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1、第四单元电解原理及其应用第一页，本课件共有31页本章基本内容和结构：一：电解原理二：氯碱工业三：单元小结四：复习题第二页，本课件共有31页知识概述：一）电解原理1、电解的概念使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。注意：电流必须是直流而不是交流。熔融态的电解质也能被电解。思考题：在电解反应中，化学能与电能之间的转化关系是什么？答案：电能转化为化学能。第三页，本课件共有31页2、电解池的概念借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。3、构成电解池的条件（1）直流电源。（2）两个电极。其中与电源的正极相连的电极叫做阳极，与电源的负
2、极相连的电极叫做阴极。（3）电解质溶液或熔融态电解质。第四页，本课件共有31页4、电解质导电的实质对电解质溶液（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，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并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），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。第五页，本课件共有31页实验一：在一个U形管中注入CuCl2溶液，插入
3、两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与电池正极相连的电极附近。接通直流电源，观察U形管内发生的现象及试纸颜色的变化第六页，本课件共有31页实验现象：电源接通后，电流表指针发生偏转，阴极石墨上逐渐覆盖了一层红色物质；在阳极碳棒上有气泡放出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。思考：红色的物质是什么？刺激性气体是什么？第七页，本课件共有31页实验结论：在通直流电的条件下，溶液里的CuCl2发生了分解反应：CuCl2=CuCl2Cu生成于阴极的石墨棒上，Cl2生成于阳极的石墨棒上第八页，本课件共有31页原理分析：CuCl2是强电解质且易溶于水，在水溶液中电离生成Cu2和C
4、l。CuCl2Cu22Cl通电前，Cu2和Cl在水里自由地移动着；通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，改作定向移动。溶液中带正电的Cu2向阴极移动，带负电的氯离子向阳极移动。在阴极，铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。阴极：Cu22eCu阳极：Cl2eCl2电解CuCl2溶液的化学反应方程式：CuCl2CuCl2第九页，本课件共有31页5）电解质水溶液电解反应的综合分析在上面叙述氯化铜电解的过程中，没有提到溶液里的H和OH，其实H和OH虽少，但的确是存在的，只是他们没有参加电极反应。也就是说在氯化铜溶液中，除
5、Cu2和Cl外，还有H和OH，电解时，移向阴极的离子有Cu2和H+，因为在这样的实验条件下Cu2比H+容易得到电子，所以Cu2在阴极上得到电子析出金属铜。移向阳极的离子有OH和Cl，因为在这样的实验条件下，Cl和OH容易失去电子，所以Cl在阳极上失去电子，生成氯气。第十页，本课件共有31页说明：阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程又叫做放电。用石墨、金、铂等还原性很弱的材料制做的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。用铁、锌、铜、银等还原性较强的材料制做的电极又叫做活性电极，它们做电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。在一般的电解条件下，水溶
6、液中含有多种阳离子时，它们在阴极上放电的先后顺序是：AgHg2Fe3+Cu2(H+)Fe2Zn2；水溶液中含有多种阴离子时，它们的惰性阳极上放电的先后顺序是：S2IBrCl(F、NO3、SO42-等)第十一页，本课件共有31页（6）以惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般方法步骤为：分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组；分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式；合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。第十二页，本课件共有31页二）电解原理的应用1、铜的电解精炼（1）电解法精炼铜的装置（如图）（2）电解法精炼铜的化学原理阳极（粗铜）：Cu2eCu2
7、阴极（纯铜）：Cu22eCu二）电解原理的应用1、铜的电解精炼（1）电解法精炼铜的装置（如图）第十三页，本课件共有31页（2）电解法精炼铜的化学原理阳极（粗铜）：Cu2eCu2阴极（纯铜）：Cu22eCu说明：以铜为材料做的电极属于活性电极。在一般的电解条件下，活性阳极先于电解质溶液中的成分发生氧化反应。粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn2eZn2Ni2eNi2第十四页，本课件共有31页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
8、位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能量比铜弱，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之后，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）用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度可达到99.95%99.98%。第十五页，本课件共有31页2、电镀（1）、电镀的涵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过程。（2）、电镀的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）、电镀的原理电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电
