第三节电解池

第四章电化学基础,第三节电解池,2020/5/27,实验4-2：P79,现象：（1）阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜（2）阳极石墨棒上有使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体,阴极,阳极,1、电解的概念：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叫做电解。,一、电解原理,2、电解池的概念：把电能转变为化学能的装置，又称电解槽。,3、构成：直流电源、两个电极、电解质溶液或熔融态电解质,注意：,电解质先电离后电解；,导电过程就是电解过程。,2Cl-2e-=Cl2(氧化反应),Cu2+2e-=Cu(还原反应),阴极不参与电解反应；,活性阳极先于阴离子放电。,惰性电极：石墨、金、铂,活性电极：石墨、金、铂以外的金属,阳离子得电子，放电,e-,e-,阴离子失电子，放电,氧化性强的先得电子,还原性强的先失电子,阴极,阳极,氯气,铜,CuCl2Cu+Cl2,阳极:(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2,阴极(Cu2+H+)：Cu2+2e-=2Cu,减小,增大,加适量CuCl2晶体,电解CuCl2,电解NaCl,阴极,阳极,氢气,氯气,阳极(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2,阴极(Na+H+):2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,减小,增大,通入适量HCl,阴极：氧化性强的阳离子先得电子,金属越不活泼,对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。,阳极：还原性强的阴离子先失电子,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（先于H+放电）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(浓度大时先于H+放电)H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+水中H+先放电,4、放电顺序：,金属阳极先放电，离子后放电,5电解后溶液的pH变化判断规律1只有H+放电，无OH放电：pH增大。例如：HCl。2只有OH放电，无H+放电：pH减小。例如：CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2。3H+、OH同时放电，具体分析。例如：强酸pH减小，如H2SO4强碱pH增大，如NaOH强酸强碱盐pH不变，如Na2SO44H+、OH都不放电，所以pH不变。比如CuCl2。,【开拓与创新】关于“电解氯化铜溶液时的pH值变化”问题，化学界有以下两种不同的观点：观点一：“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的pH值升高。观点二：“实验派”经过反复多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化有如右曲线关系。请回答下列问题：（l）电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是（用离子方程式说明）。.（2）“理论派”所持观点的理论依据是（3）“实验派”的实验结论是，他们所述“精确的实验”是通过来准确测定溶液的pH值的。（4）你持何种观点？你所持观点的理由是（从化学原理上加以简述）。,【解题研究】（1）CuCl2中的Cu2能发生水解反应:Cu2+2H2OCu(OH)2+2H，使CuCl2溶液呈酸性。（2）电解时候，Cu2可在阴极上放电析出Cu，随着c(Cu2)的降低，Cu2的水解平衡向左移，导致溶液中c(H)下降，溶液的pH值升高（但不会超过7）。（3）溶液的pH值降低，pH计。（4）持“实验派”的观点。因阴极上产生Cl2，一部分Cl2溶于水后发生反应Cl2+H2O=H+Cl+HClO，故使溶液中c(H)增大（主要矛盾），即pH值降低。,小结,2、电解和电离比较：,1、金属导电和电解质溶液导电比较：,3、电解和电离、原电池和电解池的比较：,练习：以碳棒为电极，电解下列溶液，写出电极反应式1、CuCl2、HCl、HBr、HI2、Na2SO4、H2SO4、NaOH3、NaCl，KCl，NaBr，NaI，4、AgNO3、CuSO4、Cu(NO3)2,阴极,阳极,氯气,铜,CuCl2Cu+Cl2,阳极:(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2,阴极(Cu2+H+)：Cu2+2e-=2Cu,减小,增大,加适量CuCl2晶体,第一组：电解CuCl2,阴极,阳极,碘,氢气,2HII2+H2,阳极:(I-，OH-):2I-2e-=I2,阴极(H+)：2H+2e-=H2,减小,增大,通入适量HI,第一组：电解HI溶液,阴极,阳极,氧气,氢气,阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2,阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2,变大,不变,加H2O,2H2O=2H2+O2,通电,第二组：电解Na2SO4,阴极,阳极,氧气,氢气,阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2,阴极(H+):4H+4e-=2H2,变大,变小,加H2O,2H2O=2H2+O2,通电,第二组：电解H2SO4,阴极,阳极,氧气,氢气,阳极(OH-):4OH-4e-=2H2O+O2,阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2,变大,变大,加H2O,2H2O=2H2+O2,通电,第二组：电解NaOH,第三组：电解NaCl,阴极,阳极,氢气,氯气,阳极(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2,阴极(Na+H+):2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,减小,增大,通入适量HCl,阴极,阳极,氧气,铜,2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4,阴极(Cu2+H+):2Cu2+4e-=2Cu,减小,加适量CuO固体,第四组：电解CuSO4,阳极(SO42-OH-):4OH-4e-=2H2O+O2,减小,二、电解产物判断规律（惰性电极）,1电解水型：强含盐氧酸、可溶性强碱和活泼金属含氧酸盐，其水溶液电解时，实际为电解水，产物为H2和O2。例如：Na2SO4、H2SO4、NaOH等。2电解本身型：电解无氧酸和不活泼金属无氧酸盐的溶液，是自身电解。例如：HCl、CuCl2等（HF例外）。3放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐的水溶液时，阴极析出金属，阳极放出O2。例如：CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2等。4放氢生碱型：电解活泼金属无氧酸盐的溶液时，阴极放出H2，阳极析出非金属单质。例如：NaCl、KI、Na2S等。,1、以Fe为阴极，Cu为阳极，电解CuSO4，画出电解池，标出电极名称，写出电极反应。,2、以Cu为阴极，Ag为阳极，电解AgNO3，画出电解池，标出电极，写出电极反应。,练习,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：阳极氧化反应阴极还原反应,H+,Na+,Cl-,OH-,阴极,阳极,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溶液,阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液（硫酸铜溶液）,电镀铜,电镀应用于铜的电解精练,电极反应式阴极（纯铜）:Cu2+2e-=Cu(还原反应)阳极（粗铜）:Cu-2e-=Cu2+(氧化反应),杂质：Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+,阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,3、电冶金（使用电解法冶炼象钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）,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,电解熔融氯化钠制钠,3、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）,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：,发生氧化还原反应，从而形成电流,电流通过引起氧化还原反应,两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）,由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子,由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极,（外电路）负极正极,电源负极阴极阳极电源正极,（外电路）正极负极,电源正极阳极阴极电源负极,负极：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极：2H+2e-=H2（还原原应）,阳极：2CI-2e-=CI2(氧化反应)阴极:Cu2+2e-=Cu(还原反应),化学能电能,电能化学能,设计电池、金属防腐,氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼,铜锌原电池,电解氯化铜,电解池小结,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、