中文名 | 電解池的工作原理 | 提供學(xué)校 | 信宜市第三中學(xué) |
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主講教師 | 梁碧妹 | 類????別 | 微課 |
為了使學(xué)生更好地掌握電解池的工作原理,我采用層層遞進(jìn)的教學(xué)思路來設(shè)計(jì)這節(jié)微課。 首先,直接從電解氯化銅溶液的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手,分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,讓學(xué)生在思維上形成宏觀的電解池的概念模型。 接著伴隨動(dòng)畫的演示,具體分析電解池工作時(shí)電子的流向、離子的定向移動(dòng)、閉合回路的形成等知識(shí),讓學(xué)生從微觀的角度理解電解池的工作原理,在思維上形成清晰的電解池概念。 最后,總結(jié)歸納電解池的工作原理及其形成條件,并通過一道練習(xí)進(jìn)行鞏固深化這節(jié)課的內(nèi)容。
通過氯化銅溶液的電解實(shí)驗(yàn)介紹電解池的工作原理,并用氯化銅溶液的電解微觀模擬動(dòng)畫進(jìn)行深入分析,然后總結(jié)歸納電解池的工作原理、陰、陽(yáng)極的判斷方法以及電解池的構(gòu)成條件,最后通過習(xí)題進(jìn)行鞏固本節(jié)內(nèi)容。
一、電解池電解池的主要應(yīng)用用于工業(yè)制純度高的金屬,是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一個(gè)裝置(構(gòu)成:外加電源,電解質(zhì)溶液,陰陽(yáng)電極)。二、電解池中電極的放電順序陰極:陽(yáng)離子放電,得電子能力強(qiáng)先放電Ag+>Hg2+...
一般是惰性電極,例如石墨,鉑等,還有一些特殊的還要根據(jù)電極反應(yīng)來確定電極材料。
二者的區(qū)別:原電池:是把化學(xué)能變成電能的裝置。電解池:是把電能變成化學(xué)能的裝置。 原電池是把化學(xué)能變成電能的裝置。原電池的共性:有兩種活動(dòng)性不同的電極;把兩個(gè)電極插在電解質(zhì)溶液...
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目前固體聚合物電解質(zhì)(SPE)水電解池的膜電極催化層中各組分的配比普遍以全氟磺酸樹脂(Nafion)與催化劑的質(zhì)量百分比來表征,但是由于催化劑的堆密度不同,對(duì)于不同的催化劑如果沿用相同的質(zhì)量配比會(huì)造成催化層中Nafion含量的失調(diào),影響電極的質(zhì)子與電子傳導(dǎo)能力。研究了以Nafion與催化劑的體積比來表征電極催化層的組分配比和結(jié)構(gòu),并利用交流阻抗、循環(huán)伏安、極化曲線等電化學(xué)測(cè)試方法,對(duì)其體積比進(jìn)行了最優(yōu)化研究。結(jié)果表明,Nafion與陽(yáng)極催化劑(Pt黑與IrO2混合物)的體積比1∶10時(shí)水電解的性能最佳。
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本文通過工程實(shí)例,介紹電解池組的陰陽(yáng)兩極采用大型銅母排組合焊接的制作施工技術(shù),并對(duì)施工制作過程中銅材變形與溫度等的有關(guān)特性參數(shù)的控制進(jìn)行探討。
(1)使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)而在陰、陽(yáng)兩極上引起還原氧化反應(yīng)的過程叫做電解。
(2)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。
(3)當(dāng)離子到達(dá)電極時(shí),失去或獲得電子,發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程電解原理(電解池裝置如圖1)
陰極:與電源負(fù)極相連的電極。(得電子發(fā)生還原反應(yīng))
陽(yáng)極:與電源正極相連的電極。(失電子發(fā)生氧化反應(yīng))
電解是使電流通過電解質(zhì)溶液(或者是熔融的電解質(zhì))
而在陰、陽(yáng)兩極引起還原氧化反應(yīng)的過程。
圖1是電解CuCl2溶液的裝置。
通電后發(fā)生反應(yīng):
陽(yáng)極:
陰極:
