資源簡(jiǎn)介 (共88張PPT)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解第一課時(shí)電解的原理金屬鈉與氯氣在常溫下就可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉,同時(shí)放出大量的熱:2Na(s)+Cl2(g) =2NaCl(s)△H=-822.3kJ·mol-1反之,若以氯化鈉為原料制備金屬鈉,則需要從外界獲得能量(如電能)。在生產(chǎn)實(shí)踐中,人們是如何利用電能,以氯化鈉為原料制取金屬鈉的呢?電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化具有重要的實(shí)用價(jià)值。通過將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,可以使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行,這對(duì)于化工生產(chǎn)、金屬冶煉、實(shí)驗(yàn)室研究以及人們的日常生活都具有十分重要的意義。電解是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。工業(yè)冶煉金屬鈉的原理電解:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程2NaCl(熔融 ) ===2Na+Cl2↑通電電解意義:使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行電解的原理圖1—3—2為工業(yè)上利用電解熔融氯化鈉的方法生產(chǎn)金屬鈉所用裝置的示意圖。容器中盛有熔融氯化鈉,兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電 極材料,兩個(gè)電極分別與電源的正極和負(fù)極相連。討論:1.接通直流電源后,熔融氯化鈉中的Na+和Cl-各向哪個(gè)方向移動(dòng)?2.移動(dòng)到兩個(gè)電極表面的將分別發(fā)生什么變化?熔融NaCl陰極陽極e-e-Na+Cl-2Cl--2e- = Cl2 2Na++ 2e- = 2Na氧化反應(yīng)還原反應(yīng)總反應(yīng):2NaCl=== 2Na+Cl2↑電解電解熔融氯化鈉1.電解2.電解池3.電解池構(gòu)成將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程過程。將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能得裝置。直流電源固體電極材料電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)陽極陰極發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)電源負(fù)極正極陰極陽極電子流出電子流入離子導(dǎo)體陽離子陰離子電極移向移向得電子,還原反應(yīng)失電子,氧化反應(yīng)陽極:失電子發(fā)生氧化反應(yīng)2Cl--2e- = Cl2 陰極:得電子發(fā)生還原反應(yīng)2Na++ 2e- = 2Na總反應(yīng):2NaCl=== 2Na+Cl2↑電解對(duì)比原電池和電解池,請(qǐng)分析:1.原電池和電解池在工作原理上有何異同?2.原電池和電解池在裝置構(gòu)成上有何異同?異同 原電池 電解池工作原理 不同相同裝置構(gòu)成 不同相同自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能使難以發(fā)生的氧化還原反應(yīng)發(fā)生電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)電能兩電極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)無電源有直流電源電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體原電池是通過氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置;電解池是在直流電作用下迫使反應(yīng)物發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。在原電池和電解池的工作過程中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行。其中,陰極發(fā)生還原反應(yīng),陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。因此,從銅鋅原電池的內(nèi)電路看,鋅極是陽極,銅極是陰極。在裝置構(gòu)成上,原電池和電解池都需要有電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體,只是電解池還需要外接直流電源。