9、镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。第十六页，本课件共有31页实验：在烧杯里放入CuSO4溶液，用一铁制品（用酸洗净）作阴极，铜片做阳极。通电，观察铁制品表面颜色的变化。通过实验，我们可以发现，银白色的铁制品变成紫红色的了。第十七页，本课件共有31页第十八页，本课件共有31页第二节：氯碱工业第二节：氯碱工业第十九页，本课件共有31页一：、电解饱和食盐水反应原理1、装置图在U形管内装入饱和食盐水，用碳棒作阳极
10、，铁棒作阴极，同时在两边管中各滴几滴酚酞试液，并将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通直流电第二十页，本课件共有31页2、原理分析在饱和食盐水溶液中，存在Na、Cl、H、OH，通电后Na、H向阴极移动，由于H放电能力比Na强，阴极上电极反应：2H2eH2，水的电离平衡被破坏，阴极区OH浓度增大；Cl、OH向阳极移动，由于Cl放电能力比OH强，阳极发生的电极反应：2Cl2eCl2。总的反应方程式为：3、实验现象U形管两个电极上均有气体放出，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，阴极区溶液变红。第二十一页，本课件共有31页（二）、离子交换膜法制烧碱1、离子交换膜电解槽的构成离子交换膜电解槽主要有阳极、阴极、
11、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒构成。2、阳离子交换膜的作用阳离子交换膜只允许Na通过而Cl、OH和气体则不能通过，其作用两个：（1）防止H2和Cl2混合而发生爆炸；（2）避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。第二十二页，本课件共有31页3、电解精制的饱和食盐水离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。上图表示的是一个单元槽的示意图。打印本文阳极产物：Cl2 阴极产物：H2和NaOH第二十三页，本课件共有31页4、饱和食盐水的精制由于粗盐中含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，因此必须进行精制
12、，先加足量的BaCl2溶液，再加足量的Na2CO3溶液和NaOH溶液，然后通过过滤除去沉淀，最后通过盐酸调节pH除去过量的CO32，仍含有少量Ca2、Mg2的盐水，还需要通过阳离子交换树脂进一步除去，有关反应离子方程式：Ba2SO42BaSO4CO32Ba2BaCO3Ca2CO32CaCO3Mg22OHMg(OH)2Fe33OHFe(OH)3第二十四页，本课件共有31页（三）以氯碱工业为基础的化工生产烧碱是基本化工原料之一，主要用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、纺织印染等。氯气的用途非常广泛，主要有液氯、盐酸及漂粉精、次氯酸钠等漂白消毒系列产品，大量用于制造有机氯农药，在有机合成方面有更广
13、泛、更大的用途。氢气除用于制盐酸和聚氯乙烯外，另一重大用途是植物油加氢生产硬化油，此外，用于金属的冶炼。第二十五页，本课件共有31页练习题练习题第二十六页，本课件共有31页一、选择题：一、选择题：锌片是（）。A阳极B正极C阴极D负极2下列叙述中不正确的是（）。A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气3电解硫酸铜溶液时，若要求达到以下几点：阳极质量减少，阴极质量增加，电解液中Cu2不变，则可选用的电极是（）。A纯铜作阳极，含锌、银的铜合金作阴极B含锌、
14、银的铜合金作阳极，纯铜作阴极C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极D用石墨作阳极，用惰性电极作阴极第二十七页，本课件共有31页4下列叙述能说明金属甲比金属乙活泼的实际事实是（）。A同价态的阳离子，甲的氧化性比乙强B将甲、乙作电极与稀硫酸酸溶液组成原电池，甲是负极C在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多D常温下，甲能和NaOH溶液反应，而乙不能5常温时，将500mlPH=5的CuSO4溶液用石墨电极电解一段时间，测得溶液的PH变为2，若使溶液的浓度、PH与电解前相同，可采用的方法（）。A向溶液中加入0.245gCu(OH)2B向溶液中加0.31gCuSO4C向溶液中加0.0025molH2
15、SO4并加热D向溶液中加0.2gCuO第二十八页，本课件共有31页6溶液中含有两种溶液质氯化钠和硫酸，他们的物质的量之比为3：1。用石墨做电极电解该溶液时，根据反应产物可明显分为三个阶段，则下列叙述不正确的是（）。A阴极只析出氢气B阳极先析出氯气后析出氧气C电解最后阶段为电解水D电解过程中溶液的PH不断增大，最后PH为77甲、乙两个电解池均为Pt电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加2.16g，乙池中电极上析出0.24g金属，则乙池中溶质可能是（）。ACuSO4BMgSO4CAl(NO3)3DNa2SO48用惰性电极电解M(
16、NO3)x的水溶液，当阴极上增重a克时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（）。A22.4ax/bB11.2ax/bC5.6ax/bD2.5ax/b第二十九页，本课件共有31页二：填空题由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用下图电解实验可以制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀。两电极材料分别为石墨和铁。a电极材料应为_，电极反应式为_。电解液C可以是_。A纯净水BNaCl溶液CNaOH溶液DCuCl2溶液d为苯，其作用是_，在加入苯之前对C应作何简单处理_为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是_。A改用稀硫酸作电解液B适当增大电源的电压。C适当减小两电极间距离D适当降低电解液的温度。若C中用Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为_。第三十页，本课件共有31页三、计算三、计算13电解26.8%的食盐水1500g，若食盐的利用率为87.3%，求：(1)在27和1.11105大气压下可制得H2多少升？(2)这些氢气和氯气全部化合成氯化氢，溶于水制成功31%的盐酸，其质量为多少g？(3)电解液中氢氧化钠的质量分数浓度为多少？第三十一页，本课件共有31页