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(共22张PPT)
电化学中隔膜的应用与串联电池分析
1.通过比较能够识别原电池、电解池，并能解决多池串联问题。
2.了解含隔膜的电化学装置的原理及应用。
3.深入理解电解原理中的守恒关系的应用。
*
习
学
目
标
*
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。近几年全国卷的高考中，涉及离子交换膜的试题较多，且常考常新，涉及离子交换膜的题目主要考查学生学以致用的能力，下面我们一起学习一下离子交换膜的应用。
情 境 导 入
1．离子交换膜的种类
知识点一 离子交换膜的应用
2．交换膜的功能及工作原理
(1)功能
(2)工作原理(以阳离子交换膜为例)：
交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
②能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
知识点一 离子交换膜的应用
3．离子通过隔膜的定量关系
4．离子交换膜类型的判断
(1)通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中电子转移数。
(2)离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。
根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型：
（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
知识点一 离子交换膜的应用
（2）根据溶液呈电中性,判断出离子移动的方向,从而确定离子交换膜的类型
离子迁移方向的判断
①离子从“生成区”移向“消耗区”
以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。
右侧：通入CO2，生成HCOOH，发生还原反应，多孔锡作阴极，电极反应为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗从左侧迁移过来的H＋。
左侧“Pt片”作阳极，水电离产生的OH－放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。
离子移动方向：H＋通过阳离子交换膜从左侧移向右侧。
知识点一 离子交换膜的应用
知识点一 离子交换膜的应用
1.微生物电解池(MEC)是一种新型的且
能兼顾氢气或甲烷回收的废水处理技术,将
电化学法和生物还原法有机结合,MEC具有
很好的应用前景。微生物电化学产甲烷法的
装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.“产电菌”极的电势比“产甲烷菌”极的低
B.该微生物电解池工作时将化学能转化为电能
C.阴极的电极反应式为CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O
D.若产生1 mol CH4,理论上阳极室生成CO2的体积为44.8 L
单膜电解池及分析
C
练一练
知识点一 离子交换膜的应用
2.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 ,模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色
B.阴极的电极反应式为4OH--4e-===
2H2O+O2↑
C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH
升高
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质
一定是(NH4)3PO4
练一练
C
多膜电解池及分析
知识点一 离子交换膜的应用
3.为适应可再生能源的波动性和间歇性,
我国科学家设计了一种电化学装置,其原理如
下图所示。当闭合K1和K3、打开K2时,装置处
于蓄电状态;当打开K1和K3、闭合K2时,装置处于放电状态。放电时,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是(　　)
双极膜电解池及分析
A.蓄电时,碳锰电极附近溶液pH减小
C.放电时,每消耗1 mol MnO2,理论上有4 mol H+由双极膜向碳锰电极迁移
D.理论上,该电化学装置运行过程中不需要补充H2SO4和KOH
C
练一练
知识点一 离子交换膜的应用
(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
知识点一 离子交换膜的应用
(2)在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。
(3)定量关系
外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。
知识点一 离子交换膜的应用
(3)若用铝条和镁条分别代替图中石墨和铁电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：________________________。
(2)若开始时K与M连接，则构成______，铁棒发生的电极反应式为________________；石墨电极产生的现象为___________________。一段时间后，溶液的pH_____。
(1)若开始时K与N连接，则构成______，铁棒发生的电极反应式为_______________；石墨电极产生的现象为_______________。
1．一池两用
用如图所示装置进行实验：
原电池
Fe－2e－===Fe2＋
有无色气泡生成
电解池
2H＋＋2e－===H2↑
有淡黄绿色气泡生成
增大
知识点二 多池串联分析
2．多池串联
(1)判断电池类型
知识点二 多池串联分析