二、電解原理的應(yīng)用電解飽和食鹽水按圖 1-3-3 所示組裝電解裝置,電極材料為石墨,離子導(dǎo)體為飽和食鹽水。1.請(qǐng)你分析飽和食鹽水中可能存在哪些離子,在電場(chǎng)中它們的移動(dòng)方向如何,可能發(fā)生的電極反應(yīng)是什么。2.接通電源,觀察電極表面出現(xiàn)的現(xiàn)象。根據(jù)已有的化學(xué)知識(shí),設(shè)法檢驗(yàn)兩極附近溶液組成的變化并判斷氣體產(chǎn)物。3.判斷陰極和陽極,寫出電極反應(yīng)和該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。 現(xiàn)象 電極反應(yīng)陰極 陽極 電解反應(yīng)的化學(xué)方程式:_____________________________________________在飽和食鹽水中,Na+和水電離出的H+移向連接電源負(fù)極的陰極材料,H-在陰極材料上發(fā)生還原反應(yīng):2H + +2e -=======H 2 ↑C1和水電離出的 OH 移向連接電源正極的陽極材料,C1在陽極材料上發(fā)生氧化反應(yīng)2Cl--2e-=======Cl2 ↑水的電離水是一種極弱的電解質(zhì),水分子能電離出極少量的H+和OH-。水的電離過程達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)可以表示為:H2O H++OH-,當(dāng)H+或OH-的濃度改變時(shí),該平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。電解氯化銅溶液的實(shí)驗(yàn)碳棒上有一層紅色的物質(zhì)析出有氣泡,濕潤KI-淀 粉試紙變藍(lán),氣體有刺激性氣味Cu2+移向陰極,在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)Cl-移向陽極,在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)離子放電順序離子在電極表面得到或失去電子的過程通常叫作“放電”。當(dāng)電解質(zhì)溶液中存在多種陽離子或陰離子時(shí),離子在電極上放電的順序是存在某種規(guī)律的。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí),人們總結(jié)出一些離子的放電順序。陰極上,金屬陽離子得電子能力越強(qiáng)越先放電。通常,常見陽離子的放電順序?yàn)?離子的放電順序陰極放電順序(陽離子得電子能力)Ag+>Hg2+> Fe3+> Cu2+>H+(濃度大)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(濃度小) >Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+Al3+~ K+水溶液中不放電,熔融狀態(tài)放電陽極放電順序(陰離子失電子能力)活性金屬電極>S2->I->Br->Cl->OH->非還原性含氧酸根>F-含氧酸根、 F-在水溶液中不放電1.用銅做電極,電解H2SO4溶液,分析兩極反應(yīng)現(xiàn)象,寫出電極反應(yīng)式陽極CuCu 陰極電極逐漸溶解,溶液逐漸變藍(lán)氫氣H2SO4溶液陽極: Cu - 2e- =Cu2+陰極: 2H ++ 2e- = H2 ↑Cu+ H2SO4 H2 ↑ + CuSO4電解陽極材料為金屬(除鉑、金等惰性金屬除外)時(shí),通常金屬陽極材料優(yōu)先失去電子。陽極材料為石墨時(shí),電解質(zhì)溶液中的陰離子失去電子,陰離子失電子能力越強(qiáng)越先放電。2.用石墨做電極,電解Na2SO4溶液,分析兩極反應(yīng)現(xiàn)象,寫出電極反應(yīng)式陽極陰極氧氣氫氣Na2SO4溶液 陽極: 4OH- - 4e- =2H2O+O2 ↑陰極: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑電解電解 Na2SO4溶液,實(shí)質(zhì)時(shí)電解了水3.用石墨做電極,電解NaCl溶液,分析兩極反應(yīng)現(xiàn)象,寫出電極反應(yīng)式陽極陰極氯氣氫氣NaCl溶液 陽極: 2Cl- - 2e- = Cl 2↑陰極: 2H ++ 2e- =H2 ↑2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑電解電解NaCl溶液,溶質(zhì)中陰離子放電,水電離出的氫離子放電。4.用石墨做電極,電解CuSO4溶液,分析兩極反應(yīng)現(xiàn)象,寫出電極反應(yīng)式陽極: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2 ↑陰極:Cu2++ 2e- = Cu陽極陰極氧氣銅CuSO4溶液2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4電解電解CuSO4溶液,溶質(zhì)中陽離子放電,水電離出的氫氧根放電。