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;第二单元化学能与电能的转化
3电解池的工作原理及应用;工业上分别以NaCl和Al2O3为原料,生产金属钠和金属铝。你知道工业生产中是如何实现此过程的吗?上述过程中发生了什么形式的能量转化?;利用原电池能实现化学能向电能的转化。而在工业生产和日常生活中,人们常常需要通过电解的方法使许多不能自发进行的反应顺利进行,电解过程中电能转化为化学能。;图1-19是电解熔融态氯化钠的原理图。
请与同学交流讨论下列问题:;1.通电前(图1-20左图)和通电后(图1-20右图),熔融态氯化钠中Na+和Cl-的运动有何差异?请在图1-20右侧中用箭头示意Na+和Cl-的运动情况。;通电前,熔融氯化钠发生电离,Na+和Cl-自由移动。;2.通电后电极表面分别发生了什么化学反应?请写出两电极上发生反应的电极反应式。
阳极:
阴极:
3.请分析电解过程中电子的流向。;氯化钠在高温下熔融并发生电离,生成可以自由移动的Na+和Cl-。在电场中,Na+和Cl-分别向与电源负极和电源正极相连的电极定向迁移。与电源负极相连的电极上有电子流入,Na+在该电极上得到电子,被还原为钠原子;在与电源正极相连的电极上,Cl-将电子转移给该电极,有电子流出,Cl-被氧化为氯原子,两个氯原子结合成氯分子。;其电极反应式和电解总反应式可表示为:;-;在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
电解过程中电能转化为化学能。因此,人们把将电能转化为化学能的装置称为电解池。
在电解池中,与电源负极相连的电极是阴极,在阴极上发生还原反应;与电源正极相连的电极是阳极,在阳极上发生氧化反应。;;如图1-21所示,U形管中装有氯化铜溶液,插入两根石墨棒作为电极,接通直流电源,将湿润的淀粉碘化钾
试纸放在阳极附近,观察U形管内的现象和
试纸颜色的变化。;1.在氯化铜溶液中存在Cu2+、H+、Cl-和OH-,请根据实验事实指出,在直流电的作用下,哪些离子优先在电极上发生反应。
2.写出电极反应式和电解总反应式。;实验现象;电解氯化铜溶液时,理论上Cu2+、H+都可??在阴极上被还原。由于Cu2+优先于H+在电极上发生反应,因此,在阴极Cu2+得到电子,发生还原反应生成铜:Cu2++2e-===Cu
同理,OH-、Cl-均可能在阳极被氧化,由于Cl-优先于OH-在电极上发生反应,因此,在阳极Cl-失去电子,发生氧化反应生成氯气:2Cl--2e-===Cl2↑
电解反应为:CuCl2===Cu+Cl2↑;电解原理在生产中有着广泛的应用。对于比较活泼的金属,我们常用电解其熔融盐的方法制取,如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融氯化钠、氯化镁,而铝的制取是通过电解熔融氧化铝。在氯碱工业中,通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料——烧碱和氯气。;电解饱和食盐水时,发生如下反应:;3.如图1-23所示,电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开,使得阴极区的OH-不能进入阳极区。
电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极
区的OH-进入阳极区?;;思考:工业电解饱和食盐水存在什么隐患?;NaCl溶液;;电解池放电规律
阳极:还原性强的离子优先放电。;阴极:氧化性强的离子优先放电。;分析电解问题的基本方法思路
(1)分清楚电解池的阴极和阳极
(2)通电前:电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。
(3)通电时:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁优先放电。
(4)正确书写电极反应式,要注意原子数、电荷数是否守恒。
(5)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况,如两极现象、离子浓度的变化、pH变化等。;电解——人类创造新物质的重要手段;从本质上看,电解就是借助电流分解反应物,将电子提供给溶液或熔融态中的某些微粒,使其获得电子生成新的物质。在使用电解手段之前铝是稀缺金属,时至今日每年通过电解得到的铝已逾千万吨计,成为生产、生活中常用的金属材料。电解除广泛应用于金属矿物冶炼、金属精炼外,还促进了电镀、污水处理等领域的技术革命,为新的制造业的发展提供了理论基础。;铜的电解精炼;⑴粗铜所含的杂质;Zn-2e-=Zn2+;精炼铜的电解槽中的电解液是用硫酸酸化的硫酸铜溶液。与直流电源正极相连的电极是含有锌、金、银等杂质的粗铜块,作为电解池的阳极,它在电解时发生氧化反应,金属铜和比铜活泼的金属杂质(如锌等)转化为阳离子进入溶液,粗铜中金、银等活动性较弱的金属在阳极沉积下来,形成阳极泥
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