Презентация на тему электролиз и его применение. Презентация на тему "применение электролиза". Производство музыкальных пластинок

Предствленная презентация предназначена для проведения урока по теме "Электролиз", которая изучается и в курсе химии, и физики. к тому же довольно сложна. Слайды презентации помогают обучающимся разобраться в сущности данного процесса (и электролиза расплавов, и электролиза растворов). Приведены уравнения катодных процессов электролиза в зависимости от положения металла в ряду напряжений, а также анодных процессов в зависимости от материала анода и природы аниона. Также здесь приведены образцы решения задач с использованием закона Фарадея.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Электролиз за счет электрической энергии осуществляются химические реакции - восстановления катионов на катоде (-) - окисления анионов на аноде (+), которые не могут протекать самопроизвольно. это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Сущность электролиза:

Электролиз расплавов ХАРАКТЕРИСТИКА: энергетически ёмкий (электролиты плавятся при очень высоких температурах); при плавлении разрушаются кристаллические решётки; в расплаве беспорядочно двигаются не гидратированные ионы. ПРИМЕНЕНИЕ: Электролиз расплава солей или оксидов – для получения высокоактивных металлов (калия, алюминия и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой.

Примеры электролиза расплавов NaCl K(-): Na + + 1e → Na 0 A(+): 2Cl - - 2e → Cl 2 2NaCl → 2Na + Cl 2 2. FeF 3 K(-): Fe 3+ + 3e → Fe 0 |  2 A(+): 2F - - 2e → F 2 0 |  3 2FeF 3 → 2Fe + 3F 2 3. Na 2 SO 4 K(-): 2Na + + 2e → 2Na 0 |  2 A(-): 2SO 4 2- - 4e → 2 SO 3 + O 2 2Na 2 SO 4 → 4Na + 2SO 3 + O 2 4. Na 2 CO 3 K(-): 2Na + + 2e → 2Na 0 |  2 A(-): 2CO 3 2- - 4e → 2CO 2 + O 2 2Na 2 CO 3 → 4Na + 2CO 2 + O 2 5. KOH K(-): K + +1e → K 0 |  4 A(+): 4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 0 4KOH → 4K + O 2 + 2H 2 O

процесс более энергетически выгодный, чем электролиз расплавов при электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы при выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде исходят из положения, что протекает та реакция, которая требует наименьшей затраты энергии. Электролиз растворов

Ряд напряжений металлов Li K Rb Ba Ca Na Mg Al | Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H | Cu Hg Ag Pt Au Чем правее металл (больше алгебраическое значение электродного потенциала), тем меньше энергии расходуется на разрядку его ионов. Если в растворе катионы Cu 2+ , Hg 2+ , Ag + , то последовательность выделения на катоде: Ag + , Hg 2+ , Cu 2+ и только после исчезновения в растворе ионов металлов начнется разрядка ионов Н + .

Li K Rb Ba Ca Na Mg Al | Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H | Cu Hg Ag Pt Au Только: 2H 2 O + 2e  H 2  + 2OH - (в нейтральной, щелочной) 2H + + 2 e  H 2  (в кислой среде) (Ме n+ - в растворе) Одновременно: Ме n+ + n е  Ме 0 2H 2 O + 2 e  H 2  + 2OH - Ме n+ + n е  Ме 0 (без восстановления воды) Катодные процессы не зависят от материала катода, зависят от положения металла в ряду напряжений

Анодные процессы ПРОЦЕССЫ НА АНОДЕ: с растворимым анодом с нерастворимым анодом (поведение кислородсодержащих и бескислородных кислотных остатков) зависят от материала анода и от природы аниона

Растворимый анод Электролиз растворов солей с анодом (Cu, Zn, Fe, Ag и др.): - не зависит от аниона соли, окисление материала анода (его растворение), перенос металла с анода на катод, концентрация соли в растворе не меняется. Пример: электролиз раствора (CuCl 2 , К Cl , CuSO 4) с медным анодом на аноде, вместо разрядки ионов (Сl - и выделения хлора) протекает окисление анода (Cu 0 → Cu 2+ в раствор), на катоде выделяется медь. А (+) Cu 0 - 2e = Cu 2+ К (-) Cu 2+ + 2e = Cu 0  /активный, расходуемый/ Применение: при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений, гальваностегии, гальванопластике. Конкурирующие реакции на электродах: на аноде - окисление анионов и гидроксид-ионов, анодное растворение металла (материала анода); на катоде - восстановление катиона соли и Н + , восстановление катионов Ме n+ , полученных при растворении анода

