高中化学.电解与电镀素材选修讲解
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2023年高二高中化学教案第一部分化学(选修)第三册电解和电镀教案教案(精选3篇)以下是精选的三篇关于2023年高二高中化学教案第一部分化学(选修)第三册电解和电镀的教案:电解和电镀教案一教学目标:1. 了解电解的基本概念和原理。
2. 理解电解液中的离子在电解过程中的行为。
3. 掌握电解的基本方程式的写法和计算方法。
4. 了解电解在化工工业中的应用。
教学内容:1. 电解的基本概念和原理。
2. 电解液中的离子行为。
3. 电解的基本方程式和计算方法。
4. 电解在化工工业中的应用。
教学步骤:1. 引入:通过展示电解槽的实物,引导学生了解电解的基本概念。
2. 概念讲解:讲解电解的基本原理和电解液中的离子行为,让学生理解电解的过程。
3. 实验演示:进行电解实验,观察电极上的现象,分析电解过程。
4. 计算练习:给学生提供一些电解方程式和计算题目,让学生通过计算掌握电解的基本计算方法。
5. 应用拓展:通过介绍电解在化工工业中的应用,让学生了解电解在实际生产中的重要性。
6. 总结归纳:对本节课的重点内容进行总结,并提醒学生预习下节课内容。
电解和电镀教案二教学目标:1. 理解电镀的基本原理和过程。
2. 掌握电镀的条件和电镀液的选择。
3. 理解电镀和腐蚀的关系。
4. 了解电镀在实际应用中的重要性。
教学内容:1. 电镀的基本原理和过程。
2. 电镀的条件和电镀液的选择。
3. 电镀和腐蚀的关系。
4. 电镀在实际应用中的重要性。
教学步骤:1. 引入:通过展示不同金属电镀层的样品,引导学生了解电镀的基本定义。
2. 概念讲解:讲解电镀的基本原理和电镀液的选择原则,让学生了解电镀的过程和条件。
3. 实验演示:进行一次电镀实验,让学生亲自参与,了解电镀的操作方法和过程。
4. 讨论分析:让学生讨论电镀与腐蚀之间的关系,并进行相关的实例分析。
5. 应用拓展:通过介绍电镀在实际应用中的重要性,帮助学生理解电镀的应用范围和意义。
6. 总结归纳:对本节课的重点内容进行总结,并布置相关的作业。
高中化学教案第一部分化学(选修)第三册电解和电镀教案知识技能:使学生掌握电解的原理,能够准确判断电解池的阴、阳极;正确书写两极所发生的反应及电解的总化学方程式;会判断两极所发生的是氧化反应,还是还原反应;掌握惰性材料做电极时,离子的放电顺序。
能力培养:通过看书,培养学生的自学能力;通过分组实验,使学生亲自实践感悟求知过程,培养观察能力、动手实验能力,以及分析问题、解决问题的能力;通过一些设问及质疑,培养学生的思维能力,概括总结的能力,以及形成规律性认识的能力。
科学思想:从实验现象分析得出宏观现象和微观本质的关系,使学生领悟到感性认识到理性认识的过程。
科学品质:通过分组动手实验,并准确记录实验现象的过程,调动学生学习的积极性,提高学习兴趣,培养学生求实的精神及团结合作精神。
科学方法:观察实验现象,记录实验现象,分析实验过程,结合电极上的氧化还原反应,得出电解的概念,通过分析过程,使学生领悟到科学的正确的分析问题的方法。
重点、难点电解的基本原理;离子放电顺序。
学习分析问题的方法,从而提高解决问题的能力。
教学过程设计1.将两根碳棒分别插入装有CuCl2溶液的小烧杯中,浸一会,取出碳棒观察碳棒表面现象(图1);2.用导线连接碳棒后,再浸入CuCl2溶液一会儿,取出碳棒,观察碳棒表面变化(图2);3.浸入CuCl2溶液中的两根碳棒,分别跟直流电源的正极和负极相连接,接通一段时间后,观察两极上的现象并用湿润的KI-淀粉试纸检验所生成的气体(图3)。
要求:操作规范,注意安全。
三个实验的现象和结果如何?学生实验情况,对好的给予表扬。
在类似的实验中,规定:与直流电源负极相连的电极叫阴极;与直流电源正极相连的电极叫阳极。
电源负极-阴极电解池正极-阳极前两个实验碳棒上没有明显变化,第三个实验通电一会儿发现,与电源负极相连的一端的碳棒上有红色固体物质析出,与电源正极相连的一端碳棒上有使湿润的淀粉-KI试纸变蓝的气体生成。
高二化学选修4 电解原理的应用---电解精炼铜、电镀【学习目标】学会运用电解的原理分析铜的电解精炼;通过学习电镀的内容,了解具有一定特殊性的、另一种电解原理的应用方法,并进一步体会电解对人类社会的重要贡献。