①有外接电源时，各电池均为电解池。
②无外接电源时，燃料电池、铅酸蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。
③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。
④根据电极反应现象判断。
(2)常用解题步骤
知识点二 多池串联分析
例：根据如图所示，回答下列问题
(1)甲池是______，乙池是将___
能转化为 能的装置。
原电池
电
化学
(2)写出甲、乙、丙池中各电极的电极名
称和电极反应式。
提示　A极：负极，CH4－8e－＋10OH－=== ＋7H2O
B极：正极，2O2＋8e－＋4H2O=== 8OH－
Cu极：阳极，Cu－2e－===Cu2＋
Ag极：阴极，Cu2＋＋2e－=== Cu
Pt(Ⅰ)极：阳极，2Cl－－2e－=== Cl2↑
Pt(Ⅱ)极：阴极，Mg2＋＋2H2O＋2e－=== H2↑＋Mg(OH)2↓
知识点二 多池串联分析
4.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是
A.当K闭合时，甲装置在电路中作电源
B.当K断开时，乙装置锌片溶解，有氢气产生
C.当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④
D.当K闭合后，甲、乙装置中pH变大，丙装置中pH不变
B
练一练
知识点二 多池串联分析
*
有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
【课 堂 小 结】
B
随 堂 训 练
C
随 堂 训 练
3.如图装置闭合电键时，电流表的指针将发生偏转。试回答下列问题：
(1)A池是 ，Zn的电极名称是 ；
B池是 ，Pt的电极名称是 。
原电池
负极
电解池
阳极
(2)写出下列有关反应：
Zn极的电极反应式： ；
Pt极的电极反应式：______________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
(3)B池中的总反应的化学方程式为 。
(4)如果要用B池给铁片镀上一层Cu，则B池应作何改进：____________
。
Pt换成Cu，C换
成Fe片
随 堂 训 练(共25张PPT)
金属的腐蚀与防护
1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。
了解析氢腐蚀与吸氧腐蚀，会书写电极反应方程式。
了解防止金属腐蚀的措施，能用电化学原理解释金属腐蚀的现象。
能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施，进一步增强社会责任感。
习
学
目
标
情 境 导 入
一、金属的腐蚀
知识点一 金属的腐蚀
3．分类
知识点一 金属的腐蚀
知识点一 金属的腐蚀
①析氢腐蚀
水膜酸性环境中
②吸氧腐蚀
水膜酸性很弱或呈中性
知识点一 金属的腐蚀
铁锈生成
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件
电极反应 负极
正极
总反应式
联系 更普遍
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
Fe－2e－===Fe2＋
吸氧腐蚀
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
知识点一 金属的腐蚀
思考：金属腐蚀快慢与哪些因素有关呢？如何比较呢？
(两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快)
(电解池的阳极 > 原电池的负极 > 化学腐蚀 > 原电池的正极 > 电解池的阴极)
(强电解质中>弱电解质中>非电解质中)
4.判断金属腐蚀快慢的规律
知识点一 金属的腐蚀
(无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀)
知识点一 金属的腐蚀
山西40吨唐代铁牛，镇守黄河1200年未生锈实属罕见
据专家分析，铁牛1200年来没有被河水侵蚀，一是因为古代工匠在铸造铁牛的过程中，注重了防腐蚀、防生锈的工艺；二是因为历朝历代的当地百姓都注重保护铁牛，长期进行防锈维护。这些铁牛不仅是历史的见证者，也是文化的传承者。
知识点二 金属的防护
思考角度
切断原电池反应
电化学保护
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
金属防护的本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生
思考与讨论
根据金属腐蚀的实质M-ne-=Mn+，你能提出金属的防护方法吗？
知识点二 金属的防护
一、金属的防护
1. 改变金属材料的组成
不锈钢高压锅
知识点二 金属的防护
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开。
在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；
用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属；
①非金属保护层
②金属保护层
用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)
利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化
③发蓝处理
④钝化处理
搪瓷
包裹塑料
涂矿物性油脂
镀铬
知识点二 金属的防护
3. 电化学保护法
知识点二 金属的防护
（1）牺牲阳极法（原电池原理保护）
知识点二 金属的防护
知识点二 金属的防护
实验二：将1 g 琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。
