2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(備課資料).doc

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●備課資料 1.金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)導(dǎo)電在本質(zhì)上有什么不同？ 金屬晶體由金屬原子、金屬離子、自由電子三種微粒構(gòu)成。金屬離子帶正電荷、自由電子帶負(fù)電荷，通過(guò)靜電作用力——金屬鍵，使這些微粒結(jié)合在一起。自由電子是指脫離金屬原子在整塊金屬晶體中做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的電子。在電場(chǎng)作用下，自由電子由負(fù)極移向正極形成電子流。這就是金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，導(dǎo)電時(shí)金屬原子和金屬離子都是不移動(dòng)的。金屬導(dǎo)電屬物理變化。 電解質(zhì)在溶于水時(shí)，能電離出帶電荷的自由陰、陽(yáng)離子，屬于離子型化合物的某些電解質(zhì)在熔化時(shí)也能電離出自由離子。在電場(chǎng)作用下，這些自由離子做定向移動(dòng)并在兩極上分別得失電子，陽(yáng)離子移向陰極得到電子，陰離子移向陽(yáng)極交出電子，這樣在外電路的導(dǎo)線中有自由電子定向移動(dòng)形成了電子流。而在電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液中只有自由離子分別向兩極移動(dòng)，而沒(méi)有電子移動(dòng)。在離子得失電子的同時(shí)，伴隨著發(fā)生了化學(xué)變化。 2.電解與電離有什么區(qū)別和聯(lián)系？ 電解與電離是兩種不同的概念，但它們之間有一定的聯(lián)系。 電離是指電解質(zhì)在溶解于水或熔化條件下離解成自由離子的過(guò)程。這過(guò)程不需要通電，電離的過(guò)程主要是物理變化過(guò)程。 電解是指對(duì)電解質(zhì)水溶液或融熔狀態(tài)的電解質(zhì)通直流電時(shí)、自由離子在兩極上發(fā)生氧化—還原的過(guò)程。電解時(shí)必須通電，電解過(guò)程是化學(xué)變化過(guò)程。電解質(zhì)導(dǎo)電的過(guò)程，也就是電解的過(guò)程。 電離是電解的前提條件，只有電解質(zhì)先電離出自由離子，通電時(shí)才能發(fā)生電解。如對(duì)食鹽晶體通電，食鹽晶體不導(dǎo)電，也不發(fā)生電解；如對(duì)熔融食鹽液體通電，液態(tài)食鹽導(dǎo)電，同時(shí)鈉離子在陰極得電子被還原成鈉原子，氯離子在陽(yáng)極交出一電子被氧化成氯原子，又結(jié)合成氯分子。電解食鹽水溶液時(shí)，得到氯氣、氫氣和氫氧化鈉。 3.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時(shí)溶液的pH變化及電解的類型有如下規(guī)律 4.原電池、電解(鍍)電極名稱的確定 (1)確定原電池電極名稱的方法 方法一：根據(jù)原電池電極材料的性質(zhì)確定。通常是： ①對(duì)于金屬—金屬電極，活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬是正極； ②對(duì)于金屬—非金屬電極，金屬是負(fù)極，非金屬是正極，如干電池等； ③對(duì)于金屬—化合物電極，金屬是負(fù)極，化合物是正極，如電池等。 方法二：根據(jù)電極反應(yīng)的本質(zhì)確定：原電池中，負(fù)極向外電路提供電子，所以負(fù)極上一定發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上則一定發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。所以，失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負(fù)極；得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極。 (2)確定電解(鍍)池電極名稱的方法 確定電解(鍍)池電極名稱有如下兩種方法 方法一：與外電源正極連接的一極是陽(yáng)極，與負(fù)極連接的一般是陰極。 方法二：電極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。 5.重金屬引起的水污染 重金屬污染可用下表表示： 6.電解質(zhì)與水的電解 純水是極弱的電解質(zhì)，很難導(dǎo)電。在純水中通以直流電，在一般條件下不發(fā)生電解作用。如果在水中加入強(qiáng)的含氧酸(如H2SO4)、活潑金屬的可溶性含氧酸鹽(如Na2SO4、KNO3)或可溶性強(qiáng)堿(如NaOH、KOH)，以增加水的導(dǎo)電性，則電解就能順利進(jìn)行，陰、陽(yáng)兩極上的產(chǎn)物分別為氫氣和氧氣。 現(xiàn)以純水中加入Na2SO4通電分解為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)Na2SO4溶于水時(shí)，即完全離解為Na＋和SO。 2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(備課資料) 雖然水是弱電解質(zhì)，但是也能發(fā)生微弱的電離。 H2OH＋＋OH－ 因此，在水溶液中存在著四種離子：Na＋、H＋、SO和OH－。通入直流電后，Na＋和 H＋向陰極遷移，SO和OH－向陽(yáng)極遷移。但在各個(gè)電極上究竟是哪一種離子放電，則取決于它們電極電位的高低，也就是說(shuō)，取決于離子得失電子的難易。