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- 2021-07-02 发布
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第三节电解池
一、教学目标:
1.理解电解原理,初步掌握一般电解反应产物的判断方法
2.了解氯碱工业,电镀,冶金的原理
3.掌握电解电极方程式的书写。
二、教学重点:
电解原理及应用
三、教学过程:
我们知道化学能可以转变为热能,即反应热。化学能也能转变为电能,用原电池装置。今天这节课我们就来学习电能如何转化为化学能。
第三节电解池
一、电解原理
讲:首先我们来比较金属导电和电解质导电的区别。
金属
电解质
导电粒子
导电状态
温度影响
导电实质
电子定向移动
过渡:电解质导电的实质是什么呢?一起看实验。
实验:现象—一极有气泡,检验为氯气;另一极有红色的物质析出,分析为铜。
讲:要分析此现象我们得研究此装置,首先看电极。
1.电极
阳极—与电源正极相连
阴极—与电源负极相连
隋性电极—只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au)
活性电极—既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)
问:通电前和通电时分别发生了怎样的过程?
通电前:CuCl2=Cu2++2Cl- H2O H++OH-
通电中:阳离子(Cu2+,H+)向阴极移动被还原;
阴离子(Cl-,OH-)向阳极移动被氧化
讲:即在电极上分别发生了氧化还原反应,称电极反应。
2.电极反应( 阳氧阴还 )
阳极:2Cl- -2e-=Cl2 (氧化)
阴极:Cu2++2e-=Cu(还原)
总电极方程式:___________________
放电:阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。
3.电解:电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。
讲:所以电解质导电的实质便是——电解
电解池:借助电流引起氧化还原反应的装置,即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。
问:构成电解池的条件是什么?
电源、电极、电解质构成闭和回路。
思考:
电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电,阴极放电的是Cu2+而不是H+ ?
4.离子的放电顺序
阴极:(阳离子在阴极上的放电顺序(得e-))
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极(1)是惰性电极时:阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)
(2) 是活性电极时:电极本身溶解放电
问:放电能力弱于H+和OH–的物质在水溶液中放电吗?
否,但亚铁离子浓度远大于氢离子浓度时,亚铁离子放电。
问:电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸,为什么?可以加食盐吗?
练习:电解碘化汞、硝酸铜、氯化锌、盐酸、硫酸、氢氧化钠的电极方程式。
5.电解规律:
(1)电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐,实质上是电解水,电解水型。
问:初中电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性,影响水的电解吗?
电解硫酸和氢氧化钠时为何H2和O2之比大于2?氧气溶解度大于氢气
又为何硫酸一定大于2,而氢氧化钠可能等于2?硫酸根可能放电。
(2)电解不活泼金属的含氧酸盐,阳极产生氧气,阴极析出不活泼金属,放氧生酸型。
练习:电解硫酸铜方程式。加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液:氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。
(3)电解不活泼金属无氧酸盐,实际上是电解电解质本身,分解电解质型。
(4)电解活泼金属(K/Ca/Na)的无氧酸盐,阴极产生氢气,阳极析出非金属,放氢生碱型。
6.电解中电极附近溶液pH值的变化。
(1)电极区域 A.阴极H+放电产生H2,阴极区域pH变大。
B.阳极OH-放电产生O2,阳极区域pH变小。
(2)电解质溶液中 A.电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变(浓度变大)。
B.电解过程中, 无H2和O2产生, pH几乎不变。但象CuCl2变大
C.电解过程中,只产生H2, pH变大。
D.电解过程中,只产生O2, pH变小。
过渡:如果把阳极换成铜棒,阳极发生的反应就是铜自身溶解,如果电解质是硫酸,阴极析出的是什么?也是铜,这就是我们的铜的电解精炼法。
二、电解原理的应用
1.铜的电解精炼
阳极:粗铜棒
阴极:精铜棒
电解质:含铜电解质
问:精炼中硫酸铜的浓度怎样?基本不变,但变小。
过渡:若把阴极精铜棒换成铁棒,电解过程变吗?
不变,但不是精炼铜了,而叫电镀铜。
2.电镀铜
阳极:镀层金属
阴极:待镀金属(镀件)
电镀液:含镀层金属的电解质。
3.电解饱和食盐水——氯碱工业
问:1、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么?
2、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系?
3、从Cl- Cl2一定需要加氧化剂吗?
4、阴极产物和阳极产物能接触吗?
5、饱和食盐水为何需要精制?如何精制?
精制:步骤一、1)先加过量的BaCl2和过量的NaOH(顺序可换),再加入过量的Na2CO3
2)过滤
3)加盐酸调节pH为7
步骤二、送入阳离子交换塔除去Ca2+、Mg2+等。
4.电冶金
电解熔融氯化钠:2NaCl(熔融)=(电解)2Na+Cl2
适用范围:活泼金属K~Al
练习:
1、在水中加等物质的量的Ag+,Pb2 +,Na +, SO42-, NO3- , Cl-,该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物质量比为( )
A. 35.5:108 B. 16:207 C.8:1 D.108:35.5
2、用惰性电极电解下列溶液,一段时间后,再加入一定质量的另一种物质溶液能与原来完全一样的是
氯化铜加硫酸铜、氢氧化钠加氢氧化钠、氯化钠加氯化氢、硫酸铜加氢氧化铜
3、0.1摩氯化铜和0.1摩溴化钠共0.4摩电子转移,分析过程。
4、铁、C/硫酸——C、C/氯化铜用导线相连,分析正负极和阴阳极及两装置的p H的变化。
5、如何判断电解池的阴阳极?
与正极相连的、发生氧化反应的、阴离子移向的一极是阳极,反之是阴极。
如:高锰酸钾的做电解质,发现红色加深的是什么极?
湿润的淀粉KI试纸并滴有酚酞,变红的是什么极?变蓝的是什么极?
6、以A、B两根石墨电极电解足量的硝酸银溶液,通电t分钟,在B极收到11.2mL标况下气体,此后将电源反接,以相同的电流强度通电t/2分钟。问:(1)A、B分别是什么极?(2)电源反接后A、B电极质量如何变化?(3)若溶液体积为200mL,则通电t/2分钟时的溶液p H=?
原 电 池
电 解 池
电极名称
正负极
阴阳极
电极材料
负极:活泼金属
正极:不活泼金属或可导电的非金属(如C)
惰性材料或活性材料
电流方向:外电路 内电路
组成
原理
功能
化学能到电能
电能到化学能