取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
(a)裹有锌皮的铁钉
(b)缠有铜丝的铁钉
知识点二 金属的防护
铁钉的裸露部分周围出现特征蓝色，铜丝附近变红
裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色
知识点二 金属的防护
（2）外加电流法（电解池原理保护）
外加电流法是把被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液（如海水）里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
知识点二 金属的防护
思考与讨论：
知识点二 金属的防护
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
1）析氢腐蚀
2）吸氧腐蚀
金属的防护
金属表面覆盖保护层
改变金属材料的组成
电化学保护法
1）牺牲阳极法
2）外加电流法
【课 堂 小 结】
C
随 堂 训 练
C　
随 堂 训 练
C　
随 堂 训 练(共22张PPT)
原电池的工作原理
1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解原电池的工作原理，能设计简单的原电池 。
3．能正确书写电极反应式和电池反应方程式。
习
学
目
标
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
Zn2+
H+
H+
SO42-
写出原电池中的总反应方程式和电极反应式，并标出电子转移和离子迁移的方向。
总反应方程式：
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
电极反应：
负极：Zn-2e-==Zn2+（氧化反应）
正极：2H++2e-==H2↑（还原反应）
e-
负极
氧化反应
正极
还原反应
角度1
电极反应
角度2
粒子迁移
外电路
电子迁移：
负→正
内电路
离子迁移：
阳离子：
移向正极
阴离子：
移向负极
情 境 导 入
根据原电池工作原理，预测下面装置能否形成原电池。
如果能，写出总反应方程式、电极反应式，标出电子转移方向和离子迁移方向，并预测能观察到的现象。
e-
电极反应：
负极：Zn - 2e- = Zn2+
正极：Cu2+ + 2e- = Cu
总反应：
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
Zn2+
Cu2+
知识点一 原电池装置的改造
实验现象：铜片、锌片表面均附着红色固体，电流表指针偏转，但电流逐渐衰减。
相同：铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。
不同：锌片表面附着红色固体电流逐渐衰减
1.观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？
2.分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。
Zn片
现象 原因
锌片表面附着红色固体
电流逐渐衰减
问题探究
知识点一 原电池装置的改造
解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？
知识点一 原电池装置的改造
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
为什么没有电流？该如何解决？
盐桥
一种凝胶态的离子导体
盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶， K+和Cl-可在其中自由移动。
知识点一 原电池装置的改造
CuSO4溶液
Cu
Zn2+
Cu2+
Cl-
K+
盐桥中的离子迁移进入两侧电解质溶液，联通了两侧电解质溶液，从而形成闭合回路。
ZnSO4溶液
e-
Zn
e-
负极
氧化反应
正极
还原反应
+
-
盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；
避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。
知识点一 原电池装置的改造
原电池 双液电池 单液电池
电极反应
电极材料
离子导体
电子导体
正极：铜片;负极：锌片
正极：铜片;负极：锌片
导线
导线
知识点一 原电池装置的改造
原电池的构成要素
还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应
电极反应
基本要素
电极材料
进行电子转移的场所
离子导体
内电路，实现离子定向迁移
电子导体
外电路，实现电子定向转移
知识点一 原电池装置的改造
原电池的工作原理示意图
知识点一 原电池装置的改造
1．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是(　　)
(盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液)
A．Fe作正极，发生氧化反应
B．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变
C．负极反应：2H＋＋2e－==H2↑
D．工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大
D
练一练
知识点一 原电池装置的改造
1．加快氧化还原反应的速率
（1）原理：在原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中粒子运动相互间的干扰减少,使反应速率增大.
（2）应用：实验室用锌与稀硫酸反应制氢气时加入少量CuSO4溶液或常用粗锌能使产生H2的速率加快.原因是粗锌中的在杂质和锌.稀硫酸形成原电池,加快了锌的腐蚀,使产生H2的速率加快.