【重点难点】铜的电解精炼和电镀的原理【教学过程】复习: 离子放电顺序;写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式:CuCl2 H2SO4 CuSO42、铜的电解精炼:(粗铜中含Fe、Zn、Ni、Ag、Pt、Au等少量杂质金属)下图为电解法精炼铜的装置,其中阳极为,阴极为,电解质溶液为。
(并标在图上)阳极发生的主要反应为:(杂质Fe、Zn、Ni也发生电极反应:由于Pt、Ag、Au 的金属性比Cu弱且量又少,这三种金属不反应,以单质的形式沉积在底部,得到阳极泥)。
阴极的反应为。
分析电解精炼过程中电解质溶液的变化。
总结:电解精炼装置的构成。
3、电镀【活动·探究】根据电解原理和铜的精炼的操作,利用如下材料:铁制品、铜片、CuSO4溶液、导线、直流电源,试设计一个实验,在铁钉表面镀上一层铜。
思路:铜的精炼中,粗铜为阳极,Cu失电子变成Cu2+,溶液中的Cu2+在阴极得电子,生成Cu单质,即在阴极上析出了铜。
故要在铁制品表面镀铜,可让做阳极,为阴极,溶液为电解质溶液。
画出电镀铜的实验装置图,指出电极和电解质溶液:预测实验现象:写出电极反应式:阳极:阴极:总结: (1)电镀:。
(2)电镀池的构成:。
【小结】电解池、电解精炼池、电镀池的比较【反馈练习】1.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.不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现C.电镀时,电镀池里的阳极材料发生氧化反应D.电解饱和食盐水时,阳极得到氢氧化钠溶液和氢气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-→NiB.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Pt3、下列关于铜电极的叙述正确的是A、铜锌原电池中铜是负极B、用电解法精炼铜时纯铜作阳极C、在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D、电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极4、将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联 , 在一定条件下通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为( )A、1∶2∶3B、3∶2∶1C、6∶3∶1D、6∶3∶25.电解原理在化学工业中有广泛应用。
高中化学教案第一部分化学(选修)第三册电解和电镀教案教学目标:1. 理解电解的概念和基本原理;2. 掌握电解液的选择和电解条件的确定;3. 了解电解过程中产生的化学反应和电解产品的确定方法;4. 理解电镀的原理和常见的电镀方法;5. 掌握电镀的条件选择和操作方法。
教学重点:1. 电解的基本原理和电解液的选择;2. 电镀的原理和常见的电镀方法。
教学难点:1. 电解过程中产生的化学反应和电解产品的确定方法;2. 电镀的条件选择和操作方法。
教学准备:教师:教学PPT、电解槽、电源、电极、电解液、导线等实验器材。
学生:课本、笔记本。
教学过程:一、导入教师简要复习了上一节课中浓度和溶液中的离子浓度的关系。
通过提问,引发学生对电解和电镀的思考。
二、概念解释教师讲解电解的概念:电解是利用电流通过电解液,在阴阳极上发生氧化还原反应的过程。
三、电解原理教师介绍电解的基本原理:电解是利用电流通过电解液,使阴极上发生还原反应,阳极上发生氧化反应。
电解液中离子的迁移和氧化还原反应导致电解过程的进行。
四、电解液的选择和电解条件的确定1. 电解液的选择:教师介绍不同电解液的选择原则和常见的电解液种类,如酸性电解液、碱性电解液和盐溶液等。
2. 电解条件的确定:教师介绍电流的选择原则和电解时间的确定方法,以及影响电解速度的因素。
五、电解过程中的化学反应和电解产品的确定1. 阴极反应:教师介绍阴极上发生的还原反应的例子,并解释产生还原物质的原因。
