选修4-第4章-第3节-电解池

1、第三节第三节 电解池电解池(第一课时第一课时)燃料电池：燃料电池：2H2H2 2 + + O O2 2 = = 2H2H2 2O O 电解水：电解水：2H2H2 2O O = = 2H2H2 2 + + O O2 2 【实验【实验4-24-2】现象现象：阳极阳极：碳：碳棒上有气泡，能使湿润的碘化钾淀粉棒上有气泡，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝试纸变蓝-ClCl2 2阴极：碳阴极：碳棒上逐渐覆盖了一层红色的棒上逐渐覆盖了一层红色的铜铜注：在电解装置中，注：在电解装置中，将发生将发生氧化反应氧化反应( (失电子失电子) )的电极定义为的电极定义为阳极阳极，与电源与电源正极正极相连。相连。将发生将发生

2、还原反应还原反应( (得电子得电子) )的电极定义为的电极定义为阴极阴极，与电源与电源负极负极相连。相连。电源正极电源正极阳极阳极阴极阴极电源负极电源负极失电子失电子( (氧化氧化) )阳离子阳离子阴离子阴离子得电子得电子( (还原还原) )电解过程示意简图：电解过程示意简图：给给电解质电解质溶液溶液通电通电时，时，在外电在外电场场的作用下的作用下，溶，溶液中的离子会定向移动，液中的离子会定向移动，阴离子趋向于阳极阴离子趋向于阳极，阳离子阳离子趋向于阴极趋向于阴极( (如图如图4-9)4-9)。当这些离子到达电极时，就。当这些离子到达电极时，就会失去或得到电子会失去或得到电子( (阴离子失，阳

3、离子得阴离子失，阳离子得) )，发生氧化，发生氧化或还原反应或还原反应-这个过程叫做这个过程叫做放电放电。 阳极：阳极：2Cl2Cl- - - - 2e2e- - = = = ClCl2 2 - -氧化反应氧化反应阴极阴极: Cu: Cu2+2+ + + 2e2e- - = = = Cu Cu - -还原反应还原反应总反应：总反应：CuCu2+2+ + + 2Cl2Cl- - = = CuCu + + ClCl2 2 Cu CuClCl2 2 = = CuCu + + ClCl2 2电解电解电解电解非自发吸热反应非自发吸热反应电解电解：使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引：使直流电通过电解质

4、溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程，叫做电解。起氧化还原反应的过程，叫做电解。电解池电解池：电能转变为化学能的装置。电能转变为化学能的装置。1.1.直流电源；直流电源；2.22.2个电极；个电极；3.3.电解质溶液电解质溶液( (或熔融或熔融) )；4.4.闭合电路。闭合电路。一、电解原理一、电解原理构成电解池的构成电解池的条件条件：练习练习1 1分析下图，哪分析下图，哪些些是原电池，哪是原电池，哪些些是电解池是电解池1、3、56、7二、电解原理的应用二、电解原理的应用1 1、氯碱工业、氯碱工业-电解饱和食盐水制造烧碱、氯气和氢气电解饱和食盐水制造烧碱、氯气和氢气2Cl2Cl- - -

5、- 2e2e- - = Cl= Cl2 22H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2总反应：总反应：2NaCl2NaCl + + 2H2H2 2O O = = 2NaOH + 2NaOH + ClCl2 2+ H H2 2【现象】【现象】阳极：有气泡，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝阳极：有气泡，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 阴极：有气泡，加酚酞变红阴极：有气泡，加酚酞变红（2H2H2 2O O + 2e+ 2e- - = = = H H2 2+2OH+2OH- -）电解电解CuCuClCl2 2电解电解NaClNaCl阳极2Cl2Cl- - - - 2e2e- - = = = C