電解過程中的能量轉(zhuǎn)化(裝置特點(diǎn))陰極一定不參與反應(yīng) 不一定是惰性電極;陽(yáng)極不一定參與反應(yīng) 也不一定是惰性電極
①連接直流電源
②陰陽(yáng)電極 陰極:與電源負(fù)極相連為陰極
陽(yáng)極:與電源正極相連為陽(yáng)極
③兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中
④兩電極形成閉合回路
電極反應(yīng)與電源的正極相連的電極稱為陽(yáng)極。
物質(zhì)在陽(yáng)極上失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。如圖1裝置中,Cl-在陽(yáng)極上失去電子轉(zhuǎn)化為Cl2,
與電源的負(fù)極相連的電極成為陰極。物質(zhì)在陰極上得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。如圖1裝置中,Cu2 在陰極是得到電子轉(zhuǎn)化為Cu,陰極反應(yīng)式:
在兩極上有新物質(zhì)生成
陽(yáng)極:活潑金屬—電極失電子(Au,Pt除外);
惰性電極—溶液中陰離子失電子
失電子能力:活潑金屬(除Pt,Au)>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3->SO42-)>F-
陰極:溶液中陽(yáng)離子得電子能力:Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H (酸)>Pb2 >Sn2 >Fe2 >Zn2 >H (水)>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K (即金屬活潑性順序表的逆向)
規(guī)律:鋁前(含鋁)離子不放電,氫(酸)后離子先放電,氫(酸)前鋁后的離子看條件。
四類電解型的電解規(guī)律(當(dāng)陽(yáng)極為惰性電極時(shí))
①電解水型(強(qiáng)堿,含氧酸,活潑金屬的含氧酸鹽),pH由溶液的酸堿性決定,溶液呈堿性則pH增大,溶液呈酸性則pH減小,溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量水。
②電解電解質(zhì)型(無氧酸,不活潑金屬的無氧酸鹽),無氧酸pH變大,不活潑金屬的無氧酸鹽pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量電解質(zhì)。
③放氫生堿型(活潑金屬的無氧酸鹽),pH變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加陰離子相同的酸。
④放氧生酸型(不活潑金屬的含氧酸鹽),pH變小。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加陽(yáng)離子相同的堿或氧化物。
使在通常情況下不發(fā)生變化的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),得到所需的化工產(chǎn)品、進(jìn)行電鍍以及冶煉活潑的金屬,在金屬的保護(hù)方面也有一定的用處。
電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽(yáng)兩級(jí)引起氧化還原反應(yīng)的過程。
電解池:借助氧化還原反應(yīng),將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,如電解飽和食鹽水。
陰極發(fā)生還原反應(yīng)
電子從外加電源的負(fù)極流出,流到電解池的陰極,再?gòu)年?yáng)極流回電源正極。
陰極:與電源的負(fù)極相連。在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)的是溶液中的陽(yáng)離子。當(dāng)溶液中存在多種陽(yáng)離子時(shí),按金屬活動(dòng)性順序,越不活潑的金屬,其陽(yáng)離子的氧化性越強(qiáng),越容易被還原。在水溶液中,鋁之前的金屬的陽(yáng)離子不可能被還原。
無氧酸是其本身的電解
含氧酸是水的電解
可溶性堿是水的電解
活潑性金屬的含氧酸鹽也是水的電解
活潑金屬的無氧鹽陰極析出氫氣并伴隨溶液顯堿性,陽(yáng)極析出非金屬單質(zhì)
不活潑金屬的無氧鹽是該鹽的電解
中等活動(dòng)性金屬的含氧酸鹽陰極析出金屬,陽(yáng)極得到氧氣同時(shí)酸性提高
陽(yáng)極出氧鹵,陰極氫金屬。
鹽的離子都放電,離子濃度急速減;
鹽的離子不放電,水耗離子濃度添。
酸根離子單放電,產(chǎn)物必得鹵氫堿;
金屬離子單放電,產(chǎn)物必得含氧酸。