Нерастворимый анод Конкурирующие процессы при электролизе с инертным анодом (графит, платина) – два окислительных и восстановительных процесса: на аноде - окисление анионов и ОН - , на катоде - восстановление катионов и ионов Н + . В ряду () уменьшается восстановительная активность анионов (способность отдавать электроны): I - , Br - ,S 2- , Cl - , OH - , SО 4 2- , NO 3 - , РO 4 3- , F - . ПРАВИЛА Анионы кислородсодержащих кислот (SО 4 2- , NO 3 - , РO 4 3- , а также F - и ОН -) – не окисляются, а окисляются молекулы воды, выделяется кислород: 2H 2 O – 4 e  O 2 + 4H + , 4ОН - - 4е  O 2 + 4H 2 О. 2. Анионы бескислородных кислот (галогенид-ионов) – окисляются без окисления воды (выделяются свободные галогены) : Ас m- - me  Ac 0 . 3. При окислении анионов органических кислот происходит процесс: 2 RCOO - - 2е → R-R + 2СО 2 .

Пример 1. Разряжается анион соли и вода: а) электролиз раствора NaCl: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 Cl - - 2 e  Cl 2 0 Итог: 2 NaCl + 2 H 2 O  Cl 2 + H 2 + 2 NaOH б) электролиз раствора Mg Cl 2: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 Cl - - 2 e  Cl 2 0 Итог: MgCl 2 + 2 H 2 O  Cl 2 + H 2 + Mg(OH) 2 в) электролиз раствора CaI 2: К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 I - - 2 e  I 2 0 Итог: C aI 2 + 2 H 2 O  l 2 + H 2 + C a(OH) 2

Пример 2. Разряжаются катион и анион соли: электролиз раствора CuCl 2: К(-): Cu 2+ + 2 e  Cu 0 А (+): 2С l - - 2 e  Cl 2 0 Итог: CuCl 2  Cu + Cl 2

Пример 3. Разряжаются катион соли и вода: а) электролиз раствора ZnSO 4 К(-): Zn 2+ + 2 e  Zn 0 2 H 2 O +2 e  H 2 + 2 OH - А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Итог: ZnSO 4 + H 2 O  Zn + H 2 + O 2 + H 2 SO 4 б) электролиз раствора CuSO 4: К(-): Cu 2+ + 2 e  Cu 0 |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Итог: 2CuSO 4 +2 H 2 O  2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 в) электролиз раствора Cu(NO 3) 2: К(-): Cu 2+ + 2 e  Cu 0 |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Итог: 2Cu(NO 3) 2 +2 H 2 O  2Cu + O 2 + 4HNO 3 г) электролиз раствора FeF 3: К(-): Fe 3+ + 3 e  Fe 0 |  4 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + |  3 Итог: 4FeF 3 + 6H 2 O  4Fe + 3O 2 + 12HCl д) электролиз раствора Ag NO 3: К(-): Ag + + 1 e  Ag 0 |  4 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Итог: 4AgNO 3 + 2 H 2 O  4Ag + O 2 +4HNO 3

Пример 4 . Разряжается только вода: Электролиз раствора Na 2 SO 4 , KNO 3 К(-): 2 H 2 O + 2 e  H 2 + 2 OH - |  2 А(+): 2 H 2 O – 4 e  O 2 + 4 H + Итог: 2 H 2 O  2 H 2 + O 2 При электролизе водного раствора соли активного металла кислородсодержащей кислоты (например, КNО 3) ни катионы металла, ни ионы кислотного остатка не разряжаются. На катоде выделяется водород, а на аноде - кислород, и электролиз раствора нитрата калия сводится к электролитическому разложению воды. Пример 5 . Электролиз растворов щелочей Раствор NaOH, KOH: K(-): 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - |  2 A(+): 4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 O щелочная среда Итог: 4H 2 O + 4OH -  2H 2 + O 2 + 4OH - + 2H 2 O 2H 2 O  2H 2 + O 2

Применение электролиза получение щелочей, хлора, водорода, алюминия, магния, натрия, кадмия очистка металлов (меди, никеля, свинца) защита от коррозии

Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе, от времени и силы тока описывается: m = (Э / F) · I · t = (М / (n · F)) · I · t , где m - масса образовавшегося при электролизе вещества (г); Э - эквивалентная масса вещества (г/моль); М - молярная масса вещества (г/моль); n - количество отдаваемых или принимаем электронов; I - сила тока (А); t - продолжительность процесса (с); F - константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F= 96500 Кл/ моль = 26,8 А· ч / моль). Закон Фарадея

ЗАДАЧА Электролиз 400 г 8,5%-ного раствора нитрата серебра продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 25 г. Вычислите массовые доли соединений в растворе, полученном после окончания электролиза, и массы веществ, выделившихся на инертных электродах. Решение: При электролизе водного раствора АgNО 3 на катоде происходит восстановление ионов Аg+, а на аноде - окисление молекул воды: К(-): Аg + + е = Аg 0 . А(+): 2 Н 2 О - 4е = 4 Н + + О 2 . Суммарное уравнение: 4 AgNО 3 + 2 Н 2 О = 4Ag↓ + 4 НNО 3 + О 2 . По условию:  (АgNО 3) = 400 . 0,085 / 170 = 0,2 (моль) . При полном электролитическом разложении данного количества соли:  (Аg) = 0,2 моль, m (Аg) = 0,2 . 108 = 21,6 (г) (О 2) = 0,05 моль, m(О 2)= 0,05 . 32 = 1,6 (г) . Общее уменьшение массы раствора за счет серебра и кислорода составит 21,6 + 1,6 = 23,2 (г).

При электролизе образовавшегося раствора азотной кислоты разлагается вода: 2 H 2 O = 2 Н 2 + O 2 . Потеря массы раствора за счет электролиза воды: 25 - 23,2 = 1,8 (г). Количество разложившейся воды равно: v(Н 2 0) = 1,8/18 = 0,1 (моль). На электродах выделилось:  (Н 2) = 0,1 моль, m(Н 2)= 0,1 . 2 = 0,2 (г) (О 2) = 0,1/2 = 0,05 (моль), m(О 2)= 0,05 . 32 = 1,6 (г) . Общая масса кислорода, выделившегося на аноде в двух процессах, равна: 1,6 + 1,6 = 3,2 г. В оставшемся растворе содержится азотная кислота:  (НNO 3) =  (АgNО 3) = 0,2 моль, m(НNО 3) = 0,2 . 63 = 12,6 (г) . Масса раствора после окончания электролиза: 400-25 = 375 (г) . Массовая доля азотной кислоты: ω(НNО 3) = 12,6/375 = 0,0336, или 3,36%. Ответ: ω(НNО 3) = 3,36%, на катоде выделилось 21,6 г Аg и 0,2 г Н 2 , на аноде - 3,2 г О 2 .

ЗАДАЧИ Составьте схемы электролиза водных растворов: а) сульфата меди б) хлорида магния; в) сульфата калия. Во всех случаях электролиз проводится с использованием угольных электродов. Решение. а) В растворе сульфат меди диссоциирует на ионы: СuSО 4 Сu 2+ + SO 4 2- Ионы меди могут восстанавливаться, на катоде в водном растворе. Сульфат-ионы в водном растворе не окисляются, поэтому на аноде будет протекать окисление воды. Схема электролиза: б) Диссоциация хлорида магния в водном растворе: MgCl 2+ Mg 2+ +2Сl - Ионы магния не могут восстанавливаться в водном растворе (идет восстановление воды), хлорид-ионы - окисляются. Схема электролиза: в) Диссоциация сульфата калия в водном растворе: К 2 SО 4 2 К + + SO 4 2- Ионы калия и сульфат-ионы не могут разряжаться на электродах в водном растворе, следовательно, на катоде будет протекать восстановление, а на аноде - окисление воды. Схема электролиза: или, учитывая, что 4 Н + + 4 ОН - = 4 Н 2 О (осуществляется при перемешивании), 2 H 2 O 2 H 2 + O 2

2Al 3+ + 6e = 2Al 0 (-) катод ← 2Al 3+ + ↓ Al 2 O 3 2CO + O 2 = 2CO 2 2C + O 2 = 2CO 3O 2- - 6e = 3/2 O 2 3O 2- → анод (+) (С – графит) расплав

