Инфоурок Химия КонспектыКонспект урока по химии на тему "Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз"

Конспект урока по химии на тему "Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз"

Скачать материал

ТЕМА 3. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ (10ч)

УРОК 18

Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз.

Цель:  Изучение процесса электролиза в контексте подготовке выпускников к ЕГЭ по химии; научить учащихся определять процессы, происходящие на электродах, составлять суммарные уравнения реакции электролиза; углубить знания окислительно-восстановительных процессов, понимания практического значения электролиза в природе и жизни человека; развивать мышление учащихся, научить их делать логические выводы из наблюдений.

Демонстрации: Периодическая система химических элементов, ряд напряжения металлов

Лабораторный опыт:

 

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний. Карточки (см. папку)

III. Изучение нового материала.

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, проходящий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. «Электро-» означает электрический ток, а «-лиз» - разложение. Значит, «электролиз» означает – разложение электрическим током.

Для проведения электролиза необходимо собрать электролитическую ячейку, которая представляют собой систему из контактирующих между собой электродов и электролита (вещество, подвергающееся разложению под действием электрического тока). Электроды подключают к источнику постоянного тока. В ячейке находится два электрода — анод и катод.

Катод К(-) – это отрицательно заряженный электрод, анод А(+) – положительно заряженный электрод. При электролизе электрическая энергия переходит в химическую. На катоде протекает процесс восстановления, т.е. процесс присоединения электронов от катода к частицам. На аноде протекает процесс окисления, т.е. процесс отдачи электронов от частиц к аноду. Так как катод заряжен отрицательно, к нему стремятся положительно заряженные ионы, называемые катионами. К положительно заряженному аноду стремятся отрицательно заряженные ионы, называемые анионами.

Электроды могут быть изготовлены из разных материалом, в зависимости от этого бывают инертными и активными (обычно, это анод):

- инертные (уголь, графит, платина), не претерпевают изменений в ходе электролиза;

- активные (металлические - железо, медь, цинк, серебро и др.), растворяются в результате электролиза.

Электролизу могут подвергаться только электролиты — вещества, проводящие ток. Проводимость тока обусловлена наличием заряженных частиц — катионов и анионов — которые появляются за счет электролитической диссоциации электролитов.

Электролитическая диссоциация – это процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или расплавлении. Электролит надо расплавить или растворить, чтобы заряженные частицы свободно передвигались.

Существует два вида электролиза: электролиз расплавов и электролиз растворов.

Электролиз расплавов.

Пример 1. Электролиз расплава хлорида натрия.

В расплаве хлорид натрия диссоциирует, образуя катионы Na+ и анионы хлора Сl‾:

NaClNa+ + Сl

При электролизе расплава хлорида натрия на катоде происходит процесс восстановления катионов натрия, а на аноде – процесс окисления анионов хлора:

Катодная реакция:

К(-)    Na+ + - = Na0

2

Анодная реакция:

А(+)   2Cl2- = Cl2

1

Суммарный процесс:

2Na+ + 2Cl = 2Na + Cl2

 

или в молекулярном виде:

2NaCl  2Na + Cl2

расплав

Электролиз расплавов солей (чаще всего – хлоридов) используется в промышленности для получения щелочных и щелочноземельных металлов.

 

Электролиз растворов

Электролиз растворов – более сложный процесс, так как кроме ионов металла и кислотного остатка в растворе присутствуют молекулы воды и ионы Н+ и ОН‾, которые также могут участвовать в окислительно-восстановительном процессе при прохождении электрического тока.

Для правильного нахождения продуктов, образующихся на электродах при электролизе водных растворов электролитов, следует руководствоваться следующими основными правилами.

1. На катоде протекает процесс с наиболее высоким значением электродного потенциала (восстанавливается наиболее сильный окислитель).

Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит только от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:

  • Если металл расположен в ряду напряжений до алюминия включительно, то на катоде будет выделяться только водород Н2 вследствие восстановления молекул воды:

2О + 2- = Н2 + 2ОН‾.

  • Если катион металла находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде одновременно восстанавливаются и ионы металла, и молекулы воды.
  • Если катион металла находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде идет только процесс восстановления катионов металла.