6、lCl2 22Cl2Cl- - - - 2e2e- - = = = ClCl2 2阴极CuCu2+2+ + + 2e2e- - = = = Cu Cu2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2电解电解CuClCuCl2 2与电解与电解NaClNaCl的对比的对比电解NaCl时，阴极为什么没有生成Na？生成生成CuCu 不不生成生成H H2 2阴极区的离子：阴极区的离子： 电解电解CuClCuCl2 2CuClCuCl2 2溶液中有哪些离子溶液中有哪些离子 ？ CuCu2+ 2+ H H+ + 阴极反应：阴极反应： CuCu2+2+ + + 2e2e- - = Cu = Cu 或

7、或 2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 NaClNaCl溶液中有哪些离子溶液中有哪些离子 ？ 阴极区的离子：阴极区的离子： NaNa+ + H H+ + 生成生成H H2 2 不不生成生成NaNa阴极反应：阴极反应： NaNa+ + + + e e- - = Na = Na 或或 2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 得电子的能力：得电子的能力：CuCu2+ 2+ H H+ + NaNa+ + 失电子的能力：失电子的能力：Na Na H H CuCu 水溶液中，阳离子的放电顺序（得电子的能力）：水溶液中，阳离子的放电顺序（得电子的能力）：AgAg+

8、 + Hg Hg2+ 2+ FeFe3+3+ Cu Cu2+ 2+ H H+ +（水水） Pb Pb2+ 2+ Sn Sn2+ 2+ FeFe2+2+ ZnZn2+ 2+ AlAl3+ 3+ Mg Mg2+ 2+ Na Na+ + Ca Ca2+ 2+ K K+ + 阳离子的放电反应：阳离子的放电反应：M Mn+n+ + ne + ne- - = M = M 2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 FeFe3+3+ + e + e- - = = FeFe2+2+注：水溶液中，排在注：水溶液中，排在H H+ +后面的阳离子不放电，由水后面的阳离子不放电，由水电离的电离的H H

9、+ +放电：放电：2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2水溶液中，阴离子的放电顺序（失电子的能力）：水溶液中，阴离子的放电顺序（失电子的能力）：S S22 I I Br Br Cl Cl OH OH( (水水) ) 含氧酸含氧酸根根(NO(NO3 3、SOSO4 42 2 等等) ) F F- -阴离子的放电反应：阴离子的放电反应： S S22 - 2e- 2e- - = S = S 2X 2X- - - 2e - 2e- - = X = X2 24OH4OH- - - 4e - 4e- - = O = O2 2 + 2H + 2H2 2O O 注：水溶液中，注：水溶液中，

10、含氧酸根含氧酸根和和F F- -不放电，由水电离的不放电，由水电离的OHOH放电：放电：4OH4OH- - - 4e - 4e- - = O = O2 2 + 2H + 2H2 2O O 二、电解原理的应用二、电解原理的应用1 1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）氢气的工业）总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O = 2NaOH +Cl 2NaOH +Cl2 2+H+H2 2 食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：NaNa+ + 、ClCl- - 、H H+ + 、OHOH- -阳极阳极区：区： ClCl

11、- - OHOH- -放电顺序：放电顺序：ClCl- - OHOH- - 电极反应：电极反应：2Cl2Cl- - - - 2e2e- - = Cl= Cl2 2 阴极阴极区：区： NaNa+ + H H+ +放电顺序：放电顺序：H H+ + NaNa+ + 电极反应：电极反应：2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 （2H2H2 2O O + 2e+ 2e- - = = = H H2 2+ 2OH+ 2OH- -） 【练习】【练习】写出电解下列溶液的电极反应：写出电解下列溶液的电极反应：FeClFeCl2 2 FeCl FeCl3 3 AgNOAgNO3 3 Na Na2