陽極陰極氧氣銅CuSO4溶液電解規(guī)律(惰性電極)陽極:S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-ⅠⅡⅢⅣ陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+Ⅰ與Ⅲ區(qū):電解本身型 如CuCl2 、HClⅠ與Ⅳ區(qū):放氫生堿型 如NaClⅡ與Ⅲ區(qū):放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3Ⅱ與Ⅳ區(qū):電解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH電解的原理電解電解池電解池構(gòu)成電解的原理將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程過程。將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能得裝置。直流電源電極材料離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體電極的判斷離子的移動(dòng)方向電極反應(yīng)式陰陽離子的放電順序第二課時(shí)電解原理的應(yīng)用1.電解是將直流電通過___________或__________ ,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生__________和__________的過程。2.電解池是將 轉(zhuǎn)化為 的裝置。熔融電解質(zhì)電解質(zhì)溶液氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電能化學(xué)能3.電解池中與電源負(fù)極相連的電極稱為 極,發(fā)生 反應(yīng)。與電源正極相連的電極稱為 極,發(fā)生 反應(yīng)。陽離子移向電解池的 極,陰離子移向電解池的 極。陰還原陽氧化陰陽4.常見陽離子的放電順序?yàn)?br/>。常見陰離子的放電順序?yàn)開______________________________________________。Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+S2->I->Br->Cl->OH->SO42-工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2,并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱為氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一,它的產(chǎn)品除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外,還廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)以及公用事業(yè)。主要有3種工藝隔膜法,雙電解池法,水銀電解池法。我國最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠(現(xiàn)上海天原化工廠的前身),日產(chǎn)燒堿2t。到1949年解放時(shí),全國只有少數(shù)幾家氯堿廠,燒堿年產(chǎn)量?jī)H1.5萬噸,氯產(chǎn)品只有鹽酸、液氯、漂白粉等幾種。活動(dòng)探究電解飽和食鹽水1.請(qǐng)你分析飽和食鹽水中可能存在哪些離子,在電場(chǎng)中他們的移動(dòng)方向如何,可能發(fā)生的電極反應(yīng)是什么?陽離子陰離子H+Na+Cl-OH-移向陰極移向陽極2H+ +2e- =H2 Na+ +e- =Na2Cl- -2e- =Cl2 4OH- -4e- =2H2O+O2 可能電極反應(yīng)可能電極反應(yīng)1.電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣2.接通電源,觀察發(fā)生電極表面現(xiàn)象。根據(jù)已有的化學(xué)知識(shí),設(shè)法檢驗(yàn)兩極附近附近溶液組成的變化并判斷氣體產(chǎn)物。濕潤的KI-淀粉試紙檢驗(yàn)陽極產(chǎn)物酚酞試液檢驗(yàn)陰極產(chǎn)物3.判斷陰極和陽極,寫出電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。現(xiàn)象 電極反應(yīng)式陰極陽極電解反應(yīng)的化學(xué)方程式生成無色氣體,滴加酚酞溶液變紅生成黃綠色氣體2H++2e-= H2↑2Cl--2e-== Cl2↑2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑通電===2H2O+2e-= H2↑+2OH-1.陰極區(qū)溶液中生成的越來越多OH-越來越多,氫氧根移向陽極,會(huì)產(chǎn)生什么影響?Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O2.生成物H2和Cl2混合有什么危險(xiǎn)?混合遇火或強(qiáng)光能反應(yīng)、爆炸3.