第四章第三节电解池2

1、 第四章第四章 电化学基础电化学基础原电池：把化学能转化为电能的装置。原电池：把化学能转化为电能的装置。电解池：把电能转化为化学能的装置。电解池：把电能转化为化学能的装置。 电解池相当于电解池相当于用电器用电器, ,与直与直流电源两极相联。流电源两极相联。 阴极阴极 与电源负极相联的极。与电源负极相联的极。 阳极阳极 与电源正极相联的极与电源正极相联的极。-+电离：电解质在溶液或熔融状态下离解为自由移动离电离：电解质在溶液或熔融状态下离解为自由移动离子的过程。子的过程。 右图是电解熔融氯化钠示意图。右图是电解熔融氯化钠示意图。2 2通电后电极分别发生通电后电极分别发生了什么反应了什么反应? ?

2、请写出两电请写出两电极上电极反应式。极上电极反应式。阳极阳极: 2Cl-2e-=Cl2 (氧化反应氧化反应)阴极阴极: 2Na+2e-=2Na (还原反应还原反应) 电子流向电子流向: :负极负极 阴极阴极 溶液溶液 阳极阳极 正极正极 e- e-3 3请分析电解过程中电子的流向。请分析电解过程中电子的流向。讨论下列问题：讨论下列问题： 1.1.通电前和通电后通电前和通电后( (下右下右) )熔融氯化钠熔融氯化钠中中NaNa+ +和和ClCl- -的运动有何差异的运动有何差异? ?请在右图请在右图中用箭头表示中用箭头表示NaNa+ +和和C1C1- -的运动情况：的运动情况：e- 通电前通电前

3、,Na,Na+ +、ClCl- - 在在 _运动。运动。 通电后通电后,Na,Na+ +向向_ 极移动，极移动，ClCl- -向向_极移动。极移动。电子从电源负极流向电子从电源负极流向_极极, ,电极反应为电极反应为_ _,_ _,发生发生_反应。反应。电子从电解池阳极流向电子从电解池阳极流向_极极, ,电极反应为电极反应为_,_,发生发生_反应。反应。总反应为总反应为_。 阴阴无规则自由无规则自由阳阳电解池阴电解池阴2NaCl 2Na +Cl2 通电 氧化氧化还原还原电源正电源正2Na+ 2 e- =2Na2Cl-2e-= Cl2 电解：电解：在在直流电直流电的作用下，两电极上分别发的作用下

4、，两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做生氧化反应和还原反应的过程叫做电解电解。电解是电解是最强有力的氧化还原手段最强有力的氧化还原手段，能使许多，能使许多在通常条件下不能发生的氧化还原反应得以进在通常条件下不能发生的氧化还原反应得以进行，因此在生产中有着许多重要的用途。行，因此在生产中有着许多重要的用途。一、电解原理一、电解原理如：如：电解熔融的氯化镁制取金属镁；电解熔融的氯化镁制取金属镁； 电解熔融的氧化铝制取金属铝等电解熔融的氧化铝制取金属铝等上述例子是电解熔融盐的情况。上述例子是电解熔融盐的情况。假如是电解质溶液的电解又会发生什么反应呢？假如是电解质溶液的电解又会发生什么反应呢？

5、实践探究实践探究向氯化铜溶液中通入直流电向氯化铜溶液中通入直流电A：理论先行：理论先行思考思考1 1：氯化铜溶液中含有哪些微粒氯化铜溶液中含有哪些微粒? ?CuClCuCl2 2 CuCu2+2+2Cl+2Cl- - H2O H+ + OH- 阳离子：阳离子：Cu2+ H+ ; 阴离子：阴离子：Cl- OH-思考思考2 2：在通电时这些微粒各向什么区在通电时这些微粒各向什么区移动移动？Cu2+ H+向阴极区移动向阴极区移动；Cl- OH-向阳极区移动向阳极区移动思考思考3 3：猜想在通电时在阳极和阴极各会是何种离猜想在通电时在阳极和阴极各会是何种离子放电？产物可能是哪些？子放电？产物可能是哪些