Английский физик и химик, один из основателей электрохимии В конце 18 века он приобрел репутацию хорошего химика. В первые годы XIX века Дэви увлекся изучением действия электрического тока на различные вещества, в том числе на расплавленные соли и щелочи

Для предохранения металлов от окисления, а также для придания изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов (золото, серебро) или малоокисляющимися металлами (хром, никель). Предмет, подлежащий гальваническому покрытию, тщательно очищают, полируют и обезжиривают, после чего погружают в качестве катода в гальваническую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуществляется покрытие. Анодом служит пластина из того же металла. Гальваностегия Покрытие металлов слоем другого металла при помощи электролиза

Для придания слепку электропроводимости его покрывают графитовой пылью, погружают в ванну в качестве катода и получают на нем слой металла нужной толщины. Затем путем нагревания удаляют воск Для получения копий с металлических предметов (монет, медалей, барельефов и т. п.) делают слепки из какого-нибудь пластичного материала (например, воска) Получение копий с предметов при помощи электролиза Гальванопластика

Якоби Борис Семенович ()- русский физик и изобретатель в области электротехники, разработчик процесса гальванопластики в 19 веке

Изобрел первый электродвигатель с непосредственным вращением вала Создал коллектор для выпрямления тока Изобрел пишущие телеграфные аппараты Осуществил движение лодки при помощи электрической энергии Создал приборы для измерения электрического сопротивления, изготовил эталон сопротивления, сконструировал вольтметр

Кислотные аккумуляторы Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты (H 2 SO 4), активным веществом положительных пластин - двуокись свинца (PbO 2), отрицательных пластин - свинец (Pb)

Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом Получение неорганических веществ(водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.) Получение металлов(литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.) Очистка металлов (медь, серебро,…) Получение металлических сплавов Получение гальванических покрытий Обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка) Получение органических веществ Электродиализ и обессоливание воды Нанесение пленок при помощи электрофореза

Ссылки на источники информации и изображений: И.И. Новошинский, Н.С. Новошинская Химия профильный уровень 10 класс Primenenie-elektroliza.jpg Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев Н.Н. Сотский Физика 10 класс

Слайд 2

Основная химическая промышленность

Получение галогенов, водорода.
Получение щелочей.
Электросинтез органических веществ - Получают сложные фторорганические соединения, тетраалкильные производные свинца, например себациновую (декандиновую) кислоту и др.

Слайд 3

Металлургия

Получение щелочей (из расплавов)
Получение малоактивных металлов. (из растворов)
Рафинирование (очистка) металлов – очищают Cu, Ni, Pbи др.

Слайд 4

Гальваностегия

Это процесс, который позволяет покрыть изделие слоем (плёнкой) благородного металла защитить его от коррозии, повысить стойкость на износ, произвести декоративную отделку. Гальванические цеха есть на многих металлургических и других заводах.

Слайд 5

Покрытие предметов слоем благородного металла

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 10

В 1837 г. русский ученый Б.С. Якоби открыл способ получения абсолютно точных рельефных копий предмета. Для этого с предмета делают слепок из пластичного материала (гипс, воск) и помещают его в электролитическую ванну в качестве катода. При пропускании через ванну электрического тока слепок покрывается слоем металла. Затем слепок отделяют от полученной копии и используют снова. Гальванопластика позволяет быстро изготавливать металлические копии и воспроизводить их в любом количестве. Так изготавливают медали, монеты, произведения искусства.

Слайд 11

Изготовление медалей, монет

Слайд 12

В 1845 г. в Санкт – Петербурге было организовано предприятие герцога Лихтенбергского, на котором таким способом изготавливали барельефы для Исаакиевского и Петропавловского соборов, Эрмитажа, Зимнего дворца, Большого театра. Позолота прекрасно сохранилась до наших дней.

Слайд 13

Произведения искусства

Барельефы для:

Исаакиевского собора

Слайд 14

Петропавловского собора

Слайд 15

Эрмитажа

Слайд 16

Зимнего дворца

Слайд 17

Большого театра

Слайд 18

Производство музыкальных пластинок

В 1888 г. немецкий инженер Берлинер предложил использовать в качестве носителя звука цинковый диск, покрытый тонким слоем воска. С диска снимали металлическую копию – матрицу. Затем, воспроизводя копии матрицы штамповкой из целлулоида, эбонита, каучука, получали грампластинки. Первая такая пластинка хранится в Национальном музее США.