2. 阳极反应:教师介绍阳极上发生的氧化反应的例子,并解释产生氧化物质的原因。
3. 电解产品的确定:教师介绍如何通过电解液中的离子化合物和电解产物的氧化还原状态来确定电解产品。
六、电镀的原理和方法1. 电镀的原理:教师介绍电镀的原理,即利用电流使金属离子在阴极上还原沉积成金属薄层的过程。
2. 常见的电镀方法:教师介绍常见的电镀方法,如电解镀铜、电解镀银和电解镀金等。
七、电镀条件的选择和操作方法1. 电镀条件的选择:教师介绍电镀条件选择的原则和常见的影响因素,如电流密度、温度和电镀时间等。
高二高中化学教案第一部分化学(选修)第三册电解和电镀教案教案(精选3篇)【教案一】课题:电解和电镀的基本原理教学目标:1. 理解电解和电镀的基本概念和原理。
2. 掌握电解和电镀的基本实验操作。
3. 发展学生的实验探究能力和科学思维能力。
教学重点:1. 电解和电镀的基本原理。
2. 电解和电镀的实验操作。
教学难点:1. 掌握电解和电镀的实验操作。
2. 培养学生的实验探究能力。
教学准备:1. 高二化学教材及实验器材。
2. 实验台、实验工具、实验药品。
教学过程:Step 1:导入(5分钟)通过观察和回答问题的方式,引导学生回顾电解和电镀的基本概念和实验现象。
Step 2:讲授(15分钟)1. 介绍电解和电镀的基本概念和原理。
2. 通过示意图,说明电解和电镀的实验装置和实验步骤。
3. 强调电解和电镀的应用领域和意义。
Step 3:实验探究(30分钟)1. 学生分组进行电解和电镀实验,观察实验现象并记录实验数据。
2. 引导学生进行实验数据的分析和讨论,为进一步深入理解电解和电镀提供基础。
Step 4:小结(5分钟)总结电解和电镀的基本原理和实验操作要点。
Step 5:拓展延伸(10分钟)引导学生进一步思考电解和电镀的应用领域和未来发展趋势,并从中选择一个主题进行个人或小组研究。
Step 6:课堂讨论(5分钟)学生依次汇报个人或小组研究的结果,并进行讨论和交流。
Step 7:作业布置(5分钟)要求学生整理实验报告,并预习下一节的内容。
【教案二】课题:电解和电镀的实验操作教学目标:1. 掌握电解和电镀实验的基本操作步骤。
2. 培养学生的实验操作能力和实验安全意识。
教学重点:1. 电解和电镀实验的基本操作步骤。
2. 实验安全意识的培养。
教学难点:1. 学生的实验操作能力培养。
2. 实验安全意识的培养。
教学准备:1. 电解槽、电解池、电源等实验器材。
2. 实验台、实验药品。
教学过程:Step 1:导入(5分钟)通过简单的实验现象或图示,引导学生回顾电解和电镀的基本概念。
电解与电镀一、电解反应类型(见下表)1、只有电解质参加的反应例:在电场作用下,CuCl2溶液中阳离子(Cu2+,H+)向阴极移动,阴离子(Cl-,OH-)向阳极移动。
Cu2+得电子能力大于H+,Cl-失电子能力大于OH-。
阴极反应:Cu2++2e-=Cu,阳极反应:2Cl--2e-=Cl2,总反应:CuCl2Cu+Cl2。
2、只有水参加的反应:例:阳极:4OH--4e-=2H2O+O2阴极:2H++2e-=H2总反应:2H2O 2H2+O2电解H2SO4溶液,相当于电解水,不断电解过程中H+浓度增大,H2SO4浓度增大,溶液pH值减小。
3、水和电解质均参加反应。
例:阳极:2Cl--2e-=Cl2,阴极:2H++2e-=H2总反应:2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH电解过程中H+得电子,破坏水的电离平衡,H2O H++OH-,水的电离平衡向右移动,溶液pH值增大。
4、电极参加反应:例:金属作阳极时,金属失电子,而不是阴离子失电子。
在阳极,Cu失电子能力大于SO42-、OH-,因此电极Cu首先失电子:阳极反应:Cu-2e-=Cu2+阴极反应:2H+-2e-=H2,总反应:Cu+2H+ Cu2++H2,从总反应看出不活泼的Cu将较活泼H置换出来,不符合金属活动顺序表,因此化学反应能不能发生没有严格界限,不能自发进行的反应,提供能量(如电解)也能进行。
二、电解反应规律:阴阳离子放电顺序说明:①阴阳离子在两极上放电顺序复杂,与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关,不应将放电顺序绝对化,以上仅是一般规律。