6、？Cl-Cl2 OH-O2Cu2+Cu H+H2阴极区：阴极区：阳极区：阳极区：【实验实验4-24-2】向氯化铜溶液中通入直流电向氯化铜溶液中通入直流电B:实践检验实践检验实验实验: :将两根将两根石墨石墨棒分别跟直流电源的正极和棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入负极连接，浸入U U型管的型管的CuClCuCl2 2溶液中，再接通溶液中，再接通12V12V直流电约直流电约3min,3min,观察现象。观察现象。 当离子到达电极时当离子到达电极时, ,可失去电子或得到电子可失去电子或得到电子, ,发生发生氧化还原反应氧化还原反应, ,这个过程叫放电。这个过程叫放电。现象现象O2? Cl2?如

7、何如何检验检验? ?Cu解释：解释：2Cl-2e-= Cl2Cu2+2e-= CuCu2+2Cl- = Cl2+ Cu电解电解 可用湿润可用湿润KI淀粉试纸检验，若试淀粉试纸检验，若试纸变蓝，证明产生氯气。纸变蓝，证明产生氯气。CuCl2= Cl2 + Cu电解电解【活动活动探究探究】电解饱和食盐水电解饱和食盐水1. 1. 原理分析原理分析 可能的电极反应可能的电极反应阳极阳极：2Cl-2e- Cl2 或或 4OH-4e- O2 2H2O阴极阴极：Nae-Na 或或 2H2e-H2 可能的实验现象：可能的实验现象： 阳极有气泡冒出（阳极有气泡冒出（ClCl2 2还是还是O O2 2） 阴极有气

8、泡冒出（阴极有气泡冒出（H H2 2）同时发生还是同时发生还是有先有后？有先有后？ NaClNaCl溶液和熔融溶液和熔融NaClNaCl均可导电。电解食盐水也能象均可导电。电解食盐水也能象电解电解CuClCuCl2 2溶液得到溶液得到CuCu一样得到一样得到NaNa吗？吗？2. 2. 方案设计方案设计 阴阴 极极 阳阳 极极电极电极在阴极收集一试管气体，用大拇指堵住倒在阴极收集一试管气体，用大拇指堵住倒置试管管口，移近酒精灯火焰，松开大拇置试管管口，移近酒精灯火焰，松开大拇指，若听到爆鸣声，说明阴极有指，若听到爆鸣声，说明阴极有H2产生产生 H2在饱和在饱和NaCl溶液中滴入酚酞试液溶液中滴入

9、酚酞试液,若阴极若阴极附近溶液变红附近溶液变红,说明阴极区有说明阴极区有NaOH产生产生 NaOH将带火星的小木条放在阳极附近，若木条将带火星的小木条放在阳极附近，若木条复燃，说明阳极有复燃，说明阳极有O2产生产生 O2将湿润的淀粉将湿润的淀粉KI试纸放在阳极附近，若试纸放在阳极附近，若试纸变蓝，说明阳极有试纸变蓝，说明阳极有Cl2产生产生 Cl2 检验方法检验方法可能产物可能产物【活动活动探究探究】电解饱和食盐水电解饱和食盐水3. 3. 方案设计与实施方案设计与实施 实验方案：实验方案：在在U U形管里装入饱和食盐水，在形管里装入饱和食盐水，在U U形管两端形管两端各滴入几滴酚酞试液，插入两

10、根石墨棒作电极，把湿各滴入几滴酚酞试液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源，润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源，观察观察U U形管内的现象和试纸颜色的变化，把带火星的形管内的现象和试纸颜色的变化，把带火星的小木条放在阳极附近，观察现象。小木条放在阳极附近，观察现象。 实验现象：实验现象：在阳极石墨棒上有气泡产生，并使湿润的在阳极石墨棒上有气泡产生，并使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，不能使带火星的木条复燃；在碘化钾淀粉试纸变蓝，不能使带火星的木条复燃；在阴极石墨棒上有气泡产生，阴极附近的溶液变红。阴极石墨棒上有气泡产生，阴极附近的溶液变红。 实验结论：实

11、验结论： 阳极区有阳极区有ClCl2 2生成，阴极区有生成，阴极区有H H2 2和和NaOHNaOH生成。生成。 为何当一个电极周围存在多种可能放为何当一个电极周围存在多种可能放电的离子时，离子不是一起放电，而是只电的离子时，离子不是一起放电，而是只有一种离子放电？而离子放电的能力与什有一种离子放电？而离子放电的能力与什么因素有关呢？么因素有关呢？思考：思考： 离子的放电顺序离子的放电顺序 用石墨（用石墨（Pt)Pt)作电极时作电极时 阳极上阴离子的放电顺序是：阳极上阴离子的放电顺序是：ClCl OH OH 阴极上阳离子的放电顺序是：阴极上阳离子的放电顺序是：H H+ + Na Na 进一步探