12、2SOSO4 4 H H2 2SOSO4 4 NaOH NaOH CuSOCuSO4 4 2 2、电镀、电镀【现象】【现象】阳极阳极(Cu)(Cu)：CuCu片被腐蚀片被腐蚀阴极阴极(Fe)(Fe)：FeFe片上析出红色的片上析出红色的CuCu【实验】用【实验】用FeFe和和CuCu做电极电解做电极电解CuSOCuSO4 4Cu2eCu2e = = = Cu Cu2+ 2+ CuCu2+2+ + 2e + 2e = = = Cu Cu电解电解CuCuClCl2 2电镀电镀CuCu电解质电解质CuCuClCl2 2CuSOCuSO4 4阳极阳极电极材料电极材料C CCuCu电极反应电极反应2Cl

13、2Cl- - - - 2e2e- - = = = ClCl2 2Cu2eCu2e = = = Cu Cu2+2+阴极阴极电极材料电极材料C CFeFe电极反应电极反应CuCu2+2+ + + 2e2e- - = = = Cu CuCuCu2+2+ + 2e + 2e = = = Cu Cu电解电解CuClCuCl2 2与与电镀电镀CuCu的对比的对比阳极反应为何不同？阳极反应为何不同？在电解池中，阴极材料是一定不会参与电极反应在电解池中，阴极材料是一定不会参与电极反应的，只起导电作用；但的，只起导电作用；但阳极阳极材料有可能直接参与电极材料有可能直接参与电极反应，取决于电极材料的活泼性，电极材

14、料分为反应，取决于电极材料的活泼性，电极材料分为2 2类：类：惰性电极惰性电极：石墨、：石墨、PtPt、AuAu活性电极活性电极：绝大多数金属（：绝大多数金属（Mg - AgMg - Ag）阳阳极极惰性电极不活泼，不参与电极反应惰性电极不活泼，不参与电极反应金属失电子能力比阴离子强，代替金属失电子能力比阴离子强，代替阴离子放电。阴离子放电。2 2、电镀、电镀 定义：定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一层利用电解原理在某些金属的表面镀上一层其它金属或是合金的方法。其它金属或是合金的方法。 电镀材料：电镀材料： 电极反应电极反应：阳极：阳极：Cu 2eCu 2e = Cu = Cu2+2+ 阴

15、极：阴极：CuCu2+2+ + 2e + 2e = Cu= Cu 特点：特点：阳极阳极参与参与反应反应，电镀液的浓度基本不变。电镀液的浓度基本不变。阴阴极极金属件金属件 镀件镀件阳阳极金属极金属 镀层镀层电镀液电镀液： 含有镀层金属离子含有镀层金属离子铜的精炼铜的精炼一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、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。线的导电能力。

16、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)阳极：阳极：ZnZn - -2e2e- - Zn Zn2+2+Fe Fe - -2e2e- - Fe Fe2+2+ NiNi - -2e2e- - Ni Ni2+2+CuCu - -2e2e- - Cu Cu2+2+Ag Ag AuAu阴极阴极: CuCu2+2+ + + 2e2e- - CuCuNiNi2+2+FeFe2+2+ZnZn2+2+ 阳极泥阳极泥电解电解池的最基本规律池的最基本规律：1.1.阳极失电子，阴极的电子。阳极失电子，阴极的电子。2.2.阳极连正极，阴极连负极。阳极连正极，阴极连负极

17、。3.3.阳离子向阴极，阴离子向阳极。阳离子向阴极，阴离子向阳极。电解电解池电极反应的写法池电极反应的写法：1.1.确定阴、阳极确定阴、阳极-看电源看电源负极负极阴极阴极正极正极阳极阳极2.2.确定电极类型确定电极类型-看阳极看阳极Pt Au C-Pt Au C-惰性电极惰性电极金属金属-活性电极活性电极 3.3.确定放电离子确定放电离子-看放电顺序看放电顺序阳极找阴离子阳极找阴离子阴极找阳离子阴极找阳离子4.4.写电极反应写电极反应惰性电极惰性电极阳：阴离子失电子阳：阴离子失电子阴：阳离子得电子阴：阳离子得电子注：注：若放电的若放电的H H+ +或或OHOH- -来自于来自于H H2 2O