②电解过程中析出的物质的量(或析出物质的质量):在电解若干串联电解池中的溶液时,各阴极或阳极所通过的电量相等,析出物质的量取决于电路中通过的电量。
三、电解原理的应用22222+Cl2说明:金属的冶炼四、原电池和电解池的区别和联系原电池(-)电解池(阴)电解池(阳)说明:电解池有两种连接方式:串联、并联[例题分析]例1、将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为A、4×10-3mol/LB、2×10-3mol/LC、1×10-3mol/LD、1×10-7mol/L分析与解答:根据电解规律可知阴极反应:Cu2++2e-=Cu,增重0.064gCu,应是Cu的质量,根据总反应方程式:2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4--->4H+2×64g 4mol0.064g xx=0.002mol[H+]= =4×10-3mol/L正确答案为A例2、某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为:Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中正确的是:A、放电时,负极上发生反应的物质是Fe.B、放电时,正极反应是:NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2C、充电时,阴极反应是:Ni(OH)2-2e -+2OH-=NiO2+2H2OD、充电时,阳极附近pH值减小.分析与解答:根据原电池在放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再根据元素化合价变化,可判断该电池负极发生反应的物质为Fe,正极为NiO2,此电池为碱性电池,在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H+,故放电时的电极反应是:负极:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2,正极:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。
课题2电解与电镀1. 原电池、电解池的判定⑴电解:在作用下,在两个电极上分别发生和的过程。
电解池:转化为的装置。
⑵先分析有无外接电源:有外接电源者为,无外接电源者可能为;然后依据原电池、电解池的形成条件、工作原理分析判定。
2. 电解电极产物的判断:要判断电极反应的产物,必须掌握离子的放电顺序。
判断电极反应的一般规律是:(1) 在阳极上①作电极时:金属在阳极失电子被成阳离子进人溶液,阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时,溶液中阴离子的放电顺序是:> > > > >含氧酸根>F-(Br-、I-、S2-、OH-、Cl-)。
(2) 在阴极上:无论是电极还是电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子在阴极上放电顺序是:Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸)> Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+(水)> Al3+ > Mg2+⑶①阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极:> (OH-、Cl-);阴极:> > (Cu2+、Ag+、H +)。
③电解水溶液时,K+~Al3+(不能、能)在阴极放电,即(不能、能)用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
3.用惰性电极电解不同电解质溶液时各种变化情况分析的无氧酸盐阴极:总反应:放H2生碱型活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极:阴极:总反应:放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极:阴极:总反应:4.电解原理在工业生产中的应用⑴电解精炼反应原理(电解精炼铜为例,粗铜,含Fe、Zn、C等))电极反应式:阳极,阴极(纯铜) 。