12、索进一步探索：电解：电解CuClCuCl2 2时离子的放电顺序如何？时离子的放电顺序如何？为什么会有这样的顺序？你能得出什么规律吗？为什么会有这样的顺序？你能得出什么规律吗？阳极上阳极上：Cl- OH-阴极上阴极上：Cu2+ H+阴极阴极： 电子，发生电子，发生_反应，离子反应，离子 越强，放电越容易。越强，放电越容易。常见阳离子在阴极的放电顺序：常见阳离子在阴极的放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+阳极阳极： 电子，发生电子，发生_反应，离子反应，离子 越强，放电越容易。越强，放电越容易。当阳极为惰性电极当阳极为惰性电极( (石墨、铂石墨、铂) )时时,

13、 ,常见阴离子常见阴离子放电顺序：放电顺序： 阳离子得阳离子得还原还原氧化性氧化性阴离子失阴离子失氧化氧化还原性还原性（与金属活动性顺序相反）（与金属活动性顺序相反）（无氧酸根（无氧酸根 氢氧根氢氧根 含氧酸根）含氧酸根）金属金属 S2- I- Br- Cl OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 除Pt、Au写出电解饱和食盐水的电极反应式和总反应式写出电解饱和食盐水的电极反应式和总反应式:阳极：阳极： 2Cl2eCl2（氧化反应）（氧化反应）阴极：阴极： 2H2eH2 （还原反应）（还原反应）总反应式：总反应式：2NaCl+2H2O = 2NaOH+ H2+ Cl2阴极产物阴极产物阳极产物阳极产物电

14、解电解思考思考：随着电解的进行，气体产物会一直都是随着电解的进行，气体产物会一直都是H H2 2和和ClCl2 2吗？吗？当食盐浓度降得很低时，变成电解水，产生当食盐浓度降得很低时，变成电解水，产生H H2 2和和O O2 2。 电解规律：电解规律：( (用惰性电极电解时用惰性电极电解时) ) 1 1、电解、电解活泼金属含氧酸盐活泼金属含氧酸盐及及强酸强酸、强碱强碱的水的水溶液即是溶液即是电解水电解水（如（如:KNO:KNO3 3、NaNa2 2SOSO4 4、H H2 2SOSO4 4、NaOHNaOH、KOHKOH等溶液）。等溶液）。 2 2、电解、电解无氧酸无氧酸及及不活泼金属无氧酸盐不

15、活泼金属无氧酸盐溶液即溶液即是是电解质本身电解电解质本身电解（如：（如：HClHCl、H H2 2S S、H HI、CuClCuCl2 2等）。等）。 3 3、电解、电解活泼金属无氧酸盐活泼金属无氧酸盐或或不活泼金属含氧不活泼金属含氧酸盐酸盐溶液即溶液即同时电解水同时电解水和和电解质电解质。（如：。（如：NaClNaCl、K KI、CuSOCuSO4 4、AgNOAgNO3 3等）等）. . 分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子

16、电解规律电解规律( (用惰性电极电解时用惰性电极电解时) )电解电解时，时，如电解如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液等溶液阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 4H+ +4e2H2 总反应：总反应：2H2O O2 +2H2 电解电解 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的原来的浓度，只需加入一定量的 即可。即可。实质：电解水实质：电解水例如：电解硫酸钠溶液例如：电解硫酸钠溶液增大增大水水 电解电解无氧酸溶液无氧酸溶液( (氢氟酸除外氢氟酸除外) )、不活泼金属的、不活泼金属的无氧酸盐溶液无氧酸

17、盐溶液，如电解盐酸，如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的复原来的组成和浓度，需加入一定量的 ( (通通入一定量的入一定量的HClHCl气体气体) )阳极：阳极： 2Cl- 2e- Cl2阴极：阴极： 2H+ 2e- H2 总反应：总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解例：电解盐酸例：电解盐酸实质：电解质本身被电解实质：电解质本身被电解减小减小溶质溶质 电解电解不活泼金属含氧酸盐不活泼金属含氧酸盐时，电解质和水都时，电解质和水都有部分被电解，如电解有部分被电解，如电解CuSOCuSO4

