃、肥皂纺织、印染纺织、印染有机合成有机合成氯化物合成氯化物合成农药农药金属冶炼金属冶炼有机合成有机合成HCl盐酸盐酸电解饱和食盐水电解饱和食盐水以氯碱工业为基础的化工生产以氯碱工业为基础的化工生产H2NaOH湿氯气湿氯气湿氢气湿氢气液碱液碱Cl22、电镀、电镀、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层 其它金属或合金的过程。其它金属或合金的过程。、电镀池形成条件、电镀池形成条件+镀件镀件镀层金属镀层金属含镀层金属离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液镀件作阴极镀件作阴极镀层金属作阳极镀层金属作阳极含镀层金属阳离子含镀层金属阳离子 的盐溶液作电解液的盐溶液作电解液、电镀的特点、电镀的特点电镀液的组成及酸碱性保持不变电镀液的组成及酸碱性保持不变电镀铜原理电镀铜原理铜片铜片待镀件待镀件硫酸铜溶液硫酸铜溶液阳极：阳极：镀层金属（纯铜板）镀层金属（纯铜板）阴极：阴极：待镀金属制品待镀金属制品电镀液：电镀液：含有镀层金含有镀层金 属的属的电解质（硫酸铜溶液）电解质（硫酸铜溶液）电镀铜电镀铜3 3、粗铜的电解精炼、粗铜的电解精炼+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液问问:电解完后电解完后,CuSO4溶溶液的浓度有何变化？液的浓度有何变化？阳极：阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni -2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极泥阳极泥阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解以单质的形式沉积在电解槽底槽底,形成阳极泥形成阳极泥电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜原理：电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：阳极（粗铜）：Cu 2e-=Cu2+阴极（纯铜）：阴极（纯铜）：Cu2+2e-=Cu比铜活泼的金属：比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；只溶解，不析出；比铜不活泼的金属：比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；积形成阳极泥；电解质溶液中电解质溶液中CuSO4的浓度略小。的浓度略小。制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2Na+2e-=2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融)2Na +Cl2 4 4、电冶金、电冶金由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，这样活泼的金属，电解法电解法几乎几乎是唯一可行的工业方法。是唯一可行的工业方法。电电解解熔熔融融氯氯化化钠钠制制钠钠4、电冶金、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）方法）制取金属铝制取金属铝电解熔融状态的电解熔融状态的氧氧化铝。化铝。阳极：阳极：6O 2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al 3+12e-=4Al总反应：总反应：2Al2O3(熔融熔融)4Al +3O2 冰晶石助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融工业上为什么用电解熔融氧氧化铝的方法冶炼铝而化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?AlClAlCl3 3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料拓展：金属的防护拓展：金属的防护金属腐蚀的快慢程度：金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极电解池的阳极原电池的负极原电池的负极化学腐蚀化学腐蚀原电池的正极原电池的正极电解池的阴极电解池的阴极海水海水CFe+下列装置暴露空气中一段时间下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢铁的腐蚀由快到慢 顺序顺序 .FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水海水)B(海水海水)C(海水海水)D(海水海水)FeSnF(天然水天然水)E(海水海水)DE F AC B拓展练习拓展练习电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解池电解精炼池电解精炼池电镀池电镀池定义定义形成形成条件条件电极电极名称名称电极电极反应反应将电能转变成化学能将电能转变成化学能的装置。的装置。应用电解原理在某些应用电解原理在某些金属表面镀上一层其金属表面镀上一层其它金属的装置。它金属的装置。两电极接直流电源两电极接直流电源电极插人电解质溶液电极插人电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路镀层金属接电源正极镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极待镀金属接电源负极电镀液须含有镀层金电镀液须含有镀层金属的离子属的离子阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阳极：镀层金属；阴极：镀件阴极：镀件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用电解原理将不纯应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。的金属提纯的装置。不纯金属接电源正极不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯电解质溶液须待提纯金属的离子金属的离子阳极：不纯金属；阳极：不纯金属；阴极：纯金属阴极：纯金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应 例例1：铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合溶混合溶液液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(标况标况)气体气体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的并确定析出铜的物质的量量.解析：阳极解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e-=H2 阳极转移电子的物质的量为阳极转移电子的物质的量为:0.54=2mol,消耗消耗OH-2mol,即产生即产生H+2mol.阴极生成阴极生成0.5molH2,消耗消耗H+1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故还有故还有1mole-用于还原用于还原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol.四、电解计算四、电解计算电子守恒法电子守恒法O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：关系式：例例2：用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H2SO4与与CuSO4的混合液，的混合液，通电一段时间后，两极均收集到通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，（标况）气体，则原混合液中则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/LA阳极阳极O2为为0.1mol，电子为，电子为0.4mol则则H2为为0.1mol，所以，所以Cu为为0.1mol，浓度为，浓度为A例例3：某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分，相对分子质量为子质量为242，将，将1.21g该晶体溶于水配成该晶体溶于水配成100mL溶液，溶液，用惰性电极进行电解。当有用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：。求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及 x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为（溶液体积仍为100mL）。）。Mx+xe-=M0.005mol 0.01mol 0.32g所以：所以：x=2 ；M=64 ；n=3产生产生H+为为0.01mol，pH=1练习：练习：用两支惰性电极插入用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，溶液中，通电电解。当电解液的通电电解。当电解液的PH值从值从6.0变为变为3.0时时(设电设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：，电极上析出银的质量大约是：A、27mg B、54mg C、108mg D、216mgB