人教版（2019）化学 选择性必修1 第四章 化学反应与电能 复习课件（33张ppt）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）化学 选择性必修1 第四章 化学反应与电能 复习课件（33张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-11-20 15:22:37 | ||
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文档简介
化学反应与电能复习
应用
广泛
存在
问题
解决
方案
思维
模型
氯碱工业再探究
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
轻工业
纺织工业
冶金工业
石油化学工业
公共事业
氯碱工业产品：Cl2、NaOH、H2
氯碱工业应用广泛
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在的问题
实际问题
如何降低氯碱工业的能耗?
问题的提出
传统供能方式为火力发电，能量转化率低。
氯气和烧碱相对于氢气应用领域更广。
高
燃料电池技术
改变供能方式
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）。
氧阴极技术
改变电极反应
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
能耗
任务一 基于电化学原理设计装置
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。
原电池模型
电解池模型
【学生活动】
Cl2
H2
淡盐水
NaOH
溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
阳离子交换膜
阴极
阳极
H2
空气（O2）
质子交换膜
负极
正极
活动2 分析装置中电子和离子移动方向。
Na+
H+
e?
e?
负极：H2 – 2e? ══ 2H+
正极：O2 + 4e? + 4H+ ══ 2H2O
阳极： 2Cl?– 2e? ══ Cl2↑
阴极： 2H2O + 2e?══ H2↑+ 2OH?
活动3. 用化学用语回答下列问题。
【学生活动】
1. 燃料电池负极反应为 。
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 。
3. 电解NaCl溶液总反应方程式为 。
2NaCl?+ 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
电解
H2 - 2e? 2H+
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
O2 + 4e? + 2H2O 4OH?
高
燃料电池技术
改变供能方式
氧阴极技术
改变电极反应
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
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
4NaCl + 2H2O + O2 2Cl2 + 4NaOH
电解
总反应：
阴极反应：
O2 + 4e?+ 2H2O 4OH?
【学生活动】
活动1 写出阴极反应及总反应方程式。
能耗降低
减少了产物H2
阴极需要纯氧做原料
【学生活动】
活动2 结合资料分析氧阴极技术的优缺点。
优点
缺点
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
实际问题
如何提高电能利用率?
问题的提出
电能部分转化为热能。
电能转变为化学能过程中的物质不完全是目标产物。
任务三 探究降低阳极氧含量的方法
【学生活动】
活动1 分析电解池阳极O2来源。
O2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O2。
?
2Cl? - 2e? Cl2↑
4OH? - 4e? O2↑ + 2H2O
思考1 电解池阳极发生的反应。
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。
【学生活动】
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
提高Cl?浓度
降低OH?浓度
使用精制饱和食盐水做原料
向阳极室加入盐酸调节pH
【学生活动】
更换离子交换膜
浓度
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
pH=？
1. Cl2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。
加酸不足
加酸过量
提高Cl?浓度
降低OH?浓度
使用精制饱和食盐水做原料
向阳极室加入盐酸调pH 3~4
【学生活动】
改换离子交换膜
浓度
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
【学生活动】
电极材料
电极反应
离子导体
思考3 是否还有其他可行的方法？
电子导体
Cl?
OH?
浓度
pH
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
【学生活动】
电极材料
石墨电极
钛基氧化物涂层(TiO2/RuO2 )电极
高选择性
高稳定性
高导电性
高催化活性
【拓展】
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
实际问题
如何解决设备腐蚀问题?
问题的提出
盐水
碱
酸
氯气
【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。
任务四 分析并提出防腐措施
【学生活动】
O2 + 2H2O + 4e? 4OH?
负极反应：
Fe - 2e? Fe2+
正极反应：
活动1 写出碳钢管发生电化学腐蚀的电极反应。
将碳钢管道替换成更耐腐蚀的钛合金管
电化学保护法
在金属构件表面涂绝缘涂层
防腐措施
1
【学生活动】
2
3
活动2 提出防腐措施。
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
牺牲阳极法
【学生活动】
活动2 提出防腐措施。
电化学保护法：
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
钛合金管
涂绝缘层
牺牲阳极
实际问题
化学反应
小结
能量变化
物质变化
装置
原电池
电解池
电极材料
电极反应
离子导体
电子导体
控制
浓度
温度
pH
电极材料
离子交换膜
……
应用
广泛
存在
问题
解决
方案
思维
模型
氯碱工业再探究
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
轻工业
纺织工业
冶金工业
石油化学工业
公共事业
氯碱工业产品：Cl2、NaOH、H2
氯碱工业应用广泛
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在的问题
实际问题
如何降低氯碱工业的能耗?