18、4溶液、溶液、AgNOAgNO3 3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 电解后原溶液中溶质的质量分数电解后原溶液中溶质的质量分数 ，若要，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量恢复原来的组成和浓度，需加入一定量 。例：电解例：电解CuSO4溶液溶液减小减小金属氧化物金属氧化物 电解电解活泼金属的含氧酸盐溶液活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质和水时，电解质和水都有一部分被电解。都有一部分被电解。 例：电解例：电解NaClNaCl溶液等。溶液等。 电解后原溶液

19、中溶质的质量分数电解后原溶液中溶质的质量分数 减小减小，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HClHCl。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 电解电解练习：写出下列溶液电解的电极反应和总反应方练习：写出下列溶液电解的电极反应和总反应方程式程式 ( (以石墨为电极以石墨为电极) ) 。硫酸溶液硫酸溶液：氢碘氢碘酸酸：NaOHNaOH溶液溶液: :CuBr2溶液：溶液：KCl溶液：溶液：CuSO4溶液：溶液：KNO3溶液：溶液：2HI H2 +

20、 I2 通电 通电 2H2O 2H2 + O2 通电 2H2O 2H2 + O22CuBr Cu + Br2 通电 通电 2KCl + 2H2O 2KOH + H2 + Cl2 通电 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2+ 2H2SO4 通电 2H2O 2H2 + O2化学与生活化学与生活 家用环保型消毒液发生器家用环保型消毒液发生器 某学生想制作一种家用环保型消毒液某学生想制作一种家用环保型消毒液 发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。电解过程为使液。电解过程为使ClCl2 2吸收完全，制得有较吸收完全，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如右图的

21、装强杀菌能力的消毒液，设计了如右图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是分判断正确的是: :A. aA. a为正极，为正极，b b为负极；为负极；NaClONaClO和和NaClNaClB. aB. a为负极，为负极，b b为正极；为正极；NaClONaClO和和NaClNaClC. aC. a为阳极，为阳极，b b为阴极；为阴极；HClOHClO和和NaClNaClD. aD. a为阴极，为阴极，b b为阳极；为阳极；HClOHClO和和NaClNaClB二、电解原理的应用二、电解原理的应用Cl2阳极阳极阴极阴极+-NaClO在工业生产中，

22、用在工业生产中，用阳离子交换膜（只允阳离子交换膜（只允许阳离子通过）将阴许阳离子通过）将阴极区与阳极区隔开，极区与阳极区隔开，使阴极区的使阴极区的OHOH- -不能进不能进入阳极区。入阳极区。a.a.ClCl在阳极失电子生成在阳极失电子生成ClCl2 2，OHOH- -若若进入阳极区会与进入阳极区会与ClCl2 2反应，既减少反应，既减少ClCl2 2的产量，又会生成的产量，又会生成NaClO,NaClO,使产品不纯。使产品不纯。 b.b.H H2 2和和ClCl2 2在光照下混合的后果严重。在光照下混合的后果严重。工业上电解饱和食盐水制备工业上电解饱和食盐水制备NaOHNaOH和和ClCl2

23、 2时会遇到什么问题？时会遇到什么问题？1 1、电解饱和食盐水、电解饱和食盐水氯碱工业氯碱工业化学与技术化学与技术氯碱工业中使用阳离子交换膜氯碱工业中使用阳离子交换膜2 2、电镀、电镀 应用电解原理在需要保护的应用电解原理在需要保护的金属表面镀上一薄层其他金属或合金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。金的方法。思考：思考：（1）硫酸铜为电解液，把铜片接硫酸铜为电解液，把铜片接正极，铁钉接负极时，会看到什么正极，铁钉接负极时，会看到什么现象？现象？思考：思考：为什么铁钉上的铜会消失？为什么铁钉上的铜会消失？ 电镀时，溶液中的离子浓度、电镀时，溶液中的离子浓度、pHpH是否改变？是否改变？ 当金

24、属或合金作正极时，金属的失电子能力比离子强，所以当金属或合金作正极时，金属的失电子能力比离子强，所以是金属放电（溶解）。是金属放电（溶解）。（2 2）当把两极反接，又会有什么现象？）当把两极反接，又会有什么现象？ 通过两极的电量相等，被氧化的金属原子与被还原的金属离通过两极的电量相等，被氧化的金属原子与被还原的金属离子个数相等，离子浓度和子个数相等，离子浓度和pH均不变。均不变。铜片溶解，铁片附上一层铜。铜片溶解，铁片附上一层铜。铁片上的铜溶解消失。铁片上的铜溶解消失。 电镀时电镀时,镀层金属作镀层金属作阳极阳极，待镀金属件作，待镀金属件作阴阴极极，含有镀层金属离子的溶液作，含有镀层金属离子的

