2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 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

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、自由電子帶負電荷，通過靜電作用力金屬鍵，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規(guī)則運動的電子。在電場作用下，自由電子由負極移向正極形成電子流。這就是金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，導(dǎo)電時金屬原子和金屬離子都是不移動的。金屬導(dǎo)電屬物理變化。電解質(zhì)在溶于水時，能電離出帶電荷的自由陰、陽離子，屬于離子型化合物的某些電解質(zhì)在熔化時也能電離出自由離子。在電場作用下，這些自由離子做定向移動并在兩極上分別得失電子，陽離子移向陰極得到電子，陰離子移向陽極交出電子，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，而沒有電子移動。在離子得失電子的同時，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程。這過程不需要通電，電離的過程主要是物理變化過程。電解是指對電解質(zhì)水溶液或融熔狀態(tài)的電解質(zhì)通直流電時、自由離子在兩極上發(fā)生氧化還原的過程。電解時必須通電，電解過程是化學(xué)變化過程。電解質(zhì)導(dǎo)電的過程，也就是電解的過程。電離是電解的前提條件，只有電解質(zhì)先電離出自由離子，通電時才能發(fā)生電解。如對食鹽晶體通電，食鹽晶體不導(dǎo)電，也不發(fā)生電解；如對熔融食鹽液體通電，液態(tài)食鹽導(dǎo)電，同時鈉離子在陰極得電子被還原成鈉原子，氯離子在陽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，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：對于金屬金屬電極，活潑金屬是負極，不活潑金屬是正極；對于金屬非金屬電極，金屬是負極，非金屬是正極，如干電池等；對于金屬化合物電極，金屬是負極，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，負極向外電路提供電子，所以負極上一定發(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極，與負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)或可溶性強堿(如NaOH、KOH)，以增加水的導(dǎo)電性，則電解就能順利進行，陰、陽兩極上的產(chǎn)物分別為氫氣和氧氣。現(xiàn)以純水中加入Na2SO4通電分解為例來說明這個問題。當Na2SO4溶于水時，即完全離解為Na和SO。2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 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。H2OHOH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向陽極遷移。但在各個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，取決于離子得失電子的難易。根據(jù)上述四種離子的標準電極電位是：2H2eH2, E=0.000伏NaeNa,E=2.71伏4OHO22H2O4e,E=0.401伏2SOS2O2e,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，這樣的過程，圖示如下：可見在水中加入的Na2SO4并不發(fā)生電解，它的陰、陽兩種離子依然存留在溶液中，實際上電解的是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，H2OHOH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也不斷地聚集在陽極區(qū)(SO也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈酸性。從這個例子，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，或強的含氧酸，或可溶性的強堿，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()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的氧化性，能被還原劑還原成Cr3(溶液為紫色)；Cr()化合物水溶性很強，而鉻()化合物水溶性很低。鉻對環(huán)境造成污染，其中，Cr()的毒性比鉻()的毒性強200倍。對含鉻廢水的常用的處理方法有：(1)方法一：電解法。往工業(yè)廢水中加入適量食鹽，增加污水中離子濃度，增強導(dǎo)電能力。以鐵作為陽極進行電解。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。在電解過程中，由于H在陰極不斷放電，打破了水的電離平衡，促進水的電離，溶液的pH上升，溶液中的陽離子以Cr(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3形成沉淀。鼓入空氣。經(jīng)過一段時間后，使廢水中含鉻量降到可排放的標準。由于Fe(OH)3開始沉淀的pH為2.7，沉淀完全的pH為3.7。Fe(OH)2開始沉淀的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，F(xiàn)e(OH)2極易被O2氧化，所以在處理過程中鼓入空氣，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準。(2)方法二：用FeSO77H2O處理含鉻()有毒廢水是目前工藝上常用的方法。它的優(yōu)點是經(jīng)過加料配比后，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CrFeFe2O4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是有機物，其余是大量的含鉻物質(zhì)，直接排放污泥會對環(huán)境造成污染。1996年，外國科學(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)境保護問題。工藝流程如下： 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850950溫度灼燒；灼燒前期向窯中鼓入補充了氧氣的空氣。原因是燒掉有機物，否則無法制成火磚；燃燒有機物在氧氣充足的條件下進行，放出足夠熱量，可節(jié)省燃料；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價鉻化合物轉(zhuǎn)變成3價鉻化合物，并穩(wěn)定地以3價鉻化合物形式被固定在火磚內(nèi)，否則，如以6價鉻化合物存在，則在雨水淋濕或施工淋水時，鉻會被溶解出來而污染環(huán)境；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.請調(diào)查當?shù)氐钠じ秣分茝S，了解它們對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)知識提出你的意見和建議。課題2：生活中使用電鍍制品的調(diào)查市場調(diào)查：1.生活中使用電鍍制品的情況。2.電鍍制品的價格與被鍍金屬價格的比較。要求寫出市場調(diào)查報告。