第四章 化学反应与电能 复习课件（共37张PPT）

(共33张PPT)
化学反应与电能复习
高中化学
原电池
电解池
金属的腐蚀与防护
能量变化
物质变化
氯碱工业再探究
存在 问题
思维 模型
解决 方案
应用 广泛
高中化学
氯碱工业产品： Cl 、NaOH、H
高中化学
氯碱工业应用广泛
氯碱 工业
冶金工业
纺织工业
轻工业
氯碱工业存在的问题
高能耗
2
设备腐蚀 3
实际 问题
高中化学
电能利用 率待提高
思考角度
能量 能量转化率低。
物质 用领域更广。
高中化学
传统供能方式为火力发电，
氯气和烧碱相对于氢气应
如何降低氯碱工业的能耗
问题的提出
研究表明，应用于氯碱厂的 氢燃料电站可节能约30%(20%的 电能，10%的热能)。
燃料电池技术
氧阴极技术
研究表明，目前应用于氯碱 厂的氧阴极技术可节能约25%,未 来可达30%以上。
低
高中化学
改变供能方式
改变电极反应
能耗
高
任务一基于电化学原理设计装置
高中化学
【学生活动】
活 动 1 设计并画出利用氢氧燃料电池电解 饱和食盐水的简易装置。
电流表
A
十
隔膜或盐桥
电解质溶液
阳离子迁移方向
阴离子迁移方向
发生氧化反应 发生还原反应
e- 十
直流电源
电解质溶液
阳离子迁移方向
阴离子迁移方向
发生氧化反应 发生还原反应
高中化学
原电池模型
电解池模型
正 极
负 极
阳极
阴极
e一
e-
e~
质子交换膜 精制饱和
H 空气 (O ) NaCl溶液 H O ( 含 少 量NaOH)
高中化学
活动2 分析装置中电子和离子移动方向。
Cl H 阳离子交换膜
阳 极
淡盐水
NaOH
溶液
正 极
阴 极
负极
NaOH
主 Na+ 溶液
精制饱和
H 空气 (O ) NaCl溶液 H O ( 含 少 量NaOH)
负极： H -2e-=2H + 阳极： 2Cl--2e-=Cl ↑
正极： O +4e +4H+ =2H 0 阴极： 2H O+2e=H ↑+20H-
高中化学
e~
e Cl H
阳离子交换膜
阳 极
淡盐水
质子交换膜
负极
阴 极
正 极
【学生活动】
活动3 . 用化学用语回答下列问题。
1.燃料电池负极反应为H -2e-=2H-。
2. 若将燃料电池电解质溶液换成 KOH 溶液，则正极
反应方程式为 O +4e-+2H O =40H- o
3. 电解NaCl溶液总反应方程式为
2NaCI+2H 0 生解2NaOH+H ↑+Cl T
4. 若燃料电池有2mol氢气反应，理论上生成NaOH的 物质的量为4 mol。
高中化学
高
S
低
高中化学
研究表明，目前应用于氯碱 厂的氧阴极技术可节能约25%,未 来可达30%以上。
燃料电池技术
氧阴极技术
改变供能方式
改变电极反应
能耗
【资料】氧阴极技术与传统工艺相比不同
之处在于阴极结构，通过向阴极区供应纯氧， 避免H+直接得电子生成氢气。这样可降低电解 电压，电耗减少明显。
任务二分析氧阴极技术
高中化学
【学生活动】
活动1 写出阴极反应及总反应方程式。
阴极反应：
O +4e-+2H O =40H-
总反应：
4NaCl+2H O+O 电 2Cl +4NaOH
高中化学
【学生活动】
活动2 结合资料分析氧阴极技术的优缺点。
思考角度
能量 能耗降低 优点
物质 做原料 缺点
高中化学
氧
H
纯
物
要
产
需
了
极
少
阴
减
氯碱工业存在问题及解决方法
高能耗 电能利用
燃料电池技术 2 率待提高
氧阴极技术
设备腐蚀 3
实际
问题
高中化学
思考角度
能量 电能部分转化为热能。
电能转变为化学能过程中的
物质 物质不完全是目标产物。
高中化学
如何提高电能利用率
问题的提出
任务三探究降低阳极氧含量的方法
高中化学
【学生活动】
活动1 分析电解池阳极0 来源。
思考1 电解池阳极发生的反应。
2Cl--2e- =Cl ↑ 40H--4e-=0 ↑+2H O
0 来源：
实际电解生产中，离子膜的效率并不
是百分之百，阴极室的OH 会迁移至阳极室，
在阳极放电，产生0 。
高中化学
【学生活动】
活动2 分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。
思考2 影响离子放电因素：
内因：离子本身性质
外因： 浓度、pH、温度、电极材料等。
高中化学
【学生活动】
活动2 分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。
提高Cl-浓度
使 用精制饱和食盐水做原料
降低0H-浓度
更换离子交换膜
向阳极室加入盐酸调节pH
高中化学
浓度
1.Cl 中含氧量增加。 2. 生成具有腐蚀性 的次氯酸盐、氯酸盐 等。
1. 离子膜易被损伤。 2. 阳极钝化(形成 致密氧化膜),电解 槽电压上升。
加酸过量
加酸不足
高中化学
pH=
【学生活动】
活动2 分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。
提高CI-浓度
使用精制饱和食盐水做原料
降低OH-浓度
改换离子交换膜
向阳极室加入盐酸调pH 3~4
高中化学
浓度
【学生活动】
活动2 分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。
思考3 是否还有其他可行的方法
电子导体
电极材料
电极反应
离子导体
浓度
pH
高中化学
Cl-
OH-
【学生活动】
活动2 分析并提出避免0H-在阳极放电的方法。
【拓展】 石墨电极
高稳定性
高导电性
钛基氧化物涂层
高中化学
(TiO /RuO )电极 高催化活性
电极材料
高选择性
电能利用 2 率待提高
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
实际
问题
高能耗 1
燃料电池技术 氧阴极技术
设备腐蚀 3
氯碱工业存在问题及解决方法
高中化学
如何解决设备腐蚀问题
问题的提出
氯气
碱
酸
盐水
高中化学
任务四分析并提出防腐措施
【资料】 流动和搅拌的盐水 很容易带入 氧气，这使得输送盐水的碳钢管道非常容易 发生电化学腐蚀。腐蚀速度受氧含量和盐水 温度影响很大。
高中化学
【学生活动】
活动1 写出碳钢管发生电化学腐蚀的电极反应。
负极反应： Fe-2e-=-Fe +
正极反应： O +2H O+4e- =40H-
高中化学
【学生活动】
活动2 提出防腐措施。
4 改变金属材料组成
将碳钢管道替换成更耐腐蚀的钛合金管
防腐
措施 2 在金属表面覆盖保护层
在金属构件表面涂绝缘涂层
3 电化学保护法
高中化学
【学生活动】
活动2 提出防腐措施。
电化学保护法：牺牲阳极法
至氯气总管
牺牲电极
淡盐水来自电解槽 CPVC管
与进口牺牲电极处接地线相连
至阳极液槽
CPVC管 淡盐水来自电解槽
高中化学
牺牲电极
TA2
高能耗 1
燃料电池技术 氧阴极技术
设备腐蚀 3
钛合金管
涂绝缘层
牺牲阳极
高中化学
电能利用 2 率待提高
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
实际
问题
氯碱工业存在问题及解决方法
能量变化
化学反应
物质变化
高中化学
原电池
电极材料
电极反应
离子导体
电子导体
电解池
控制
浓度
温度
pH
电极材料
离子交换膜
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装置
小结