化学：第四章第三节《电解池》.ppt

第四章电化学基础,第三节电解池,复习回顾,原电池：将化学能转变为电能的装置。,想一想：构成原电池的条件是什么?,两个活性不同的电极,电解质溶液(一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应),形成闭合回路,(4)自发进行的氧化还原反应,复习回顾,原电池：将化学能转变为电能的装置。,原电池的电极如何判断?,联想*质疑,CuCl2溶液,负极：,正极：,电池总反应：,CuCl2溶液,复习回顾,写一写：原电池的电极反应式?,Zn2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2。,一、电解原理,实验4-2：用惰性(石墨)电极电解氯化铜溶液,阴极,阳极,氯气,铜,CuCl2溶液,有气泡，气体有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝,碳棒上有一层红色的物质析出,现象：,阴极：,阳极：,铜,Cl2,结论：,电解氯化铜溶液微观模拟,实验分析：,一、电解原理,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（电解槽）：,把电能转化为化学能的装置。,注意：（1）直流电源。（2）熔融态的电解质也能被电解。（3）电解是不可逆的。,【思考1】电解池的两极是怎样确定的？,、两个电极及电极反应,阴极：与电源负极相连电子流入还原反应阳极：与电源正极相连电子流出氧化反应,、两个电极的确定及电极反应,阴极,阳极,、两个电极的类型：,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,惰性电极与活性电极,【思考2】形成电解池的条件是什么？,阴极,阳极,阴极,阳极,4、形成电解池的条件,与电源相连的两个电极,电解质溶液或熔融的电解质,形成闭合回路,阴极,阳极,【思考3】在电解过程中，电子、离子是如何形成闭合回路的？,5、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。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）,6、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。,【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？,阴极,阳极,【思考5】如何书写电极反应方程式和总方程式？,通式：阴极：氧化剂ne-=还原产物阳极：还原剂ne-=氧化产物总电解反应式：阴阳极反应式相加所得的式子（考虑电子守恒）,7、电极反应式的书写：,阴极,阳极,阴极：Cu2+2e-Cu还原反应阳极：2Cl-2e-Cl2氧化反应总反应式：,加CuCl2溶液,变小,【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化？,【思考7】若要使电解质溶液复原，怎么办？,【思考8】什么叫放电？,阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。,【思考9】为什么Cu2+、Cl-放电，而不是H+和OH-？,阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关,【思考10】阴阳离子的放电顺序是什么？,8、离子放电顺序：,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(H+浓度较大时）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（浓度较小时）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,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。,阴极:,活性材料作电极时：活性电极失去电子。用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：,S2-SO32-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子）F-,阳极：,阴离子的还原性顺序是：,阳离子的氧化性顺序是：,【思考11】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2和Cl放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？,原溶液变为纯水，实际上是电解水的过程，所以：阴极：4H+4e=2H2阳极：4OH4e=2H2O+O2总反应：2H2O=2H2+O2,【思考12】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。,电解,阴极：2H+2e=H2,阳极：2Cl2e=Cl2,总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2,【思考13】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。,电解,阴极：2Na+2e-=2Na（还原反应）阳极：2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）总式：,阴极,阳极,氯气,钠,熔融NaCl,【思考14】分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？,小结1：分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路：,明确溶液中存在哪些离子,根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,【思考15】电解与电离有哪些异同呢？,阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：CuCl2=Cu+Cl2,通电,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子。例：CuCl2=Cu2+2Cl-,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢？,小结2：电解与电离比较：,【思考17】电解池有什么规律？,电能转化为化学能,阳极（接电源正极）,阴极（接电源负极）,阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移,化学能转化为电能,负极,正极,阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移,都是氧化还原反应,小结3：原电池与电解池的比较:,不自发,自发,小结4：电解规律（惰性电极）,阴极,阳极,氯气,铜,阳极：2Cl-2e-=Cl2,阴极：Cu2+2e-=2Cu,减小,增大,CuCl2,CuCl2溶液,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：Cu2+2e-=Cu,减小,减小,加CuO,CuSO4溶液,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,阴极:4H+4e-=2H2阳极:4OH-4e-=O2+2H2O,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,增大,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,放氢生碱,放氧生酸,巩固练习,1、电极反应方程式及电解总反应方程式的书写(惰性电极，溶液)：H2SO4HClNaOHK2SO4CuCl2CuSO4NaClKMnO42、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，阴极析出的物质是_；阳极产物是_。3、两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，阳极的产物是_；阴极的产物是_。,练习,4、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。,石墨石墨粗铜纯铜纯铜铁,CuSO4溶液,CuSO4溶液,CuSO4溶液,(A)(B)(C),二、电解原理的应用,1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2H+2e-=H2,总反应：,2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2,食盐水中存在的离子：,Na+、Cl-、H+、OH-,离子放电顺序：阳离子H+Na+阴离子Cl-OH-,电极反应：,H+,Na+,Cl-,OH-,阴极,阳极,氧化反应还原反应,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,泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、引入Ba2+,Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、引入OH-,Na+、Cl-、CO32-、OH-,Na+、Cl-,沉降,除泥沙,略过量BaCl2溶液,除SO42-,略过量Na2CO3溶液,除Ca2+.Ba2+,略过量NaOH溶液,除Fe3+,Mg2+,适量HCl溶液,调节PH除CO32-、OH-,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,二、电解原理的应用,2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）,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,阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质（硫酸铜溶液）,电镀铜,阳极减少质量等于阴极增加质量。,3、粗铜的电解精炼,问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？,阳极：,Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+,ZnFeNiCuAgAu,阴极:Cu2+2e-=Cu,阳极泥,电解精炼铜,电解精炼铜原理：,粗铜的溶解与纯铜的生成：,阳极（粗铜）：Cu2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2+2e-=Cu,比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；,比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解质溶液中CuSO4的浓度减小。,阳极减少质量不等于阴极增加质量。,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+Cl2,4、电冶金,冶炼Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,电解熔融氯化钠制钠,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6O2-12e-=3O2,阴极：,4Al3+12e-=4Al,总反应：,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?,AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。,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,例1：铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通