工作一段时间后,电解质溶液中的成分有,Cu2+的浓度(减小、增大或不变)。
⑵电镀池:镀铜反应原理电极反应式:阳极(纯铜):,阴极(镀件):溶液中的Cu2+浓度(减小、增大或不变)。
电解与电镀教案化工专业第一章:电解与电镀基本概念1.1 电解与电镀的定义电解:通过外加直流电源,使电解质溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,发生氧化还原反应的过程。
电镀:在金属或非金属的表面上,通过电解的方式沉积一层金属或合金的过程。
1.2 电解质溶液电解质:能够在溶液中产生自由移动的离子,导电性增强。
电解质溶液的导电性:离子浓度和电荷数决定了电解质溶液的导电性。
1.3 电解与电镀的分类直流电解:外加直流电源进行的电解过程。
交流电解:外加交流电源进行的电解过程。
电镀池的类型:单槽电镀池、多槽电镀池、串联电镀池、并联电镀池等。
第二章:电解质溶液的导电性2.1 电解质溶液的离子浓度离子浓度:溶液中离子的数量与溶液体积的比值。
电解质溶液的离子活度:离子在溶液中的实际浓度与理论浓度之比。
2.2 电解质溶液的电导率电导率:溶液导电能力的度量,与离子浓度、电荷数和溶剂的性质有关。
电导率与电导的计算:电导率是电导的比值,单位为西门子每米(S/m)。
2.3 电解质溶液的pH值与离子强度pH值:溶液中氢离子浓度的负对数,影响电解质的离解程度。
离子强度:溶液中离子的总浓度,与电解质的离解度和离子浓度有关。
第三章:电极反应与电极电势3.1 电极反应的基本概念电极:电解质溶液中的导体,分为阴极和阳极。
电极反应:电极上发生的氧化还原反应。
3.2 电极电势电极电势:电极发生反应时所具有的电势能。
标准电极电势:在标准状态下,电极反应的电势值。
3.3 电极电势的测量与应用电极电势的测量:通过电位计测量电极电势差。
电极电势的应用:判断电极反应的方向和速率,确定电化学反应的限速步骤。
第四章:电解与电镀的基本原理4.1 电解的基本原理电解质溶液中的离子在电场作用下,发生氧化还原反应。
电解过程中,电流的方向与离子移动的方向相同。
4.2 电镀的基本原理电镀过程中,金属离子在阴极上得到电子,形成金属沉积层。
电镀池中的阳极是金属材料,阴极是待镀金属或非金属材料。
高中化学电镀讲课教案
教学内容:电镀
教学目标:通过本节课的学习,学生能够了解电镀的原理、过程及应用,掌握电镀相关的基本知识和技术。
教学重点:电镀的原理和过程
教学难点:电镀的应用技术
教学准备:投影仪、电脑、课件、实验演示设备等
教学过程:
一、导入(5分钟)
通过投影仪展示一段关于电镀的视频,引入本节课的主题,激发学生的学习兴趣。
二、讲解电镀的原理(10分钟)
1. 定义电镀:电镀是指用电流的作用,将金属离子在被镀物表面还原成金属沉积层的一种表面处理技术。
2. 电镀的原理:电镀是利用电解质溶液中金属离子的析出与电极(被镀物)上原子的失去电子还原成金属原子。
通过正电极上的金属原子的离开,形成金属阳离子进入溶液中,再在阴极上接受电子变成金属原子得到沉积。
三、电镀的过程(15分钟)
1. 电镀的基本原理
2. 电镀实验演示:在实验室中进行一次简单的电镀实验演示,让学生了解电镀过程的具体操作步骤和实验原理。
四、电镀的应用技术(10分钟)
讲解电镀在日常生活和工业生产中的应用技术,如装饰性电镀、防腐电镀等,以及电镀对环境的影响和保护措施。
五、总结(5分钟)
对本节课的重点内容进行总结,强调电镀的重要性和应用价值,鼓励学生深入了解电镀技术,发挥其在实践中的作用。
教学反馈:布置作业,要求学生结合实际生活和工作中的例子,详细描述电镀的应用,并列举电镀的优点和缺点。
教学延伸:推荐相关的电镀专业书籍和资料,鼓励学生深入学习电镀技术,为将来的学习和就业奠定基础。
教学结束。
高一化学补充资料电解和电镀[重点难点]1.理解电解的基本概念和原理。
2.了解铜的电解精炼、电镀铜。
3.会写电极反应式、电解池总反应式,掌握围绕电解的计算。
[知识点讲解]一、电解原理1.电解质溶液的导电我们知道,金属导电时,是金属内部的自由电子发生的定向移动,而电解质溶液的导电与金属导电不同。
