4.2.2 电解池-电解的原理 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第2课时 电解的原理 新能源汽车中的能量转化 2013年11月13日 任务1：解密刀片电池充电原理 请根据总反应写出刀片电池放电时的两极反应。 放电总反应式：Li1-xFePO4+LixC6 =LiFePO4+C6 问题：电动汽车的充电原理是怎样的？以比亚迪汽车中的刀片电池为例分析。 正极： Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- = LiFePO4 负极：LixC6－xe－=C6＋xLi+ 问题1：请写出刀片电池电极反应物逆向生成的反应。 问题2：这个转化过程是非自发进行的氧化还原反应，如何实现？ 外接电源 电解：将直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 LiFePO4 -x e- = Li1－xFePO4+x Li+ 氧化反应 Li1－xC6＋xLi+ + xe- =LixC6 还原反应 要想实现电池继续放电，就要重新获得电极反应物。 任务1：解密刀片电池充电原理 强有力的手段 反应逆向进行：电极产物 电极反应物 问题3：外接电源为体系提供电子从而使反应进行，请给这个装置补充上电源，（注意电源的正负极），并分析上述转化是如何实现的？ LiFePO4 -x e- = Li1－xFePO4+x Li+ Li1－xC6＋xLi+ +x e- =LixC6 任务1：解密刀片电池充电原理 刀片电池主要依靠锂离子在两极之间的嵌入和脱出实现能量的转化和物质的转化。 2013年11月13日 问题4：与原电池的相比，电解池的构成条件有哪些相同和不同之处？ 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 任务1：解密刀片电池充电原理 电解池：将电能直接转化为化学能的装置。 阳极 阴极 失电子，氧化反应 得电子，还原反应 负极 阴离子 阳离子 判断电极 离子 种类 离子 迁移 离子 放电 电极反应 分析电解工作原理的一般思路： 问题5：在电解池是如何形成闭合回路的呢？内电路和外电路分别是依靠哪些粒子的迁移？怎么移动？ e- 失e- 得e- 阴极 还原反应 阳极 氧化反应 正极 任务1：解密刀片电池充电原理 e- 用惰性电极电解饱和食盐水 任务2：深入探究电解原理 利用电解原理不仅可以为新能源汽车的电池“充能续航”，在工业生产中也有广泛的应用。 结合电解工作原理的分析模型，预测电解初期的电极产物。 思维模型 2013年11月13日 实验操作： 1.按图1所示组装装置，培养皿中加入适量的饱和食盐水，放入两块PH试纸，并覆盖上保鲜膜。 2.用铅笔芯戳破保鲜膜，分别与两块试纸接触，接通电源十秒钟，观察两根铅笔芯附近的现象。 3.实验结束，把电池一侧的夹子取下来。记录现象，把学案补充完整。 用惰性电极电解饱和食盐水 任务2：深入探究电解原理 2 1 操作规范 动作迅速！ 2013年11月13日 电极 阴极 阳极 实验现象 电极反应 实验结论 pH试纸变蓝 阴极离子放电顺序：H+>Na+ 阳极离子放电顺序：Cl->OH- 实验探究电解氯化钠溶液 pH试纸变红，中间部分褪色 2H+ + 2e- = H2↑或 2H2O + 2e=H2+2OH- 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑ 氯碱工业 任务2：深入探究电解原理 总反应 K+<......<Al3+<H+（水）<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+< H+（酸） <Cu2+<Fe3+<Ag+ （得电子能力越来越强） 常见阴离子在惰性阳极电极上放电顺序： S2- >Ｉ->Br ->Cl- >OH- >非还原性含氧酸根离子 （失电子能力越来越弱） 常见阳离子在阴极上放电顺序： 任务2：深入探究电解原理 思考：为什么不同微粒放电顺序会出现不同？ 与离子氧化性、还原性有关 惰性电极：电极自身不反应的物质，如Au、Pt、C等。 活性电极：除Au、Pt外的金属。 讨论1： 在氯碱工业中以惰性电极为阳极，铁为阴极。 设想如果阳极材料也选择铁，会对电极反应产生什么影响？ 你的判断依据是什么？ 任务2：深入探究电解原理 当阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子。Fe-2e-=Fe2- 电解模型的建立 离子的放电顺序除了与电极材料、离子的本身性质有关，还受离子浓度、温度、酸碱性、离子迁移等因素的影响。 阳极材料 任务2：深入探究电解原理 通过上述分析过程，你能否能对刚才的建立的电解模型进行补充完善？ 讨论2：电解饱和食盐水时，氢氧化钠和氯气时分别是在哪个电极上产生的？利用该装置能否得到纯净的产品？若不能，该如何改进？ 任务2：深入探究电解原理 Na+ Na+ 2H2O + 2e－=H2+2OH- 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑ 阳离子交换膜 离子交换膜能有效防止氢气和氯气混合，提升设备安全性，避免氯气与氢氧化钠反应， 提高产品纯度。： 解密刀片电池充电原理 电解工作原理、电解池的构成条件 初步建立电解问题的思维模型 电解饱和食盐水 应用电解模型分析实际问题 完善分析电解问题的思维模型 任务活动 知识落实 课堂总结 1.用石墨作阳极、铜作阴极分别电解CuSO4溶液，H2SO溶液和NaOH溶液。写出电解初期的电极反应和总反应。 2.用石墨作阴极、铜作阳极电解CuSO4溶液（无需写总反应） 课堂评价 1.完成学案剩余题目。 2.利用电解原理精炼粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Pt和Au杂质)，请尝试画出装置图并写出电极反应式(课后完成)。 课后作业 Lavf58.20.100 $$