知识点二 原电池原理的应用
2.比较金属活泼性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼
原理
一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属正极，发生还原反应
实例
A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B
知识点二 原电池原理的应用
4.设计原电池的一般思路
(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应
知识点二 原电池原理的应用
氧化反应：还原剂－ne－=氧化产物
还原反应：氧化剂＋ne－==还原产物
正极反应式＋负极反应式→电池总反应式
(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。
知识点二 原电池原理的应用
①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。
②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。
以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu为例。
知识点二 原电池原理的应用
1.①在用锌粒与稀盐酸反应制取氢气时,往往向反应液中滴加几滴硫酸 铜溶液,结果发现反应加快,这是什么原因
提示:因为锌与铜离子发生置换反应生成了少量的铜单质,附在锌的表面构成了铜锌原电池,从而加快反应速率。
②若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率快
2. X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为______________
Z>Y>X>W
活动性：Z > Y
活动性：Y > X
活动性：Z > W
活动性：X> W
练一练
知识点二 原电池原理的应用
提示:粗锌。粗锌中Zn、Fe、C与稀硫酸形成原电池,加快了反应速率。
【课 堂 小 结】
1．下列装置中，电流表指针会发生偏转的是
A ． B． C． D．
D
随 堂 训 练
2.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。下列判断错误的是
A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极
B．反应开始时，乙中的石墨电极上I-发生氧化反应
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙
中的石墨电极为负极
D
随 堂 训 练
3.设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：___________。
（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：___________
②正极：___________。
（3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
【答案】（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（2）Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋
随 堂 训 练(共21张PPT)
电解原理的应用
1．了解电解原理在工业生产中的应用。
2．认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用。
*
习
学
目
标
氯气和烧碱是重要的化工原料。
Cl2
NaOH
工业上利用电解饱和食盐水制氯气和烧碱，称为氯碱工业。
情 境 导 入
一、电解饱和食盐水
C
C
NaCl溶液
阴极(+e-)
(-e-)阳极
Na+
Cl-
OH-
H+ Na+
Cl- OH-
H+
>
>
电极反应式和总反应式 产物
阳极
阴极
总反应 ——
2H2O +2e-= H2↑+2OH-
Cl2
2Cl- - 2e- = Cl2↑
H2、NaOH
如何检验？
Cl2:湿润的 淀粉-KI试纸
H2: 收集并点燃
NaOH: 酚酞
【思考】根据电解原理，分析使用惰性电极电解食盐水时，如何制得氯气和烧碱？
氯气
氢气
2Cl- +2H2O = Cl2↑+ H2↑+2OH-
知识点一 电解饱和食盐水
副反应：
Cl2 H2
NaOH
混合爆炸！
反应!
饱和食盐水
C
C
阴极
阳极
Na+
Cl-
OH-
H+
氯气
氢气
NaOH
阳极室
阴极室
阳离子交换膜：只允许阳离子和水分子通过,可阻止阴离子和气体通过
作用：a. 防止Cl2和H2混合而引起爆炸;
b. 避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量和质量。
【思考】若不用离子交换膜，电解一段时间后，将电解液充分混合，能获得何种物质？
Cl2 + 2OH- = Cl- +ClO- + H2O
制取漂白液
【思考】此装置是否能实现工业上大批量、安全稳定生产氯气和烧碱呢？
知识点一 电解饱和食盐水
知识拓展
知识点一 电解饱和食盐水
电 解 饱 和 食 盐 水
液碱
湿氢气
湿氯气
NaOH
含氯漂白剂
Cl2
H2
HCl
有机合成
造纸
玻璃
肥皂
纺织
印染
有机合成
氯化物合成
农药
盐酸
有机合成
金属冶炼
氯碱工业产品及其应用
知识点一 电解饱和食盐水
1.在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。
完成下列填空：
(1)a为电源的 (填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的 极。
负
阳
(2)d电极的电极反应式： ，
电解产生消毒液的总化学方程式为 。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
为充分混合反应，下端产生Cl2，上端产生NaOH
练一练
知识点一 电解饱和食盐水
电镀
电镀与生产生活
概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金。
二、电镀
知识点二 电镀
目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。镀层金属一般是
在空气或溶液中不易发生变化的金属
(如铬、镍、银、合金如黄铜)
材料 电极反应式
阳极
阴极
电镀液 ——
请应用电解原理，设计实验方案，在铁钉上镀铜。
Cu2+ +2e-＝Cu
Cu－2e-＝Cu2+
铜板
铁钉
CuSO4溶液
铜板
(镀件)
CuSO4溶液
电镀过程中，电镀液组分（如浓度、酸碱性）是否发生变化？
无需补充电镀液
铁钉
Cu2+ +2e－＝Cu
Cu－2e-＝Cu2+
知识点二 电镀
黄铜矿
粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）
精铜
【思考】粗铜中含Cu约98.5%，还含有Fe、Ag、Au等杂质，怎么用电解的方法得到纯铜？请设计实验。
【资料】一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。
知识点二 电镀
*
阳极
粗铜
CuSO4溶液
阴极
＋
－
Cu
Fe
Zn
Ni
Ag
Au
精铜
电解精炼铜原理
Cu2＋
Fe2＋
Zn2＋
Ni2＋
H＋
SO42－
Ag、Au
H＋
e-
e-
阴极：Cu2++2e- = Cu