18、O，在电极反应中，在电极反应中可以用可以用H H+ +或或OHOH- -来表示，但在总反应中要将来表示，但在总反应中要将H H+ +或或OHOH- -改成改成H H2 2O O。活性电极活性电极阳：阳极失电子阳：阳极失电子阴：阳离子得电子阴：阳离子得电子5.5.写总反应：电极反应叠加写总反应：电极反应叠加【举例】【举例】1.1.用用石墨石墨电极电解硫酸铜溶液电极电解硫酸铜溶液。2.2.用用CuCu电极电解电极电解氯化钠氯化钠溶液溶液。阳极阳极：4OH4OH- - - - 4e4e- - = = = 2H 2H2 2O O + + O O2 2阴极阴极：CuCu2+2+ + + 2 2e e-

19、- = = = Cu Cu总反应总反应：2Cu2Cu2+2+ + + 2H2H2 2O O = = 2Cu2Cu + + 4H4H+ + + + O O2 2电解电解阳极：阳极：CuCu - - 2e2e = CuCu2+2+阴极：阴极：2H2H+ + + 2e + 2e = H H2 2 总反应：总反应：CuCu + + 2H2H2 2O O = = CuCu2+2+ + + H H2 2+ + 2OH2OH- -3 3. .用用石墨石墨电极电解电极电解氢氧化钠溶液。氢氧化钠溶液。阳极阳极：4 4OHOH- - - - 4e4e- - = = = 2H 2H2 2O O + + O O2 2

20、阴极：阴极：2 2H H+ + + 2e + 2e = H H2 2总反应：总反应：2H2H2 2O O = = 2 2H H2 2+ O O2 2相当于电解水相当于电解水4 4. .用用FeFe电极电解电极电解稀硫酸。稀硫酸。阳极：阳极：FeFe - - 2e2e = FeFe2+2+阴极：阴极：2 2H H+ + + 2e + 2e = H H2 2总反应：总反应：Fe Fe + + 2 2H H+ + = = FeFe2+2+ + + H H2 21 1、用石墨电极电解、用石墨电极电解CuClCuCl2 2、NaClNaCl的混合溶液时，阴极的混合溶液时，阴极析出的物质是析出的物质是 ；

21、阳极产物是；阳极产物是 。2 2、两极都用银片作电极电解、两极都用银片作电极电解AgNOAgNO3 3时，阳极产物时，阳极产物是是 ；阴极的产物是；阴极的产物是 。3 3、试写出下列装置中所发生的电极反应式。、试写出下列装置中所发生的电极反应式。【练练习习】CuCuClCl2 2AgAg+ +AgAgFeFe C C C C FeFe Fe Fe AlAl NaNa2 2SOSO4 4溶液溶液 Fe FeSOSO4 4溶液溶液 FeCl FeCl3 3溶液溶液4.电冶金电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）铝土矿食盐晶体4、电冶金冶炼活泼金属 K Al 2Al2O3 (熔融)

22、 = 4Al + 3O2通电MgCl2 (熔融) = Mg + Cl22NaCl (熔融) = 2Na + Cl2AlCl3 ？MgO ？ 为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？通电通电冰晶石盐溶液则相当于电解水中的H+得到氢气 电解熔融氯化钠制钠两电极接直流电源两电极接直流电源电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路形成形成条件条件将电能将电能 转变成化学能的装置转变成化学能的装置将化学能将化学能 转变成电能的装置转变成电能的装置定义定义装置装置实例实例电解池电解池原电池原电池装置装置电源负极电源负极电解池阴极电解池阴极电解池阳极电解池阳极电源正极电源正极电子电子流向流向阳极：阳极：氧化反应，溶液氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电中的阴离子失电子或电极金属失电子极金属失电子阴极：阴极