25、溶液作电镀液电镀液。做一做：做一做：（1 1）设计一个电镀池，在铁件上镀锌，写出电极反应式。设计一个电镀池，在铁件上镀锌，写出电极反应式。（2 2）设计一个电镀池，在铁件上镀银，）设计一个电镀池，在铁件上镀银，写出电极反应式。写出电极反应式。 （2）阳极：银板）阳极：银板 阴极：铁件阴极：铁件 电镀液：电镀液：AgNO3溶液溶液阳极阳极: Ag e- = Ag+阴极：阴极：Ag+ + e- =Ag阳极阳极: Zn 2e- = Zn2+阴极：阴极：Zn2+ + 2e- =Zn（1）阳极：锌板）阳极：锌板 阴极：铁件阴极：铁件 电镀液：电镀液：ZnCl2(或或ZnSO4)溶液溶液疑问：从阴极离子放

26、电次序，疑问：从阴极离子放电次序，ZnZn2+2+为何比为何比H H+ +先放电？先放电？ 在在实际生产中，为了取得均匀细密的镀层，实际生产中，为了取得均匀细密的镀层，必须控制电解液中金属的离子浓度及其在阴极必须控制电解液中金属的离子浓度及其在阴极上的沉积速度，所以经常会加入上的沉积速度，所以经常会加入KCNKCN使金属离子使金属离子形成氰合金络离子，如形成氰合金络离子，如Ag(CN)Ag(CN)2 2- -、Zn(CN)Zn(CN)4 42-2-等。等。由于氰化物剧毒，对生产工人的健康和环境造由于氰化物剧毒，对生产工人的健康和环境造成很大威胁研究无毒络合剂的无氰电镀成为重成很大威胁研究无毒络

27、合剂的无氰电镀成为重要课题。要课题。 在电镀生产中，还要通过控制电压、电流在电镀生产中，还要通过控制电压、电流密度等才能得到高质的镀层。密度等才能得到高质的镀层。 工业上利用电解原理可以将粗铜进行电解精炼，工业上利用电解原理可以将粗铜进行电解精炼，得到纯（精）铜。得到纯（精）铜。思考：思考：精炼时，什么作阴极？什么作阳极？什么精炼时，什么作阴极？什么作阳极？什么作电解液？电解反应式？作电解液？电解反应式？阴极（纯铜片）：阴极（纯铜片）：Cu2+ + 2e- = Cu 如果粗铜中的杂质比铜稳定，是铜失电子溶解，杂如果粗铜中的杂质比铜稳定，是铜失电子溶解，杂质以单质形态沉积在电解槽底部阳极泥中；若

28、杂质比铜质以单质形态沉积在电解槽底部阳极泥中；若杂质比铜活泼，则杂质也失电子溶为阳离子。但由于电解质溶液活泼，则杂质也失电子溶为阳离子。但由于电解质溶液中中CuCu2+2+浓度要大得多，因此阴极得电子的还是浓度要大得多，因此阴极得电子的还是CuCu2+2+。阳极（粗铜棒）：阳极（粗铜棒）：Cu 2e- = Cu2+ （Zn、Ni、Fe等也能氧化溶解为离子进入溶液）等也能氧化溶解为离子进入溶液）3、电解精炼、电解精炼铜铜 在电解精炼铜生产中，硫酸铜溶液要定时在电解精炼铜生产中，硫酸铜溶液要定时更换，原因是：更换，原因是：1、其浓度随生产的进行会逐渐下降（、其浓度随生产的进行会逐渐下降（溶出的溶出的铜离子比沉积的铜原子的量要少，为什么？）。铜离子比沉积的铜原子的量要少，为什么？）。2、电解液中的杂质离子的浓度逐渐增大。、电解液中的杂质离子的浓度逐渐增大。 在电解精炼铜生产中产生的阳极泥里可回在电解精炼铜生产中产生的阳极泥里可回收贵重金属，具有很高经济价值。收贵重金属，具有很高经济价值。4 4、电冶金、电冶金 电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要方法。法是冶炼金属的一种重要方法。 对活泼金属（锌之前）单质的制取，电解法对活泼金属（锌