如何阻止OH-越向陽極移動(dòng)。且不讓生成物H2和Cl2混合?使用離子交換膜將電解池兩極區(qū)分開4.工業(yè)電解食鹽水兩電極的產(chǎn)物分別是什么?陰極產(chǎn)物氫氣和燒堿;陽極產(chǎn)物為氯氣工業(yè)電解食鹽水制備燒堿離子交換膜(簡(jiǎn)稱離子膜):高分子膜 ,選擇性的使物質(zhì)通過陽離子交換膜:只允許陽離子通過,把電解槽隔成陰極室和陽極室工業(yè)電解食鹽水制備燒堿電解食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)。工業(yè)電解食鹽水制備燒堿時(shí)必須阻止 OH 移向陽極,以使 Na+ 和 OH- 在陰極溶液中富集。目前,比較先進(jìn)的方法是用陽離子交換膜將兩極溶液分開。離子交換膜(簡(jiǎn)稱離子膜)是一類高分子膜,它能選擇性地使物質(zhì)通過。陽離子能通過陽離子交換膜,而陰離子則不能通過。在電解食鹽水的過程中,Na不斷從陽極區(qū)進(jìn))陰極區(qū),而陰極區(qū)不斷產(chǎn)生的 OH 只能留在陰極附近的溶液中,因此由陰極附近的溶液可以得到濃度較高的 NaOH 溶液。陰極產(chǎn)物陽極產(chǎn)物陽極:2Cl- - 2e- = Cl2↑陰極:2H+ + 2e -= H2↑總反應(yīng):2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑電解2.銅的電解精煉黃銅礦 粗銅 精銅2.銅的電解精煉陽極材料:粗銅(Zn、Fe、Ni、Cu、Ag、Au等)陰極材料:純銅離子導(dǎo)體: CuSO4溶液銅精煉陽極爐車間思考:1.兩電極上放電的微粒是什么?寫出電極反應(yīng)式。2.電解精煉后電解質(zhì)溶液的濃度如何變化?陽極: Zn-2e-=Zn2+Fe - 2e- = Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+Ag、Au陰極:Cu2++2e-=Cu陽極泥硫酸銅溶液濃度減小鍍金接頭 鍍鋅鐵桶鍍金銀碗 鍍鉻貨架3.電鍍定義:利用電解原理在金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的方法目的:提高金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀鐵釘鍍銅實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>設(shè)計(jì)一個(gè)電鍍裝置并實(shí)施實(shí)驗(yàn),給鐵釘鍍銅。實(shí)驗(yàn)用品鐵釘、銅片、石墨棒、CuSO4溶液;燒杯、導(dǎo)線、電源設(shè)計(jì)電鍍裝置的基本思路電鍍裝置包括陰、陽極材料,陰陽極反應(yīng)物,離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體。與電解相比,電鍍具有獨(dú)特的目的。如何利用電解裝置實(shí)現(xiàn)電鍍呢?在設(shè)計(jì)電鍍裝置時(shí),通常需要重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)方面的問題:方法引導(dǎo)1.如何使鍍層金屬或合金沉積在待鍍金屬(鍍件)表面?鍍件做陰極,使鍍層金屬陽離子在陰極放電析出2.是否需要補(bǔ)充消耗的鍍層物質(zhì)?如何補(bǔ)充?用鍍層金屬做陽極實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)施設(shè)計(jì)思路及依據(jù) 實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確定陰極 陰極材料:陰極反應(yīng)物:確定陽極 陽極材料:陽極反應(yīng)物:構(gòu)成 閉合回路 離子導(dǎo)體:電子導(dǎo)體:鐵釘Cu2+銅銅CuSO4溶液導(dǎo)線銅電極逐漸溶解;鐵釘表面覆蓋一層紅色物質(zhì)。1.嘗試分析你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理。陽極反應(yīng):Cu-2e-==Cu2+陰極反應(yīng):Cu2++2e-==Cu2.為了讓鍍層很好的附著在鍍件上,可以采取哪些措施?提高鍍層表面的潔凈和平整程度電鍍液中加入有關(guān)助劑設(shè)計(jì)電鍍裝置的基本思路電鍍裝置包括陰、陽極材料,陰、陽極反應(yīng)物,離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體。與電解相比,電鍍具有獨(dú)特的目的。如何利用電解裝置實(shí)現(xiàn)電鍍呢 在設(shè)計(jì)電鍍裝量時(shí),通常需要重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)方面的問題:1.如何使鍍層金屬或合金沉積在待鍍金屬(鍍件)表面 2.是否需要補(bǔ)充消耗的鍍層物質(zhì) 如何補(bǔ)充 電鍍裝置陽極材料:鍍層金屬/惰性電極材料陰極材料:鍍件電鍍液:含有鍍層金屬陽離子的鹽溶液直流電源思考:鍍層金屬做陽極材料時(shí),電鍍液的濃度如何變化?