【思考】电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？
略减小，不断补充CuSO4溶液
阳极泥
【思考】阴极增重与阳极减重相等吗？
不相等
知识点二 电镀
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
定义
形成
条件
电极
名称
电极
反应
将电能转变成化学能的装置。
①两电极接直流电源
②电极插人电解质溶液
③形成闭合回路
阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。
①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极
②电解质溶液须待提纯金属的离子
阳极：不纯金属；
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。
①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
阳极：镀层金属；
阴极：镀件
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
知识点二 电镀
练一练
2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（ ）
（已知氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）
A.阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+ + 2e- = Ni
B.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
D
知识点二 电解规律
【思考】电解饱和食盐水得不到单质钠，工业上是如何以氯化钠为原料制备钠的呢？
电冶金的本质：Mn+ + ne- = M
(1)金属钠的制取(电解熔融氯化钠)
2NaCl（熔融）=== 2Na ＋ Cl2↑
电解
阳极: 2Cl-- 2e- = Cl2 ↑
阴极：2Na++ 2e- = 2Na
石墨电极
石墨电极
【思考】电解熔融NaCl的方法可制备金属钠，金属Mg、Al如何制备呢？
二、电冶金
知识点三 电冶金
(2)电解熔融的氯化镁：（制取金属镁）
阳极：2Cl - －2e- = Cl2↑
阴极：Mg2+ + 2e- = Mg
总反应：MgCl2(熔融) === Mg + Cl2 ↑
电解
阳极：6O2- －12e- =3O2↑
阴极：4Al3+ + 12e- = 4Al
总反应：2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
【思考】工业制取镁，用的氯化镁而不用氧化镁？制取铝时，用的是氧化铝而不用
氯化铝？
原因：因为氧化镁的熔点比氯化镁高很多，能耗较高 ；氯化铝是共价化合物，
共价化合物为分子晶体，不能电解。而氧化铝是离子化合物，可电解。
助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
知识点三 电冶金
3.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是(　　)
A．两个电极必须都用惰性电极
B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极
C．电解熔融状态的氯化镁
D．电解氯化镁的水溶液
C
练一练
知识点三 电冶金
电解原理的应用
电镀
电冶金
电镀：
电解饱和食盐水
阴极—待镀金属， 阳极—镀层金属
阴极—精铜， 阳极—粗铜
2Cl- - 2e- = Cl2↑
阳极
阴极
2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-
点燃法检验H2
酚酞溶液检验碱性
湿润淀粉KI试纸
检验Cl2
电解精炼铜
【课 堂 小 结】
1 ．依据下图判断，下列叙述正确的是(　　)
A．Ⅰ是原电池，Ⅱ是电镀装置
B．Ⅰ、Ⅱ装置中锌极上均发生氧化反应
C．Ⅱ、Ⅲ装置中，铜极均发生氧化反应而溶解
D．Ⅱ、Ⅲ装置中Cu2＋ 浓度基本不变
A
随 堂 训 练
2、关于下列各图的说法中，正确的是（ ）
A．①中阴极处能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体
B．②中待镀铁制品应与电源正极相连
C．③中电子由b极流向a极
D．④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
D
随 堂 训 练
3.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.若直流电源为铅酸蓄电池，则b极为Pb
B.阳极反应式为ClO2＋e－===
C.交换膜左侧NaOH 的物质的量不变，气体X为Cl2
D.制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由交换
膜左侧向右侧迁移
C
随 堂 训 练(共22张PPT)
电解原理
1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用。
*
习
学
目
标
Zn
Cu
CuCl2溶液
原电池中的能量转化方式是什么？
化学能转化成电能
电解过程中能量转化方式又是什么呢？
情 境 导 入
1.电解池的定义
把电能转化为化学能的装置
2.电解池的构成条件
(1)直流电源
阴极:与电源负极相连 [还原反应]
阳极:与电源正极相连 [氧化反应]
(2)阴、阳电极
(3)电解质溶液或熔融的电解质
(4)形成闭合回路
一、电解原理
知识点一 电解原理
通电前：
CuCl2
Cu2+
+
2Cl-
通电时：
向阴极迁移
向阳极迁移
↑
2Cl-2e-=
Cl2
氧化反应
放电顺序
Cl- ＞ OH-
Cu2++2e-=Cu2+
还原反应
Cu2+ ＞ H+
放电顺序
H2O
H+
OH-
+
思考：电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2的原理是什么？
总反应：
↑
Cu2+ +2Cl- Cu + Cl2
电解
知识点一 电解原理
3.电解
使电流通过电解质溶液（熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程叫做 电解。
电解过程可以看作外接电源提供的电能，借助电解池将还原剂的电子转移给了氧化剂
知识点一 电解原理
②一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子
4.电解池电极放电顺序
(1)阴极：得电子，还原反应
①电极本身不参加反应
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >H+（水）> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳离子在阴极上放电顺序是：
阳离子
知识点一 电解原理
②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子
(2)阳极：失电子，氧化反应
①若为金属（非惰性）电极，电极失电子
金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F-
阴离子的放电顺序是：
石墨电极、金电极、铂电极
阴离子
4.电解池电极放电顺序
知识点一 电解原理
阳极
阴极
氧
气
铜
阳极: 2H2O - 4e- = 4H+ +O2 ↑
阴极：2Cu2++ 4e- = 2Cu
CuSO4溶液