通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动;通电后在电场的作用下,这些自由移动的离子改作定向移动,带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动,带正电荷的阳离子则向阴极移动。
电极名称:电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极,与直流电源正极相连的电极叫阳极。
物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的,对金属就是自由电子,而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。
2.电解(1)概念:使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
(2)电子流动的方向:电子从外接直流电源的负极流出,经导线到达电解池的阴极,电解池溶液中的阳离子移向阴极,并在阴极获得电子而被还原,发生还原反应;与此同时,电解池溶液中的阴离子移向阳极,并在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化,发生氧化反应。
这样,电子又从电解池的阳极流出,沿导线而流回外接直流电源的正极。
(3)电极反应的类型:阳极反应为氧化反应,阴极反应为还原反应,故而阴极处于被保护的状态,而阳极则有可能被腐蚀。
3.电解池与原电池的联系与区别4.实验分析:电解CuCl2溶液(1)电极材料阴极可用惰性电极,甚至较活泼的金属,但阳极需使用惰性电极,否则会发生氧化反应而溶解。
(2)惰性电极一般指金、铂、石墨电极,银、铜等均是活性电极。
(3)实验现象:通电后,电流表指针发生偏转,阴极石墨棒上析出一层红色固体,阳极表面有气泡放出,可闻到刺激性气味。
(4)淀粉碘化钾试纸的作用:检验阳极产物是否为Cl2。
使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持,作用时间不宜太久,否则变蓝后会被Cl2漂白。
5.2 电解与电镀电解electrolysis定义:在电解槽中,直流电通过电极和电解质,在两者接触的界面上发生电化学反应,以制备所需产品的过程。
电解(Electrolysis)是将电流通过电解质溶液或熔融态物质,(又称电解液),在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程,电化学电池在外加电压时可发生电解过程。
电解概念电流通过物质而引起化学变化的过程。
化学变化是物质失去或获得电子(氧化或还原)的过程。
电解过程是在电解池中进行的。
电解池是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成。
电流流进负电极(阴极),溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极,并与电子结合,变成中性的元素或分子;带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极),给出电子,变成中性元素或分子。
简介将直流电通过电解质溶液或熔体,使电解质在电极上发生化学反应,以制备所需产品的反应过程。
电解过程必须具备电解质、电解槽、直流电供给系统、分析控制系统和对产品的分离回电解收装置。
电解过程应当尽可能采用较低成本的原料,提高反应的选择性,减少副产物的生成,缩短生产工序,便于产品的回收和净化。
电解过程已广泛用于有色金属冶炼、氯碱和无机盐生产以及有机化学工业。
1807年,英国科学家H.戴维将熔融苛性碱进行电解制取钾、钠,从而为获得高纯度物质开拓了新的领域。
1833年,英国物理学家M.法拉第提出了电化学当量定律(即法拉第第一、第二定律)。
1886年美国工业化学家C.M.霍尔电解制铝成功。
1890年,第一个电解氯化钾制取氯气的工厂在德国投产。
1893年,开始使用隔膜电解法,用食盐溶液制烧碱。
1897年,水银电解法制烧碱实现工业化。
至此,电解法成为化学工业和冶金工业中的一种重要生产方法。
