DD第三节-电解池.ppt

电解池 第四章 电化学基础 3 潮州金山中学黄荣生 戴维著名的电解水实验 金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的 这个原理应用于工业生产 约在1891年才获得成功 1921年电解氯化钠制钠的工业方法得以实现 由于金属钠在现代技术上得到重要应用 它的产量显著地增加 目前 世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法 少数仍沿用电解氢氧化钠的方法 电解是将电能转化为化学能的一种重要方法 一 电解原理 资料 1 电解熔融氯化钠 实验 用惰性 石墨 电极电解熔融的氯化钠 现象 阳极 有气泡 有刺激性气味 并能使湿润的KI 淀粉试纸变蓝 Cl2 阴极 有金属钠析出 氯气 钠 熔融NaCl 电极反应 阳离子移向阴极放电 阴离子移向阳极放电阳极 2Cl 2e Cl2 氧化反应阴极 2Na 2e 2Na还原反应总反应方程式 电解熔融氯化钠制钠 工业上 1 电解 使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程 2 电解池 借助氧化还原反应 把电能转化为化学能的装置 3 构成电解池条件 1 外加直流电源 2 与电源相连的两个电极 接电源正极的为阳极 发生氧化反应接电源负极的为阴极 发生还原反应 3 电解质溶液或熔化的电解质 结论 1 电子的流向 电子从外加电源的负极流出 流到电解池的阴极 再从阳极流回电源正极 注 电子只在外电路定向移动 不能从溶液中移动 2 离子定向移动的方向 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 3 惰性电极与活性电极 惰性电极 铂 金 石墨 仅仅导电 不参与反应活性电极 除铂 金外的金属 既可以导电 又可以参与电极反应 4 注意 电解过程不仅可以在熔融电解质中进行 也可以在电解质溶液中进行 2 电解氯化铜溶液 动画1 2 电解氯化铜溶液 实验 用惰性 石墨 电极电解氯化铜溶液 现象 阳极 有气泡 有刺激性气味 并能使湿润的KI 淀粉试纸变蓝 Cl2 阴极 碳棒上有一层红色的铜析出 阴极 阳极 氯气 铜 CuCl2溶液 2 判断电极产物并书写电极反应 阳离子移向阴极放电 阴离子移向阳极放电阳极 2Cl 2e Cl2 氧化反应阴极 Cu2 2e Cu还原反应总式 1 判断离子的放电顺序 阳离子 Cu2 H 阴离子 Cl OH 3 分析电解质溶液的变化情况 氯化铜溶液浓度降低 5 离子放电顺序 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电 1 阳极 用惰性电极 Pt Au 石墨 钛等 时 溶液中阴离子的放电顺序 由易到难 是 S2 SO32 I Br Cl OH NO3 SO42 等含氧酸根离子 F 活性材料作电极时 金属在阳极失电子被氧化成为阳离子进人溶液 阴离子不容易在电极上放电 AgNO3溶液 AgNO3溶液 2 阴极 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应 发生反应的是溶液中的阳离子 阳离子在阴极上放电顺序是 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H 浓度大 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H 浓度小 Al3 Mg2 Na Ca2 K 注 当离子浓度相差较大时 放电顺序会发生变化 阴极 阳极 氯气 铜 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e Cu 减小 减小 加CuCl2 CuCl2溶液 实例 阳极 阴极 氧气 氢气 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 变大 不变 加H2O Na2SO4溶液 2H2O2H2 O2 阳极 阴极 氯气 氢气 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 减小 增大 加HCl NaCl溶液 阳极 阴极 氧气 铜 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 2Cu2 4e 2Cu 减小 减小 加CuO CuSO4溶液 电解规律 惰性电极 小结 阳极 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 与 区 电解本身型如CuCl2 HCl 与 区 放氢生碱型如NaCl 与 区 放氧生酸型如CuSO4 AgNO3 与 区 电解水型如Na2SO4 H2SO4 NaOH 阴极 Ag Fe3 Cu2 H Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na 电解质溶液用惰性电极电解的示例 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸 HCl 阳极 4OH 4e O2 2H2O阴极 4H 4e 2H2 减小 增大 不变 H2O 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e Cu 减少 CuCl2 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 增大 HCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阳极 4OH 4e O2 2H2O阴极 2Cu2 4e 2Cu 减小 CuO 1 池型的判断 有外加电源一定为电解池 无外加电源一定为原电池 多池组合时 一般含活泼金属的池为原电池 其余都是在原电池带动下的电解池 小结 原电池与电解池的比较及判断 3 电解池放电顺序的判断 阳极放电 1 惰性电极 则溶液中阴离子放电 2 非惰性电极 电极材料首先失电子 阴极放电 电极材料受保护 溶液中阳离子放电 2 电极的判断 原电池 看电极材料 电解池看电源的正负极 4 判断溶液的pH变化 先分析原溶液的酸碱性 再看电极产物 1 如果只产生氢气而没有氧气 则pH变大 2 如果只产生氧气而没有氢气 则pH变小 3 如果既产生氢气又产生氧气 若原溶液呈酸性则pH减小 若原溶液呈碱性pH增大 若原溶液呈中性pH不变 1 写出下列装置的电极反应式 并判断A B C溶液PH值的变化 练习 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 3 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A X是正极 Y是负极B X是负极 Y是正极C CuSO4溶液的PH值逐渐减小D CuSO4溶液的PH值不变 AC 二 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水 1 电解饱和食盐水 现象 阳极 有气泡产生 使湿润的淀粉 KI溶液变蓝阴极 有气泡产生 滴加酚酞溶液变红 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 总式 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 条件 通电 电解 1 生产设备名称 离子交换膜电解槽阴极 碳钢阳极 钛阳离子交换膜 只允许阳离子通过 Cl OH 离子和气体不能通过 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生成 而影响氢氧化钠的产量 氯碱工业 离子交换膜法制烧碱 动画 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 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 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 ZnFeNiAgAu等 纯铜 粗铜 阳极 Zn 2e Zn2 Fe 2e Fe2 Ni 2e Ni2 Cu 2e Cu2 ZnFeNiCuAgAu 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 3 电镀 动画 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 电极 阳极 镀层金属阴极 待镀金属制品 电镀液 含有镀层金属离子的电解质溶液 在电镀控制的条件下 H 和OH 不参加电极反应 溶液中ZnSO4的浓度保持不变或变小 为什么变小 阳极 Zn 2e Zn2 阴极 Zn2 2e Zn 电镀的形成条件 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 a A极选用Zn 用含Zn2 的溶液为电镀液 ZnCl2 1 如图 a b为电池的两极 2 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用导线相连放入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 P M N E M N P M N E 3 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 2K2MnO4 2H2O 2KMnO4 2KOH H2 Fe 增大 2 电极反应 阳极 阴极 4 总电解反应式 3 电解过程中阴极附近溶液pH将会 MnO42 e MnO4 2H 2e H2 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 标准状况下 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 5 4 2mol 消耗OH 2mol 即产生H 2mol 阴极生成0 5molH2 消耗H 1mol 所以溶液中C H 1mol LpH 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 根据电解原理的计算 1 电子守恒法 O2 2Cu 4Ag