总反应：2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4
CuSO4 = Cu2+ + SO42-
H2 O H+ + OH-
练一练
下图是电解硫酸铜溶液，请写出电极反应式
知识点一 电解原理
阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2 、HCl
Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl
Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+ >（H+） >Al3+>Mg2+>Na+
知识点二 电解规律
阳极：2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑
阴极：4H+ +4e－＝2H2 ↑
1.电解水型
（1）含氧酸
如电解H2SO4、HNO3等溶液时其电极反应式为：
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。
二、电解规律
知识点二 电解规律
阳极： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑
阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－
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。
如电解NaOH、KOH等溶液时其电极反应式为：
总反应：2H2O O2↑ +2H2↑
电解
（2）强碱
知识点二 电解规律
阳极： 2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑
阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－
如电解Na2SO4、KCO3等溶液时其电极反应式为：
总反应：2H2O O2↑ +2H2↑
电解
（3）氢前金属含氧酸盐
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。
知识点二 电解规律
2.电解本身
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 ↑
（1）无氧酸
如电解盐酸时其电极反应式为：
总反应：2HCl Cl2↑ + H2↑
电解
知识点二 电解规律
2.电解本身
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(加入一定量的CuCl2固体)
阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑
阴极： Cu2+ + 2e－＝Cu
如电解CuCl2溶液时其电极反应式为：
总反应：CuCl2 Cl2↑ + Cu
电解
（2）氢后金属无氧酸盐
知识点二 电解规律
如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。
阳极： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑
阴极： 2Cu2+ +4e－＝2Cu
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。
电解CuSO4溶液时其电极反应式为：
3.放氧生酸
氢后金属含氧酸盐
总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2↑ +2H2SO4
电解
知识点二 电解规律
4.放氢生碱
如电解NaCl、KCl、MgCl2 、AlCl3 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气体。
阳极 ： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑
阴极 ： 2H+ +2e－＝ H2 ↑
氢前金属无氧酸盐
总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑
电解
电解NaCl溶液时其电极反应式为：
知识点二 电解规律
练一练
2.电解CuCl2与NaCl的混合溶液(惰性电极)，阴极上和阳极上最先析出的物质为（ ）
A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2
C．H2和O2 D．Cu和O2
B
知识点二 电解规律
【课 堂 小 结】
1.下列关于电解池的叙述中正确的是(　　)
A．电解池中的闭合回路仅由电子的定向运动形成
B．电子从电源的负极经导线流向电解池的阳极，从电解池的阴极经导线流向电源的正极
C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动
D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
D
随 堂 训 练
选项 a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4
B 石墨 石墨 负极 NaOH
C 银 铁 正极 AgNO3
D 铜 石墨 负极 CuCl2
2.如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是表中的( )
A
随 堂 训 练
3.如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极反应式分别是：a：______________，b：________________，c：______________，d：__________________，并计算各电极生成的气体或固体的物质的量之比是___________。
Cu2＋＋2e－=Cu
4Ag＋＋4e－=4Ag
2H2O－4e－=O2↑＋4H＋
2∶2∶4∶1
2Cl－－2e－=Cl2↑
随 堂 训 练(共21张PPT)
化学电源
1.了解和学习电池的分类、优点及适用范围。
2.了解几类化学电源的构造、原理。(重点)
3.掌握原电池电极方程式及总反应方程式的书写。(难点)
*
习
学
目
标
各种化学电源
*
情 境 导 入
结构简单
一次电池
反复使用
二次电池
连续工作
燃料电池
新型电池
电池的研发
判断电池优劣的主要标准
①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
③电池可储存时间的长短。
*
情 境 导 入
化学电源是将化学能变成电能的装置。原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：
化学电源
一次电池
二次电池
燃料电池
又叫干电池，活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不能继续使用了
又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以重复使用
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，如氢氧燃料电池
*
情 境 导 入
*
普通锌锰干电池是最早进入市场的实用干电池。因其电解质溶液用淀粉糊固定化，称为干电池。
回顾普通锌锰干电池
构造示意图
一次电池是放电后不可充电的电池
碱性干电池
银锌电池
主要反应为：
Times
正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
知识点一 一次电池