1937年,阿特拉斯化学工业公司实现了用电解法由葡萄糖生产山梨醇及甘露糖醇的工业化,这是第一个大规模用电解法生产有机化学品的过程。
1969年又开发了由丙烯腈电解二聚生产己二腈的工艺。
电解原理介绍电解原理电解质中的离子常处于无秩序的运动中,通直流电后,离子作定向运动(图1)。
阳离子向阴极移动,在阴极得到电子,被还原;阴离子向阳极移动,在阳极失去电子,被氧化。
在水电解过程中,OH在阳极失去电子,被氧化成氧气放出;H在阴极得到电子,被还原成氢气放出。
所得到的氧气和氢气,即为水电解过程的产品。
电解时,在电极上析出的产物与电解质溶液之间形成电池,其电动势在数值上等于电解质的理论电解电压。
此理论电解电压可由能斯特方程计算:电解原理式中E0为标准电极电位(R为气体常数,等于8.314J/(K·mol);T为温度(K);n为电极反应中得失电子数;F为法拉第常数,等于96500C/mol;α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。
整个电解过程的理论电解电压为两个电极理论电解电压之差。
在水溶液电解时,究竟是电解质电离的正负离子还是水电离的H和OH离子在电极上放电,需视在该电解条件下的实际电解电压的高低而定。
实际电解电压为理论电解电压与超电压之和。
影响超电压的因素很多,有电极材料和电极间距、电解液温度、浓度、pH等。
例如:在氯碱生产过程中,浓的食盐水溶液用碳电极电解时,阴极上放出氢气,同时产生氢氧化钠,阳极放出氯气;稀的食盐水溶液电解时,阴极放出氢气,同时产生氢氧化钠,阳极放出氧气,同时产生盐酸。
电解原理分析(以cucl2为例)CuCl2是强电解质且易溶于水,在水溶液中电离生成Cu2+和Cl-。
CuCl2=Cu2++2Cl-电解通电前,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:Cu2++2e-=Cu阳极:2Cl--2e-= Cl2↑电解CuCl2溶液的化学反应方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑(电解)电解质概念英文:Electrolyte电解质是指在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。
例如酸、碱和盐等。
凡在上述情况下不能导电的化合物叫非电解质,例如蔗糖、酒精等。
(单质,混合物不管在水溶液中或熔融状态下能够导电与否,都不是电解质。
)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-比OH-更容易失去电子,所以Cl-在阳极上失去电子,生成氯气。
说明①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。
②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。
③在一般的电解条件下,水溶液中含有多种阳离子时,它们在阴极上放电的先后顺序是:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;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:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根n->F-。
分析惰性电极电解反应的一般方法步骤:①分析电解质水溶液的组成,找全离子并分为阴、阳两组;②分别对阴、阳离子排出放电顺序,写出两极上的电极反应式;③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。
类型电解方式按电解质状态可分为水溶液电解和熔融盐电解两大类。
①水溶液电解:主要有电解水制取氢气和氧气;电解氯化钠(钾)水溶液制氢氧化钠(钾)和氯气、氢气;电解氧化法制各种氧化剂,如过氧化氢、氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐等;电解还原法如丙烯腈电解制己二腈;湿法电解制金属如锌、镉、铬、锰、镍、钴等;湿法电解精制金属如铜、银、金、铂等。
此,硫酸钡是电解质。