问题的提出
传统供能方式为火力发电，能量转化率低。
氯气和烧碱相对于氢气应用领域更广。
高
燃料电池技术
改变供能方式
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）。
氧阴极技术
改变电极反应
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
能耗
任务一 基于电化学原理设计装置
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。
原电池模型
电解池模型
【学生活动】
Cl2
H2
淡盐水
NaOH
溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
阳离子交换膜
阴极
阳极
H2
空气（O2）
质子交换膜
负极
正极
活动2 分析装置中电子和离子移动方向。
Na+
H+
e?
e?
负极：H2 – 2e? ══ 2H+
正极：O2 + 4e? + 4H+ ══ 2H2O
阳极： 2Cl?– 2e? ══ Cl2↑
阴极： 2H2O + 2e?══ H2↑+ 2OH?
活动3. 用化学用语回答下列问题。
【学生活动】
1. 燃料电池负极反应为 。
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 。
3. 电解NaCl溶液总反应方程式为 。
2NaCl?+ 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
电解
H2 - 2e? 2H+
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
O2 + 4e? + 2H2O 4OH?
高
燃料电池技术
改变供能方式
氧阴极技术
改变电极反应
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
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
4NaCl + 2H2O + O2 2Cl2 + 4NaOH
电解
总反应：
阴极反应：
O2 + 4e?+ 2H2O 4OH?
【学生活动】
活动1 写出阴极反应及总反应方程式。
能耗降低
减少了产物H2
阴极需要纯氧做原料
【学生活动】
活动2 结合资料分析氧阴极技术的优缺点。
优点
缺点
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
实际问题
如何提高电能利用率?
问题的提出
电能部分转化为热能。
电能转变为化学能过程中的物质不完全是目标产物。
任务三 探究降低阳极氧含量的方法
【学生活动】
活动1 分析电解池阳极O2来源。
O2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O2。
?
2Cl? - 2e? Cl2↑
4OH? - 4e? O2↑ + 2H2O
思考1 电解池阳极发生的反应。
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。
【学生活动】
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
提高Cl?浓度
降低OH?浓度
使用精制饱和食盐水做原料
向阳极室加入盐酸调节pH
【学生活动】
更换离子交换膜
浓度
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
pH=？
1. Cl2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。
加酸不足
加酸过量
提高Cl?浓度
降低OH?浓度
使用精制饱和食盐水做原料
向阳极室加入盐酸调pH 3~4
【学生活动】
改换离子交换膜
浓度
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
【学生活动】
电极材料
电极反应
离子导体
思考3 是否还有其他可行的方法？
电子导体
Cl?
OH?
浓度
pH
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
【学生活动】
电极材料
石墨电极
钛基氧化物涂层(TiO2/RuO2 )电极
高选择性
高稳定性
高导电性
高催化活性
【拓展】
活动2 分析并提出避免OH?在阳极放电的方法。
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
实际问题
如何解决设备腐蚀问题?
问题的提出
盐水
碱
酸
氯气
【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。
任务四 分析并提出防腐措施
【学生活动】
O2 + 2H2O + 4e? 4OH?
负极反应：
Fe - 2e? Fe2+
正极反应：
活动1 写出碳钢管发生电化学腐蚀的电极反应。
将碳钢管道替换成更耐腐蚀的钛合金管
电化学保护法
在金属构件表面涂绝缘涂层
防腐措施
1
【学生活动】
2
3
活动2 提出防腐措施。
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
牺牲阳极法
【学生活动】
活动2 提出防腐措施。
电化学保护法：
高能耗
电能利用率待提高
1
2
3
设备腐蚀
氯碱工业存在问题及解决方法
燃料电池技术
氧阴极技术
浓度、pH、
电极材料、
离子交换膜等
钛合金管
涂绝缘层
牺牲阳极
实际问题
化学反应
小结
能量变化
物质变化
装置
原电池
电解池
电极材料
电极反应
离子导体
电子导体
控制
浓度
温度
pH
电极材料
离子交换膜
……