В 1957 – 1958 гг. в США начался выпуск стереофонических пластинок. Матрицу изготавливали способом прессования из листов винипласта или калиброванного по толщине свинца (1 - 2 мм), покрывали тонким слоем порошка, который проводит ток (графит), помещали в электролитическую ванну. На матрице осаждался слой металла (обычно меди). Потом этот слой отделяли и использовали для штамповки. С помощью матрицы можно изготовить большое число пластинок, сходных с оригиналом.

Презентация по слайдам

Текст слайда: Применение электролиза (презентация учащегося)

Текст слайда: Основная химическая промышленность 1) Получение галогенов, водорода. 2) Получение щелочей. 3) Электросинтез органических веществ - Получают сложные фторорганические соединения, тетраалкильные производные свинца, например себациновую (декандиновую) кислоту и др.

Текст слайда: Металлургия 1)Получение щелочей. (из расплавов) 2)Получение малоактивных металлов. (из растворов) 3)Рафинирование (очистка) металлов – очищают Cu, Ni, Pb и др.

Текст слайда: Гальваностегия это процесс, который позволяет покрыть изделие слоем (плёнкой) благородного металла защитить его от коррозии, повысить стойкость на износ, произвести декоративную отделку. Гальванические цеха есть на многих металлургических и других заводах.

Текст слайда: Покрытие предметов слоем благородного металла

Текст слайда:

Текст слайда: это получение электролитическим способом более толстых отложений (до нескольких миллиметров). ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА

Слайд №10

Текст слайда: В 1837 г. русский ученый Б.С. Якоби открыл способ получения абсолютно точных рельефных копий предмета. Для этого с предмета делают слепок из пластичного материала (гипс, воск) и помещают его в электролитическую ванну в качестве катода. При пропускании через ванну электрического тока слепок покрывается слоем металла. Затем слепок отделяют от полученной копии и используют снова. Гальванопластика позволяет быстро изготавливать металлические копии и воспроизводить их в любом количестве. Так изготавливают медали, монеты, произведения искусства.

Слайд №11

Текст слайда: Изготовление медалей, монет.

Слайд №12

Текст слайда: В 1845 г. в Санкт – Петербурге было организовано предприятие герцога Лихтенбергского, на котором таким способом изготавливали барельефы для Исаакиевского и Петропавловского соборов, Эрмитажа, Зимнего дворца, Большого театра. Позолота прекрасно сохранилась до наших дней.

Слайд №13

Текст слайда: Произведения искусства: Барельефы для: Исаакиевского собора

Слайд №14

Текст слайда: Петропавловского собора

Слайд №15

Текст слайда: Эрмитажа

Слайд №16

Текст слайда: Зимнего дворца

Слайд №17

Текст слайда: Большого театра

Слайд №18

Текст слайда: В 1888 г. немецкий инженер Берлинер предложил использовать в качестве носителя звука цинковый диск, покрытый тонким слоем воска. С диска снимали металлическую копию – матрицу. Затем, воспроизводя копии матрицы штамповкой из целлулоида, эбонита, каучука, получали грампластинки. Первая такая пластинка хранится в Национальном музее США. В 1957 – 1958 гг. в США начался выпуск стереофонических пластинок. Матрицу изготавливали способом прессования из листов винипласта или калиброванного по толщине свинца (1 - 2 мм), покрывали тонким слоем порошка, который проводит ток (графит), помещали в электролитическую ванну. На матрице осаждался слой металла (обычно меди). Потом этот слой отделяли и использовали для штамповки. С помощью матрицы можно изготовить большое число пластинок, сходных с оригиналом.

Слайд №19

Текст слайда: Производство музыкальных пластинок

Слайд №20

Текст слайда: Методом гальванопластики изготавливают медные клише для типографии, позволяющие сделать до 40 тыс. оттисков, и медные хромированные клише – до 1,5 млн. оттисков. Открытие гальванопластики позволило изготавливать пресс – формы из пластмассы, резины, металла, заменяя трудоёмкие работы высококвалифицированных токарей и граверов.

Слайд №21

Текст слайда: Медные клише для типографии

Слайд №22

Текст слайда: Пресс-формы из пластмассы, резины, металла