高三一轮复习《电解池》课件

第六章化学反应与能量第三节电解池金属的腐蚀与防护高三化学一轮复习重难点：电解的工作原理及其应用。【考纲要求】1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。•1．电解池中电极反应式的书写、电极附近溶液酸碱性的变化、电解质溶液中离子的移动、两极上得失电子的守恒关系等。•2．电解原理的应用，特别在新型充电电池中的应用。•3．电解原理在金属防腐方面的应用。第一课时电解池一、电解池1电解：使电流（直流电)通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2电解池（电解槽）：把电能转化为化学能的装置3、形成电解池的条件e－e－CCCuCl2溶液1)外接直流电源。2)两个电极（必须导电，电极材料可以相同也可以不同）。3)电解质溶液或熔融的电解质。4）形成闭合回路阴极阳极4、电解池中的两个电极及电极反应⑴、两个电极的确定及电极反应阴极：与外接电源负极相连的电极。——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的电极——电子流出——氧化反应—阴离子移向阳极⑵、两个电极的类型惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅传导电子，不参与电极反应活性电极(除铂、金外的金属)：既可以传导电子、若作阳极可以参与电极反应5电解池中电子的流向及离子的移动方向•电子的流向:电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，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）•离子定向移动的方向:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。CCCuCl2溶液6、电解池工作原理（电解质溶液导电的对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，在阴极上带负电荷电子的吸引作用下，溶液中的阳离子移向阴极，并且氧化性较强的阳离子优先在阴极上得到电子发生还原反应。在阴极上带负电荷的电子的排斥作用下，溶液中的阴离子移向阳极，并且还原性较强的阴离子优先在阳极上失去电子发生氧化反应（有的是组成阳极的金属单质失去电子）电子从电解池的阳极沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（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的过程叫放电。实质）8、离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+酸Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)水Al3+Mg2+Na+Ca2+K+无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：阴极:①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，阴离子不容易在电极上放电。②用惰性电极(Pt、Au、石墨、等)时：溶液中阴离子的放电顺序是：S2-SO32-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子F-阳极：分析电极反应(用惰性电极时)的一般思路：明确溶液中存在哪些离子，将离子分为阴，阳离子两组根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断发生电极反应的离子先后顺序，最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子（1）电解水型电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3、NaOH,Na2SO4等溶液时其电极反应式为：阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：4H++4e－＝2H2↑总反应：2H2O＝＝O2↑+2H2↑电解电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。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，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。2))书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。（2）电解电解质型、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等时电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体)阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极：2H++2e－＝H2↑总反应：2HCl＝＝Cl2↑+H2↑电解电解盐酸（3）放氢生碱型电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，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的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。阳极(C)：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极(C)：2H++2e－＝H2↑总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解（4）放氧生酸型电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e－＝2Cu总反应：2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4电解电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。如：电解CuSO4、AgNO3溶液等二、电解原理的应用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-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑总反应：食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：阴离子Cl-＞OH-电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阳极阳离子H+＞Na+OHHClOHCl222222电解氧化反应还原反应2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑电解阳极阴极•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，如何检验气体的种类？阴极附近的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(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:.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜工业上电解饱和食盐水必须解决的问题（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：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成，而影响氢氧化钠的产量。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室二、电解原理的应用2、电镀（利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法）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的溶液，电镀过程中电镀液浓度不发生变化。实质：阳极参加反应的电解应用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的溶液（硫酸铜溶液）电镀铜应用二：粗铜的电解精炼+纯铜粗铜－CuSO4溶液问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？（略小）阳极Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+ZnFeNiCuAgAu阴极（纯铜）:Cu2++2e-=阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥（粗铜）：Cu-2e-=Cu2+Cu电解精炼铜电解精炼铜原理：①粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu－2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2++2e-=Cu②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略小）。制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电3电冶金（利用电解使矿石中的金属离子获得电子从它们的化合物中还原出来）•由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼活泼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，电解法几乎是唯一可行的工业方法。电解熔融氯化钠制钠制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑通电冰晶石助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?AlCl3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耐火材料第二课时：金属的腐蚀与防护知识梳理·题型构建三应对电化学定量计算的三种方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。1．计算类型根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。2．方法技巧(1)根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、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算知识梳理·题型构建应对电化学定量计算的三种方法如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。如钢铁在潮湿的空气中生锈四、金属的电化学腐蚀金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。2、金属腐蚀的类型（1）化学腐蚀（2）电化学腐蚀金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。如钢管被原油中的含硫化合物腐（更普遍且危害大）1、金属腐蚀：实质：发生氧化还原反应M-ne-=Mn+3化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件现象反应影响因素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。较活泼的金属被氧化金属被氧化有微弱的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的物质反应随温度升高而加快与原电池的组成有关相同条件下较电化学腐蚀慢较快析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极Fe(-)正极C(+)总反应进一步反应联系4钢铁的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=H2+_2Fe-4e=2Fe2+_Fe-2e=Fe2+_O2+2H2O+4e=4OH__2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe+2H=+Fe+H22+4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3·nH2O通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。五、金属的防护方法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、改变金属的内部组织结构把金属制成防腐的合金：如制成不锈钢。3、电化学保护法（1）牺牲阳极的阴极保护法（原电池原理）(例：轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块)利用原电池原理在被保护的钢铁设备上装上镁合金或锌块，镁，锌比铁活波，成为原电池的负极（阳极），不断遭受腐蚀，定期予以拆换，而作为正极（阴极）的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，习惯上叫牺牲阳极的阴极保护法。（2）外加电源的阴极保护法将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下电子被强制流向