2. На аноде протекает процесс с наиболее низким значением электродного потенциала (окисляется наиболее сильный восстановитель).

Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:

(1)   Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и др.), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода: М0 – n- = Mn+.

(2)   Если анод нерастворимый, т.е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то:

- при электролизе растворов солей бескислородных кислот, кроме фторидов, на аноде идет процесс окисления аниона;

- при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде выделяется кислород О2 вследствие окисления молекул воды:

2О − 4- = О2 + 4Н+.

Анион при этом не окисляется, оставаясь в растворе.

При электролизе растворов щелочей происходит окисление гидроксид-ионов:

4ОН‾ − 4- = О2 + 2Н2О.

Рассмотренные правила удобно свести в таблицы:

Катодные процессы при электролизе растворов солей

Электрохимический ряд напряжений металлов

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al

Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb

Н2

Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au

Меn+ не восстанавливаются

2О + 2 = Н2 + 2ОН

 

Mn+ + n = М0

2О + 2 = Н2 + 2ОН

 

 

Mn+ + n = М0

 

 

Анодные процессы при электролизе водных растворов

Анод

Кислотный остаток Аm

бескислородный

кислородсодержащий

Нерастворимый (инертный)

Окисление аниона, кроме фторидов

Аm‾ − m = A0

В щелочной среде:

4ОН‾ − 4 = О2 + 2Н2О

В кислой и нейтральной среде:

2О − 4 = О2 + 4Н+

Растворимый

Окисление металла анода:

М0n = Mn+

 

Пример 2. Электролиз водного раствора гидроксида калия на инертных электродах.

Катодная реакция:

Ионы К+ не восстанавливаются!

2О + 2 = Н2 + 2ОН‾

 

2

Анодная реакция:

4ОН‾ − 4 = О2 + 2Н2О

1

Суммарный процесс:

 +  = 2Н2 + + О2 +

в молекулярном виде:

2О = 2Н2 + О2

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, т.е. процесс электролиза в данном случае сводится к разложению молекул воды.

 

Пример 3. Электролиз водного раствора сульфата натрия.

Катодная реакция:

2О + 2 = Н2 + 2ОН‾

2

Анодная реакция:

2О − 4 = О2 + 4Н+

анионы SO42− не окисляются!

1

Суммарный процесс:

2О  + 2Н2О  = 2Н2 + 4ОН‾ + О2 + + 

2О = 2Н2 + О2

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, т.е. процесс электролиза в данном случае сводится к разложению молекул воды.

 

Пример 4. Электролиз водного раствора бромида меди (II) на инертных электродах.

Катодная реакция:

Сu2+ + 2 = Сuо

1

Анодная реакция:

2Br‾2 = Br2

1

Суммарный процесс:

Сu2+ + 2Br‾ = Cu + Br2

в молекулярном виде:

CuBr2 = Cu + Br2

Таким образом, на катоде выделяется медь, а на аноде – бром.

Применение электролиза. Электролиз находит применение для получения металлов, водорода, галогенов, щелочей, очистки металлов, для нанесения металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведения формы предметов (гальванопластика), для получения оксидного покрытия на поверхности различных металлов (Al, Mg, Ti, Ta, Zr, Hf и др.) и сплавов (анодирование).

 

Задания по теме «Электролиз» представлены в ЕГЭ заданиями повышенного уровня сложности на «установление соответствия между позициями двух множеств».

Приведем пример задания ЕГЭ по теме «Электролиз расплавов и растворов».

Пример. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах:

к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ФОРМУЛА СОЛИ

 

ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

А)

Na3PO4

Б)

KCl

В)

CuBr2

Г)

Cu(NO3)2

 

1)

H2, O2

2)

Сu, O2

3)

Cu, Br2

4)

H2, Cl2

5)

Cu, NO2

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение. Фосфат натрия – соль, образованная активным металлом и кислородсодержащей кислотой. Продуктами электролиза этой соли будут водород на катоде и кислород на аноде.

При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде будет выделяться водород, а на аноде – хлор.

Бромид меди (II) – соль, образованная металлом, находящимся в электрохимическом ряду напряжений после водорода, поэтому на катоде будет происходить только выделение меди. Бромид-анион – анион бескислородной кислоты, который будет окисляться на аноде с выделением брома.

