第四章第三节_电解池

1、第三节第三节 电解池电解池你知道吗？你知道吗？ 工业上分别以氯化钠和氧化铝为原料生产工业上分别以氯化钠和氧化铝为原料生产金属钠和金属铝。你知道工业生产中是如何实金属钠和金属铝。你知道工业生产中是如何实现此过程的吗？现此过程的吗？电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl 一、电解原理一、电解原理（以电解氯化钠为例）（以电解氯化钠为例） 实验：实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠现象：现象： 阳极：有气泡，有阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使刺激性气味，并能使 湿湿润的润的KI-淀淀 粉试纸变蓝粉试纸变蓝（Cl2) 阴极：有金属

2、钠析出阴极：有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl 通电前通电前:分析熔融电解质中的离子情况分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：阳离子： 阴离子：阴离子：通电后：（必须直流电）通电后：（必须直流电） NaNa+ +ClCl- -交流与讨论交流与讨论1 1：做无规则运动做无规则运动阳离子：阳离子： Na+阴离子：阴离子： Cl- 钠离子移向钠离子移向阴极阴极附近，附近，氯离子移向氯离子移向阳极阳极附近附近.做做定向移动定向移动交流与讨论交流与讨论2 2：e-e-e-e-e-e-电解池中离子和电子的移动方向电解池中离子和电子的移动方向 Cl- -Na+Cl- -（1）确定电极名称

3、：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）与电极材料无关（接电源负极）与电极材料无关 （2）判断电极产物并书写电极反应）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离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极：阳极：2Cl- = Cl2 + 2e- 氧化反应氧化反应 阴极：阴极：2Na+ +2e- = 2Na 还原反应还原反应 总式：总式： 2NaCl 2Na+Cl2 通电通电 使使电流电流通过通过电解质溶液电解质溶液而在而在阴阳两极阴阳两极引起引起氧化氧化还原反应还原反应的过程。的过程。2.2.电解池电解池: : 把把电能电能转化

4、为转化为化学能化学能的装置的装置. . 或或 借助于电流引起氧化还原反应的装置借助于电流引起氧化还原反应的装置.1.1.电解电解: :4.电极名称和电极反应电极名称和电极反应 与电源负极相连的电极叫与电源负极相连的电极叫阴极阴极，阴极上发生还原反应阴极上发生还原反应。 与电源正极相连的电极叫与电源正极相连的电极叫阳极阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上发生氧化反应。 阴极阴极:与电源负极相连，电子流入，发生与电源负极相连，电子流入，发生还原还原反应反应阳极阳极:与电源正极相连，电子流出，发生与电源正极相连，电子流出，发生氧化氧化反应反应5.电极的判断电极的判断6.电子、离子的流向电子、离子的流向电

5、子电子从从阳极阳极通过电源流向通过电源流向阴极阴极阳离子阳离子在电解质溶液中在电解质溶液中移向移向阴极阴极阴离子阴离子在电解质溶液中在电解质溶液中移向移向阳极阳极e-e-CC阴阴极极阳阳极极电解质液电解质液注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中 移动移动7. 7.惰性电极与活性电极：惰性电极与活性电极： 惰性电极惰性电极( (铂、金、石墨铂、金、石墨) )： 仅仅导电，不参与反应仅仅导电，不参与反应 活性电极（除铂、金外的金属）：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既可以导电、又可以参与电极反应电解过程不仅可以在熔融电解质中进

6、行，也可以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。在电解质溶液中进行。以电解氯化铜为例以电解氯化铜为例实验：实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液现象：现象： 阳极：有气泡，有阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使刺激性气味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸粉试纸变蓝（变蓝（Cl2) 阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜CuCl2溶液溶液实验分析：实验分析：通电前：通电前：分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况 阳离子阳离子：H+、Cu2+ 阴离子阴离子：OH-、Cl-通电

7、后：通电后： （必须直流电）（必须直流电） （1）确定电极名称：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）与电极材料无关（接电源负极）与电极材料无关 做无规则运动做无规则运动（2）判断离子的放电顺序：）判断离子的放电顺序： 阳离子阳离子：Cu2+H+ (得电子顺序）得电子顺序） 阴离子阴离子：Cl-OH-（失电子顺序）（失电子顺序）（3）判断电极产物并书写电极反应）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离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 氧化反应氧化反应 阴极阴极：Cu2+ + 2

8、e- = Cu 还原反应还原反应 总式：总式：（4）分析电解质溶液的变化情况：氯化铜溶液浓度降低）分析电解质溶液的变化情况：氯化铜溶液浓度降低 CuCl2 Cu+Cl2 电解1.1.放电：放电： 活性材料作电极时：活性材料作电极时： 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴 离子不容易在电极上放电。离子不容易在电极上放电。 用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶液中阴溶液中阴 离子的放电顺序（由易到难）是：离子的放电顺序（由易到难）是：阳极：阳极：小结：小结：2.2.放电顺序：放电顺序： 无论是惰性电极还是