根據(jù)上述四種離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是： 2H＋＋2e－H2, E=0.000伏 Na＋＋e－Na, E=－2.71伏 4OH－O2＋2H2O＋4e－, E=＋0.401伏 2SOS2O＋2e－, E=＋2.00伏 在陰極上，由于Na＋比H＋難于接受電子，因此H＋放電而產(chǎn)生氫；在陽(yáng)極上由于SO比OH－難于失去電子，因此OH－放電而產(chǎn)生氧，這樣的過(guò)程，圖示如下： 可見(jiàn)在水中加入的Na2SO4并不發(fā)生電解，它的陰、陽(yáng)兩種離子依然存留在溶液中，實(shí)際上電解的是H2O,Na2SO4在這里只是起著導(dǎo)電的作用。 由于H＋和OH－分別不斷地在陰、陽(yáng)兩極上放電，H2O的電離平衡就不斷地向生成離子的方向移動(dòng)， H2OH＋＋OH－ 于是H2O不斷地電解，OH－就不斷地聚集在陰極區(qū)(Na＋也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈堿性；同樣，H＋也不斷地聚集在陽(yáng)極區(qū)(SO也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈酸性。 從這個(gè)例子，可知堿金屬離子在陰極上總是比H＋難于放電，含氧酸根離子在陽(yáng)極上，也總是比OH－難于放電。所以在水中加入可溶性的堿金屬含氧酸鹽，或強(qiáng)的含氧酸，或可溶性的強(qiáng)堿，通以直流電，都是H＋和OH－放電，而所加的電解質(zhì)僅是起著導(dǎo)電的作用。 *研究性課題推薦 課題1 皮革廠含鉻廢水處理的調(diào)查 背景資料： 鉻在很多領(lǐng)域有較大用途。鉻化合物中，Cr(Ⅵ)主要以CrO(溶液為黃色)和Cr2O (溶液為紅色)形態(tài)存在，在酸性條件下具有很強(qiáng)的氧化性，能被還原劑還原成Cr3＋(溶液為紫色)；Cr(Ⅵ)化合物水溶性很強(qiáng)，而鉻(Ⅲ)化合物水溶性很低。鉻對(duì)環(huán)境造成污染，其中，Cr(Ⅵ)的毒性比鉻(Ⅲ)的毒性強(qiáng)200倍。 對(duì)含鉻廢水的常用的處理方法有： (1)方法一：電解法。 ①往工業(yè)廢水中加入適量食鹽，增加污水中離子濃度，增強(qiáng)導(dǎo)電能力。 ②以鐵作為陽(yáng)極進(jìn)行電解。 以生成的Fe2＋為還原劑，在酸性溶液中與Cr2O發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這樣Cr2O被還原成Cr3＋。在電解過(guò)程中，由于H＋在陰極不斷放電，打破了水的電離平衡，促進(jìn)水的電離，溶液的pH上升，溶液中的陽(yáng)離子以Cr(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3形成沉淀。 ③鼓入空氣。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，使廢水中含鉻量降到可排放的標(biāo)準(zhǔn)。 由于Fe(OH)3開(kāi)始沉淀的pH為2.7，沉淀完全的pH為3.7。Fe(OH)2開(kāi)始沉淀的pH為7.6,沉淀完全的pH為9.6,并且Fe(OH)2呈絮狀，不易從溶液除去。但根據(jù)已學(xué)的知識(shí)，F(xiàn)e(OH)2極易被O2氧化，所以在處理過(guò)程中鼓入空氣，讓空氣中的O2充分與Fe(OH)2反應(yīng)，成為容易分離的Cr(OH)3、Fe(OH)3，使廢水含鉻量降到可排放標(biāo)準(zhǔn)。 (2)方法二： 用FeSO77H2O處理含鉻(Ⅵ)有毒廢水是目前工藝上常用的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)加料配比后，可使最終的固體產(chǎn)物成為制備鐵氧體復(fù)合氧化物(可用CrFeFe2＋O4表示)的原料，此原料經(jīng)燒結(jié)后，就得到鐵氧體復(fù)合氧化物。這是一種變害為利的方法。 方法三： 制革廠排放的污泥中約有1/3是有機(jī)物，其余是大量的含鉻物質(zhì)，直接排放污泥會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。1996年，外國(guó)科學(xué)家研究成功了一種技術(shù)，較好地解決了制革廠廢物利用與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。工藝流程如下： ① 污泥與普通黏土以一定比例混合(污泥占25%～30%)后制成磚坯，在窯中以850～ 950℃溫度灼燒； ②灼燒前期向窯中鼓入補(bǔ)充了氧氣的空氣。原因是燒掉有機(jī)物，否則無(wú)法制成火磚；燃燒有機(jī)物在氧氣充足的條件下進(jìn)行，放出足夠熱量，可節(jié)省燃料； ③灼燒后期改用普通空氣，且故意限制入窯空氣的數(shù)量，使呈缺氧狀態(tài)。原因是保證＋6價(jià)鉻化合物轉(zhuǎn)變成＋3價(jià)鉻化合物，并穩(wěn)定地以＋3價(jià)鉻化合物形式被固定在火磚內(nèi)，否則，如以＋6價(jià)鉻化合物存在，則在雨水淋濕或施工淋水時(shí)，鉻會(huì)被溶解出來(lái)而污染環(huán)境； ④燒制完成后，直至窯溫降至200℃以下，才允許空氣自由流通。 課題要求： 1.請(qǐng)調(diào)查當(dāng)?shù)氐钠じ秣分茝S，了解它們對(duì)含鉻廢水處理的技術(shù)情況。 2.比較該技術(shù)與現(xiàn)今流行技術(shù)的差異； 3.根據(jù)所學(xué)知識(shí)提出你的意見(jiàn)和建議。 課題2：生活中使用電鍍制品的調(diào)查 市場(chǎng)調(diào)查：1.生活中使用電鍍制品的情況。 2.電鍍制品的價(jià)格與被鍍金屬價(jià)格的比較。 要求寫出市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告。