В состав нитрата меди (II) входит кислородсодержащий анион, который не окисляется на аноде. Вследствие окисления воды на аноде будет выделяться кислород.

Ответ:

А

Б

В

Г

1

4

3

2

 

Понимание сущности процессов электролиза и умение составлять уравнения реакций электролиза расплавов или растворов различных веществ необходимо также при решении расчетных задач. Приведем пример такой задачи.

Задача. Раствор пропионата натрия массой 300г подвергли электролизу с инертным анодом до полного разложения соли. Для нейтрализации образовавшейся щелочи потребовалось 46,7мл 14,6%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,07г/мл). Определите массовую долю пропионата натрия в исходном растворе и объем газа, выделившегося на катоде.

Решение. Запишем уравнения реакций в соответствии с условием задачи:

2C2H5COONa + 2H2O = H2 + 2NaOH + C4H10 + 2CO2

(1)

NaOH + HCl = NaCl + H2O

(2)

Вычислим количество вещества хлороводорода, вступившего в реакцию с гидроксидом натрия, образовавшимся в результате электролиза:

n(HCl) =  = 0,2 моль

Из уравнений реакций (1) и (2) следует, что

n(C2H5COONa) = n(NaOH) = n(HCl) = 0,2 моль

Определим массу и массовую долю пропионата натрия в исходном растворе:

m(C2H5COONa) = 0,2 ∙ 96 = 19,2 г

w(C2H5COONa) = 19,2/300 = 0,064, или 6,4%

В результате электролиза на катоде выделяется водород, количество вещества которого и объем равны:

n2) = n(C2H5COONa) =  ∙ 0,2 = 0.1 моль

V(H2) = 0,1 ∙ 22,4 = 2,24 л

Ответ. w(C2H5COONa) = 6,4%; V(H2) = 2,24 л

 

 

Домашнее задание. §19 (стр.158-162), упр.7 (стр.162)

 

Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на аноде при электролизе с инертными электродами ее водного раствора.

ФОРМУЛА СОЛИ

ПРОДУКТ НА АНОДЕ

А)

Mn(NO3)2

1)

кислород

Б)

CH3COOK

2)

метан

В)

AlBr3

3)

этан, оксид углерода(IV)

Г)

Cr2(SO4)3

4)

oкcид азота(IV)

 

 

5)

галоген

 

 

6)

oкcид серы(IV)

Ответ:

А

Б

В

Г

1

1

5

1

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Конспект урока по химии на тему "Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 6 месяцев

Менеджер по управлению сервисами ИТ

Получите профессию

HR-менеджер

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 702 144 материала в базе

Материал подходит для УМК

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 18.01.2020 2720
    • DOCX 113 кбайт
    • 86 скачиваний
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Котова Татьяна Петровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Котова Татьяна Петровна
    Котова Татьяна Петровна
    • На сайте: 5 лет и 7 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 17463
    • Всего материалов: 6

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Экскурсовод

Экскурсовод (гид)

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс профессиональной переподготовки

Химия: теория и методика преподавания в профессиональном образовании

Преподаватель химии

600 ч.

9500 руб. 4750 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 22 человека из 17 регионов
  • Этот курс уже прошли 38 человек

Курс профессиональной переподготовки

Биология и химия: теория и методика преподавания в образовательной организации

Учитель биологии и химии

500/1000 ч.

от 8900 руб. от 4450 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 333 человека из 68 регионов
  • Этот курс уже прошли 1 154 человека

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ЕГЭ по химии в условиях реализации ФГОС СОО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 52 человека из 32 регионов
  • Этот курс уже прошли 362 человека

Мини-курс

Патопсихологические синдромы: причины, симптомы и пути помощи

5 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Разработка и проведение онлайн-обучения

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 60 человек из 26 регионов
  • Этот курс уже прошли 25 человек

Мини-курс

Стимулирование интереса к обучению у детей дошкольного возраста

6 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 20 человек из 12 регионов
  • Этот курс уже прошли 13 человек
Сейчас в эфире

Пищевой коллаген для активной и здоровой жизни

Перейти к трансляции