分析普通锌锰干电池长期占据市场和现在逐渐被替代的可能原因。
A
Zn
石墨棒
NH4Cl
MnO2
NH4Cl
ZnCl2
单液电池
优点：结构简单、价格低廉。
缺点：会发生自放电。
*
知识点一 一次电池
碱性锌锰干电池结构
金属外壳
Zn粉和
KOH混合物
铜针
MnO2和
KOH混合物
碱性干电池
容量高，能大电流连续放电。还具有优良的低温性能、储存性能和防漏性能。
*
知识点一 一次电池
*
电极活性物质:
Zn粉、高活性电解MnO2
电极材料：增大相对面积
离子导体:
高导电性的KOH溶液
减小电池内阻
加快反应速率
大电流
高电压
普通电池与碱性锌锰干电池的比较
知识点一 一次电池
*
正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH-
正极
金属外壳
离子型导电隔膜
负极
铜针
e-
Zn粉
KOH
混合物
MnO2
KOH
混合物
+
-
负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2
小结 一次电池
总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2
0
+4
+3
+2
资料：碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌也变成粉末状，同时采用了反应活性更高的电解二氧化锰粉
知识点一 一次电池
*
二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
回顾铅蓄电池
铅酸蓄电池的构造示意图
稀硫酸
铅蓄电池优点：
电压稳定、使用方便、
安全可靠、价格低廉
知识点二 二次电池
正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O
负极：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4
总反应：
1.铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的构造示意图
总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面。
Pb
PbSO4
负极
PbO2
PbSO4
正极
放
电
充
电
放
电
充
电
目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。
知识点二 二次电池
*
负极 LixCy
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(______)：
正极 钴酸锂( )：
总反应
LixCy
LixCy－xe－=xLi＋＋Cy
LiCoO2
Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2
LixCy＋Li1－xCoO2 LiCoO2＋Cy
放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
2.锂离子电池
知识点二 二次电池
负极：2H2 - 4e- 4H+
正极：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
稀硫酸
氢氧燃料电池工作原理示意图
① 燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能。
② 电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。
1.构造与工作原理
氢氧燃料电池汽车
知识点三 燃料电池
能量转换:所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，只不过条件不同而已。
理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过80%，由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。
知识点三 燃料电池
第四步　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数
2.燃料电池电极反应式的书写
第一步　确定生成物
故CH4的最终产物为CO32-和H2O；
第二步　确定价态变化及电子转移
知识点三 燃料电池
燃料电池电极反应式书写的注意事项
(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。
(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，
即O2＋4e－=2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。
(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。
知识点三 燃料电池
*
电池类型 原理 工艺及目的
一次电池
二次电池
燃料电池
原电池原理
加入隔膜分隔氧化剂与还原剂，减少电池自损耗。
原电池及
电解池原理
将相关活性物质富集在电极材料表面，实现物质循环转化。
原电池原理
燃料和氧化剂连续由外部提供，保持电极材料和离子导体稳定，能够实现连续工作。
使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处
丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。
【课 堂 小 结】
*
1.下列说法错误的是( )
A.氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
B.化学电源中的负极材料不一定参加电极反应
C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应
D.丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的极大浪费
C
随 堂 训 练
2.电子表和电子计算器的电源通常用微型银—锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为
Ag2O＋H2O＋Zn=Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是( )
A.Ag2O是正极，Zn是负极
B.Zn是正极，Ag2O是负极
C.工作时，电池负极区溶液pH增大
D.工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
A
随 堂 训 练
4.将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CO和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是( )
①通入CO的电极为正极；
②正极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－=4OH－；
③通入CO的电极反应式是2CO＋O2－4e－=2CO2；
B
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。
A.①③⑤ B.②④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③
随 堂 训 练

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