碳酸钙和硫酸钡具有相类似的情况,也是电解质。
从结构看,对其他难溶盐,只要是离子型化合物或强极性共价型化合物,尽管难溶,也是电解质。
氢氧化铁的情况则比较复杂,Fe3+与OH-之间的化学键带有共价性质,它的溶解度比硫酸钡还要小(20 ℃时在水中的溶解度为9.8×10-5 g);而落于水的部分,其中少部分又有可能形成胶体,其余亦能电离成离子。
但氢氧化铁也是电解质。
判断氧化物是否为电解质,也要作具体分析。
非金属氧化物,如SO2、SO3、P2O5、CO2等,它们是共价型化合物,液态时不导电,所以不是电解质。
有些氧化物在水溶液中即便能导电,但也不是电解质。
因为这些氧化物与水反应生成了新的能导电的物质,溶液中导电的不是原氧化物,如SO2本身不能电离,而它和水反应,生成亚硫酸,亚硫酸为电解质。
金属氧化物,如Na2O,MgO,CaO,Al2O3等是离子化合物,它们在熔化状态下能够导电,因此是电解质。
需要注意的是,氯化铝(AlCl3)是电解质,但是是共价化合物而不是离子化合物。
可见,电解质包括离子型或强极性共价型化合物;非电解质包括弱极性或非极性共价型化合物。
电解质水溶液能够导电,是因电解质可以离解成离子。
至于物质在水中能否电离,是由其结构决定的。
因此,由物质结构识别电解质与非电解质是问题的本质。
另外,有些能导电的物质,如铜、铝等不是电解质。
因它们并不是能导电的化合物,而是单质,不符合电解质的定义。
电解质是指在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物,例如酸、碱和盐等。
凡在上述情况下不能导电的化合物叫非电解质,例如蔗糖、酒精等。
电解生成物规律十六字要诀:阴得阳失:电解时,阴极得电子,发生还原反应,阳极失电子,发生氧化反应;阴精阳粗:精炼铜过程中,阴极使用精铜,阳极使用粗铜,最后阳极逐渐溶解,且产生阳极泥;阴碱阳酸:在电解反应之后,不活泼金属的含氧酸盐会在阳极处生成酸,而活泼金属的无氧酸盐会在阴极处生成碱;阴固阳气:电解反应之后,阴极产生固体及还原性气体,而阳极则生成氧化性强的气体。
影响因素判断电解过程优劣的主要标准是单位产品电耗,其高低取决于电解过程的电流效率和电压效率。
电流效率单位产品的理论耗电量与实际耗电量之比。
理论耗电量可用法拉第定律计算:电解此式表明,电解时析出的物质量q与析出物质的原子量m、电流强度I及电解时间t 成正比,而与电解过程中得失电子数n及法拉第常数F成反比。
在正常情况下电流效率比较高。
电压效率电解时电解质的理论电解电压与实际电解电压之比。
后者即是电解槽的槽电压。
槽电压是理论电解电压、超电压和输电导体电压损失之和。
影响槽电压大小的因素很多,除前述影响超电压的因素外,还有导线与电极之间的接触电压、隔膜材料、电解槽结构、电流密度等。
槽电压通常远大于理论电解电压,导致电压效率很低。
因此,降低超电压和输电导体的电压损失是提高电压效率的关键。
多年来,人们围绕这一问题进行了多方面的研究,不断改善电解槽结构和电极材料。
在电极材料方面的研究,集中于电极材质的选择。
在阳极方面由石墨电极发展为钛电极、钛铂铱电极、钛钌电极及其他非钌电极。
此外,还开发了有许多特殊用途的二氧化锰电极、二氧化铅电极等。
在阴极方面,由铁阴极发展成多孔阴极。
近年来,又发展了一种新型氧气电极过程,将燃料电池的原理应用于电解工业中。
无论是阴极或阳极,都有在电极基体表面涂加活性物质的趋势,目的是使电极具有催化作用(称为电催化法),通过降低槽电压以达到节省电能的目的。
电镀电镀 electroplating定义1:利用电解工艺,将金属或合金沉积在镀件表面,形成金属镀层的表面处理技术。
定义2:利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。
电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。
电镀的概念电镀时,镀层金属或其他不溶性材料做阳极,待镀的工件做阴极,镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。
为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层,改变基材表面性质或尺寸。