电解池PPT教学课件.ppt

1,第三节 电解池,1,2,一、电解原理,2,3,直流电源,电极,电解质,电极反应,阴极:,阳极:,总反应:,Cu2+,Cl,Cu2+ + 2e Cu,2Cl2e Cl2,Cu2+ + 2Cl,CuCl2,（还原反应）,（氧化反应）,被还原,得e,失e,被氧化,（放出Cl2）,（析出Cu）,电解氯化铜原理,CuCl2 Cu2+2Cl,阴极,阳极,Cu +Cl2,Cu +Cl2,（氧化还原反应）,3,4,1、电解定义,在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子在阴阳两极发生氧化还原反应的过程，叫电解。,电流是发生氧化还原反应的根源、动力。,阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就在两极发生了氧化还原反应，生成了新物质；而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。,明 确,4,5,（1）定义：,把电能转化为化学能的装置。又叫电解槽,（2）形成条件：,两个电极,电解质溶液或熔融的电解质,外接电源,阳极：,与电源正极相连的一极,阴极：,与电源负极相连的一极,2、电解池,形成闭合回路,5,6,(3)、电解池中电子及离子移动方向：,电子由电源负极流向阴极，由阳极流回电源正极,溶液中：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极,6,7,(4).原理：阳极失电子发生氧化反应、阴极得电子发生还原反应,(5)、阴阳两极得失电子规律,(1)阳极： 若为活性电极（除C、Pt、Au外的金属）， 则电极本身失电子被氧化（注意：Fe-2e-=Fe2+) 若为惰性电极（C、Pt、Au ）， 则由溶液中阴离子“争”失电子,溶液中阴离子的放电顺序（失电子能力）是：,S 2-I -Br -Cl -OH -含氧酸根F-,7,(2)阴极：无论活性还是惰性电极，电极本身都不参加反应，由溶液中阳离子“争”得电子,Ag+Fe3+Cu2+H+（酸）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（水） Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,阳离子在阴极上放电顺序（得电子能力）是：,8,9,想一想： 若以铜为阳极,铁为阴极,电解 氯化铜溶液，情况又如何？,(6)电极反应及总反应的书写,原则：得失电子守恒，两极反应相加即得总反应。书写电极反应时，用实际参加反应的离子表示（弱电解质也可用化学式表示）。书写总反应时，注明“电解”或“通电”条件，且弱电解质必须写成化学式。,方法：先看电极材料，主要是阳极，再分析得失电子的物质或离子同时注意溶液中的离子是否参加反应。,9,阳极：,4OH- - 4e- = 2H2O + O2 ,阴极：,Cu 2+ 2e -= Cu,总反应：,10,11,(7)用惰性电极电解电解质溶液的规律,电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。如H2SO4、NaOH、Na2SO4等,阳极：4OH-4e-=O2 +2H2O 阴极：4H+ + 4e- = 2H2,总反应：2H2O = 2H2 +O2 ,通电,电解质溶液复原所加物质：H2O,pH变化：原来呈酸性的pH减小，原来呈碱性的pH增大，原来呈中性的pH不变,11,分解电解质型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐（其中氟化物除外）。如HCl、HBr、CuCl2等,电解质溶液复原所加物质：原溶质,pH变化：若为酸则pH增大但不超过7，若为盐则不定（与酸有关），如CuCl2忽略Cl2的溶解则pH增大,12,放H2生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外），如NaCl、KBr、MgCl2等,阳极：2Cl- - 2e- =Cl2 阴极：2H+2e- =H2,电解质溶液复原所加物质：一般为HX,pH变化：明显增大,13,放O2生酸型：不活泼金属的含氧酸盐，如CuSO4、AgNO3等,阳极：4OH- - 4e- =O2+2H2O 阴极：2Cu2+4e- = 2Cu,电解质溶液复原所加物质：相应金属氧化物,pH变化：明显减小,小结：电解质溶液复原所加物质为：从阴阳两极析出的物质的化合物，即离开体系的物质的化合物。,14,15,1.判断A、B、C、D属于原电池的是，属于电解池的是；并写出下列装置的电极反应式。,巩固练习,15,16,2.如上图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是 A.P是电源的正极 B.F极上发生的反应为：4OH- - 4e-=2H2O+O2 C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应 D.通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变,B,16,17,3.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为12的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3,甲,乙,D,17,18,4.为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是 AX是正极，Y是负极 BX是负极，Y是正极 CCuSO4溶液的pH值逐渐减小 DCuSO4溶液的pH值不变,AC,18,19,二、电解原理的应用,1.电解食盐水,阳极：湿润的淀粉KI试纸 阴极：酚酞试液,19,20,现象： 阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉KI试纸变蓝 阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红,实验装置,电解饱和食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。,阴极产物,阳极产物,20,21,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢网 阳极：钛网 阳离子交换膜：只允许阳离子通过,Cl-、OH-和气体不能通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸； b、避免氯气和氢氧化钠反应 ，而影响氢氧化钠的产量。,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,21,22,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳极室,阴极室,阴极室中加入NaOH是为了增强导电性,22,23,粗盐的成份： 泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜,精制食盐水,杂质的除去过程：,粗盐水,含少量Ca2+.Mg2+,精制盐水,23,24,2.铜的电解精炼,一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。,粗铜 含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等),纯铜,粗铜,阳极：,Zn-2e-= Zn2+ Fe -2e-= Fe2+ Ni -2e-= Ni2+ Cu-2e-= Cu2+,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极: Cu2+ + 2e- = Cu,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,CuSO4溶液,阳极泥: 不活泼金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,阳极泥中可以提取贵金属,24,25,3. 电镀,电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。,电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，,电极： 阳极镀层金属 或惰性电极 阴极待镀金属制品,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,25,26,4、电冶金,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl - 2e- = Cl2,阴极：,2Na+ + 2e- = 2Na,总反应：,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ,26,27,电解熔融氯化钠制钠,27,28,阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：4Al3+ + 12e- =4Al,冶炼铝,原理:,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠） 阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,28,29,冶炼铝设备图,烟罩,29,30,思考交流,试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同 (提示:比较电解质、电解装置、电极反应、电解产物）,小结,与电源正极相连,阳极,阴极,与电源负极相连,发生氧化反应,阳离子移向,阴离子移向,发生还原反应,1、电源、电极、电极反应关系,2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金,30,31,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 电镀液须含有镀层金属的离子,阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属； 阴极：镀件,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属； 阴极：纯金属,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,31,32,1下列说法或实验现象的描述不正确的是（ ）。 A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡 B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁 C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快 D与电源负极相连的是电解槽的阴极 2100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）。 A加入适量的6mol/L的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液 3用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的PH值保持不变的是（ ）。 AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl 4下列关于铜电极的叙述，正确的是（ ）。 A铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，铜作阳极 C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极,32,33,1. a 、b哪一极为正极？,2. 若要给铁叉镀锌， a极选用什么材料？ 选择何种溶液？,思考:,e-,33,34,金属性强弱的判断 已知M+N2+=M2+N Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液,电极反应：E2+2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为,答案：PMNE,34,35,工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4 1.电解时,应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会 , 2.阳极反应式为 , 3.总电解反应式为 .,2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2,答案:Fe 增大 MnO42_e- =MnO4,35,36,电解计算电子守恒法 例一 ： 铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗4OH- 2mol,即产生H+ 2mol. 阴极生成0.5molH2,消耗H+ 1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H2转移的电子:0.5 2=1mol,故还有1mole- 用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.,36,37,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式：,例二 ： 用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol,则H2为0.