電鍍液濃度基本保持不變電鍍是電解原理的一種重要應(yīng)用,所用的裝置與電解裝置相同。在本實(shí)驗(yàn)中,銅鹽液作為電鍍液,待鍍的鐵釘作為陰極,銅片作為陽極。在電鍍過程中,電鍍液中的 。H + 和 OH -等不參加電極反應(yīng),兩極上發(fā)生的電極反應(yīng)分別為:由此例可見,在電鍍裝置中,鍍件用作陰極材料;鍍層金屬用作陽極材料,利用其化溶解來提供鍍層金屬,也可以用惰性電極材料做陽極材料,由電鍍液提供鍍層金屬。電鍍液通常采用含有鍍層金屬離子的鹽溶液。鍍層能否很好地附著在鍍件上,與鍍層表面的潔凈和平整程度有很大的關(guān)系。電鍍時(shí),為了得到均勻、光潔、致密的鍍層,往往需要在電鍍液中加人有關(guān)助劑。電解工業(yè)上還常利用電解法獲得鈉、鎂、氟等元素的單質(zhì)。除了實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化外,人們還可以利用電解將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。二次電池的充電過程實(shí)際上就是通過電解來實(shí)現(xiàn)的。以鉛蓄電池為例,兩極板上的硫酸鉛在電流作用下重新轉(zhuǎn)化為鉛和二氧化鉛,將化學(xué)能存儲(chǔ)其中。充電寶、電動(dòng)汽車等的電池都是利用電解來實(shí)現(xiàn)小規(guī)模儲(chǔ)能的,利用電解原理的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)則在電力工業(yè)中具有非常重要的應(yīng)用。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在電力工業(yè)中,發(fā)電、輸電、配電、用電必須同時(shí)完成,但居民用電量存在著高峰與低谷時(shí)段,并呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性。如果能夠?qū)l(fā)電廠的電能存儲(chǔ)起來,需要時(shí)再釋放,可以有效地降低成本。目前,液流電池是電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),其優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能容量大、使用壽命長(zhǎng)。以全釩液流電池為例,酸性溶液中釩通常以 V2+、V3+、VO2+、,等形式存在。一種簡(jiǎn)單釩液流電池的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖如圖 1-3-6 所示,其電解液存儲(chǔ)在儲(chǔ)液罐中,使用時(shí)將電解液分別泵入陰極室和陽極室中。充電時(shí),VO2+在陽極被氧化為, V3+在陰極被還原為V2+具有較高能量的產(chǎn)物被泵回儲(chǔ)液罐,將能量?jī)?chǔ)存起來。放電時(shí),發(fā)生相反的過程儲(chǔ)液罐中的離子被泵回,在正極室和負(fù)極室分別得到或失去電子,釋放電能。由于儲(chǔ)液罐和反應(yīng)場(chǎng)所是分離的,液流電池能夠突破傳統(tǒng)電池的體積限制,這樣就可以將儲(chǔ)液罐做得很大以增大儲(chǔ)能容量。以液流電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)可為可再生能源發(fā)電提供有力的支持,緩沖晝夜、季節(jié)的用電變化對(duì)電網(wǎng)的影響。2022年10月,首個(gè)國家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目——遼寧大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站一期工程正式并網(wǎng)發(fā)電。1.寫出下列電解池中各部分的作用并分析其工作原理;再寫出電極反應(yīng)與總反應(yīng)的化學(xué)方程式。鋅作陽極,鍍件作陰極,電鍍液用含有鋅離子的鹽溶液電鍍車間電解2NaCl (熔融) == 2Na + Cl2↑MgCl2 (熔融) == Mg + Cl2↑電解2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2↑電解冰晶石金屬NaPbSO4(s)+2e-====Pb(s)+SO42-(aq)還原反應(yīng)陰極:陽極:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-====PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極充電過程總反應(yīng):2PbSO4(s)+2H2O(l)==== Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)二次電池充電鈉、鎂、氟等活潑金屬或非金屬單質(zhì)鈉、鎂、氟等活潑金屬或非金屬單質(zhì)金屬的提純制備燒堿、氫氣和氯氣 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