9、活性电极都不参与电极反无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反 应，应，发生反应的是溶液中的阳离子。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：阳离子在阴极上放电顺序是：阴极阴极: :练习：练习： 分析以惰性电极电解下列溶液的电分析以惰性电极电解下列溶液的电极反应。极反应。（）硝酸银溶液（）硝酸银溶液（）氯化钠溶液（）氯化钠溶液（）稀硫酸（）稀硫酸（）氢氧化钠溶液（）氢氧化钠溶液把电能转化为化学能的装置把电能转化为化学能的装置C Fe NaCl溶液溶液(1)两电极接直流电源两电极接直流电源;(2)电极插入电解质溶液电极插入电解质溶液;(3)形成闭合电路。形成闭合电路。阴极阴极:与电

10、源负极相连的电极与电源负极相连的电极阳极阳极:与电源正极相连的电极与电源正极相连的电极2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+ Cl2通电定义定义装置装置形成条件形成条件电极电极电极反应电极反应电解反应电解反应阴极阴极:还原反应还原反应 2H+2e - = H2阳极阳极:氧化反应氧化反应 2Cl- - 2e- = Cl2第二课时第二课时问题解决问题解决 分析下图，哪些是原电池分析下图，哪些是原电池 哪些是电解池哪些是电解池1、3、56、7【原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较】整理与归纳：整理与归纳：负极负极 ：氧化反应：氧化反应正极正极 ：还原反应：还原反应阳极阳极 ：氧化反应：氧化反应

11、阴极阴极 ：还原反应：还原反应电极反应电极反应形成条件形成条件举例说明举例说明能量转换能量转换电子流向电子流向化学能转化为电能化学能转化为电能电能转化为化学能电能转化为化学能铜锌原电池；铜锌原电池；氢氧燃料电池氢氧燃料电池 氯碱工业；氯碱工业；电镀电镀 负极正极负极正极阳极流出；阴极流入阳极流出；阴极流入装置举例装置举例 记记笔笔记记分析电解反应的一般思路分析电解反应的一般思路溶液中存在的离子溶液中存在的离子两极上的电极反应两极上的电极反应离子的移动方向及放电顺序离子的移动方向及放电顺序判断电解池的阴、阳极判断电解池的阴、阳极电解电解Na2SO4溶液的分析溶液的分析阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢

12、气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4 阳极阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 阴极阴极: 4H + 4e- = 2H2 2H2O = 2H2 +O2 通电通电变大变大不不变变加水加水Na2SO4溶液溶液 如电解如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶等溶液时其电极反应式为：液时其电极反应式为：阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 4H+ +4e2H2 总反应：总反应：2H2O O2 +2H2 电解电解 电解后溶液中电解后溶液中溶质的质量分数增大溶质的质量分数增大，若要恢，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。复原来的浓

13、度，只需加入一定量的水即可。二二.用惰性电极电解电解质溶液规律用惰性电极电解电解质溶液规律 1.电解水型：电解水型：阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原CuCl2 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小减小减小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解电解电解CuCl2溶液的分析溶液的分析如电解盐酸、如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等 电解后溶液中电解后溶液中溶质的质量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢复，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入

14、一通入一定量的定量的HCl气体气体)阳极：阳极： 2Cl 2eCl2阴极：阴极： 2H+ +2e H2 总反应：总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解盐酸电解盐酸2.电解电解质本身：电解电解质本身：阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原NaCl 阳极阳极: 2Cl- 2e- Cl 2阴极阴极: 2H + 2e- H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液电解电解NaCl溶液的分析溶液的分析如电解如电解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。溶液等。 电解后原溶液中电解后原溶液中溶质的质

15、量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体。气体。阳极阳极 (C)： 2Cl 2eCl2阴极阴极 (C)： 2H+ +2e H2 总反应：总反应： 2NaCl+2H2O2NaOH+ Cl2 + H2 电解电解3.放出氢气生成碱型：放出氢气生成碱型：阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- 4e- 2H2O+O2 阴极：阴极：Cu2+ 2e- Cu减小减小减小减小 加加CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解电解电解CuSO4溶液的分析溶液的分析如电解如电解Cu

16、SO4溶液、溶液、AgNO3溶液等。溶液等。阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 2Cu2+ +4e2Cu总反应：总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4 电解电解 电解后原溶液中电解后原溶液中溶质的质量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。电解电解CuSO4溶液溶液4.放出氧气生成酸型：放出氧气生成酸型：电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳极：阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 与与区：电解本身型区：电解本身型 如

17、如CuClCuCl2 2 、HClHCl与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：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电解质溶液用惰性电极电解的示例：含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaOH活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4OH-4e-O2+2H2O阴极：阴极：4H+ + 4e- 2H2减小减小增大增大不变不变H2O阳极：阳极：

18、2Cl- 2e-Cl2阴极：阴极：2H+2e- H2增大增大HCl不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl- 2e- Cl2阴极：阴极：Cu2+2e- Cu减少减少CuCl2活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl- 2e- Cl2阴极：阴极：2H+2e- H2增大增大HCl不活泼金属的不活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH- 4e- O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e- 2Cu减小减小CuO（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe 1.写出下列装置的电极反应式

19、，并判断写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液溶液PH值的变化。值的变化。巩固练习巩固练习 2. 2.如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有，对该装置的有关叙述正确的是关叙述正确的是 A.P A.P是电源的正极是电源的正极 B.FB.F极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH- - - 4e- 4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2 C. C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，两极外，其余电极均参加了反应其余电极均参加了反应 D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两

20、池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变B 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 4.为下图所示装置中，为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段都是惰性电极，通电一段 时间后，时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是极附近溶液呈红色。下列说法正确的是 AX是正极，是正极，Y是负极是负极 BX是负极，是负极，Y是正极是正极 CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值

21、逐渐减小 DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 第三课时第三课时三三.电解原理的应用电解原理的应用电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理思考思考:（1）电解池的两极各产生什么现象）电解池的两极各产生什么现象? 若在两极附近均滴加酚酞试若在两极附近均滴加酚酞试 液，会有什么现象液，会有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象）结合教材，分析产生这种现象 的原因。的原因。在在U型管里装入饱和食盐型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，水，用一根碳棒作阳极

22、，一根铁棒作阴极。接通直一根铁棒作阴极。接通直流电源流电源实验装置实验装置1.电解食盐水电解食盐水 现象：现象： 阳极：有气泡产生，使阳极：有气泡产生，使 湿润的淀粉湿润的淀粉KI 溶液变蓝溶液变蓝 阴极：有气泡产生，滴阴极：有气泡产生，滴 加酚酞溶液变红加酚酞溶液变红 阳极：阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 阴极：阴极：2H+ + 2e- = H2 总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2(条件条件:通电通电)实验装置实验装置（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛 阳离子交换膜：阳离子交换膜： 只允

23、许阳离子通过只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体离子和气体 不能通过不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、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、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧，而影响氢氧化化 钠的产量。钠的产量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴

24、 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室 粗盐的成份：粗盐的成份：泥沙、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精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水)(242SOBaCl除过量)(除泥沙及沉淀过滤)Ba.Ca(CONa2232除过量)CO(23除适量盐酸)Fe.Mg(NaOH32除过量)Mg.Ca(22除阳离子交换塔2. 2. 电电镀镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄

25、层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。电电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就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。就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。 阴极：待镀金属制品阴极：待镀金属制品 阳极：镀层金属阳极：镀层金属 电镀液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液电镀

26、液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液 （2） 电镀池的形成条件电镀池的形成条件（3 3）电镀的结果，）电镀的结果，电镀液电镀液的浓度保持不变的浓度保持不变镀件镀件 铜铜 氯化铜溶液氯化铜溶液实验现象实验现象阳极：阳极：阴极：阴极：铜变小铜变小有红色固体产生有红色固体产生电极反应电极反应Cu2e- Cu2+Cu2+2e-Cu电镀液的组成及酸碱性不会变化电镀液的组成及酸碱性不会变化例：电镀铜原理例：电镀铜原理3.3.铜的电解精炼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、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镍、银、金等），

27、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。能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)粗铜Cu2+Cu纯铜电解精炼铜的原理示意图：电解精炼铜的原理示意图：Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+H+Fe2+ e-Cu2+CuCu2+CuCu2+CuCu2+CuCu2+CuFeAgCu2+Cu2+Fe2+Cu2+Cu2+AuOH-SO42-SO42-SO42- 纯铜作阴极，粗铜作阳极；纯铜作阴极，

28、粗铜作阳极； e- e-AgAg Au硫酸铜溶液作电解液硫酸铜溶液作电解液阳极：阳极： Zn - 2e- = Zn2+Fe - 2e- = Fe2+Ni - 2e- = Ni2+Cu - 2e- = Cu2+Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu阳极泥阳极泥问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSO4溶液溶液粗铜粗铜纯铜纯铜特征特征纯铜作阴极，粗铜作阳极纯铜作阴极，粗铜作阳极阳极主要金属与电解质中的阳离子相同阳极主要金属与电解质中的阳离子相同电解液电解液CuSO4的浓度基本不变的浓度基本不变4. 电冶金电冶金（1）制取金属钠）制取金属钠电解熔融状态的氯化钠电解熔融状态的氯化钠阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极：2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通电 阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4A