电解池 高二化学人教版（2019）选择性必修1

第四章

化学反应与电能

第二节

电

解

池

自1800年，伏特发明了伏打电池后，科学家们纷纷开始利用伏打电池研究电的化学效应，对水、盐溶液，熔融固体化合物进行通电实验，其中英国化学家戴维在点解释议案中发现了钠、钾、镁、钙、锶、钡等多种元素，成为发现最多新元素的科学家。1833年，英国科学家法拉第，经过一系列的实验，发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时，能够获得氯气，这一发现为氯碱工业的发展有重要的促进作用石墨饱和食盐水情境——电解池的前世今生

氯碱工业电解精炼铜电

镀电化学合成电解处理废水【实验4-2】在U形管中注入质量分数为25%CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极材料，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。CuCl2溶液石墨棒石墨棒oooooooooooooooooooo－＋阴极阳极CuCl2oooooooooooooooooooooooe-e-【思考与讨论】与直流电源负极相连的电极为阴极，发生还原反应。与直流电源正极相连的电极为阳极，发生氧化反应。阳离子Cu2+和H+向阴极移动阴离子OH-和Cl-向阳极移动Cu2+在阴极放电：Cl-在阳极放电：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）Cu2+

＋2e－

=Cu（还原反应）总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑电解1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。注意：①电流应是直流电②熔融态的电解质也能被电解2．电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。3．电解池的构成：①外加直流电源③电解质溶液或熔融的电解质④形成闭合回路②阴、阳两极一、电解原理

⑤能发生氧化还原反应

可以是自发的反应，也可以是非自发的反应

两极一液一电源，氧化还原是条件

4.几种流向的问题（1）电流：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→电解池阴极→电源负极）（2）电子流向：

电源

极→电解池

极；电解池

极→电源

极（3）离子：

阳离子→电解池

极阴离子→电解池

极负正阳阴阴阳电流(I)流向5.电解规律①活性电极：电极自身放电即电极自身失去电子发生氧化反应，如：Fe、Cu、Ag

②惰性电极：电极自身不反应，只导电。如：Au、Pt、C(1)判断阴、阳极分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。阴极材料只要导电就可以

阴极：

阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。

得电子能力（氧化性）强的离子先放电。Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>…>K+这5种金属离子在水中不放电，只有在熔融状态下放电，制备单质时只有电解熔融氯化物或熔融氧化物。这4种金属离子浓度较大时，先于H+放电。Fe3+得电子能力比Cu2+强，但第一阶段Fe3+只被还原为Fe2+(2)分析电解质溶液中的全部离子并分为阴、阳两组提示:不要忘记水溶液中的H+和OH-,不要把H+、OH-误加到熔融电解质中。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序

活泼金属作阳极,则金属首先失电子，发生氧化反应。

若是惰性电极作阳极，则只有溶液中阴离子放电。

失电子能力（还原性）强的离子先放电。阳极：活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根（NO3-、SO42-、CO32-）>F-小结：看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应①电解水型：电解质H2SO4NaOHNa2SO4阳极反应式阴极反应式pH变化复原加入物质减小增大不变H2O4OH-－4e－=O2↑＋2H2O4H＋＋4e－=2H2↑H2SO4、NaOH、Na2SO4等含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。（4）电解规律(用惰性电极电解时)②电解电解质型：电解质HClCuCl2阳极反应式阴极反应式Cu2＋＋2e－=CupH变化

复原加入物质2Cl－－2e－=Cl2↑2H＋＋2e－=H2↑增大HClCuCl2HCl、CuCl2等无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解电解质NaClCuSO4阳极反应式阴极反应式pH变化复原加入物质2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O－4e－=O2↑＋4H＋2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－=2Cu增大减小HClCuO或CuCO3④放氧生酸型：③放氢生碱型：2CuSO4+

2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4电解2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑电解

阳极：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅡ与Ⅳ区：如Na2SO4、H2SO4

、NaOH阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+电解本身型：放氢生碱型：放氧生酸型：电解水型：Ⅰ与Ⅲ区：如CuCl2

、HClⅠ与Ⅳ区：如NaClⅡ与Ⅲ区：如CuSO4、AgNO3电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。二、电解原理的应用

1.电解饱和食盐水：（氯碱工业）食盐水中的离子：H＋、Na＋、Cl－、OH－湿润的淀粉—KI试纸变蓝离子移动方向：

移向阳极，

移向阴极Cl－、OH－H＋、Na＋现象：阴极有无色气体产生，阴极端溶液变红，阳极产生的黄绿色气体能使淀粉—KI溶液变蓝。阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－电解饱和食盐水必须解决两个主要问题：①避免Cl2接触NaOH溶液会反应，使产品不纯，反应方程式：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O②避免生成的Cl2和H2混合，原因：遇火或强光会爆炸解决方法：使用离子交换膜生产设备：阳离子交换膜电解槽－+Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）阳离子交换膜阳极阴极阳极室阴极室阳离子交换膜：只允许阳离子通过，将电解槽隔成阳极室和阴极室。可避免H2和Cl2混合；也避免Cl2和NaOH反应从而影响NaOH的产量。【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？2.电镀应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。目的：增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。①电极式：阳极：Cu-2e-=Cu2+阴极：Cu2++2e-=Cu②电镀液：含Cu2+离子的电解质溶液①电极：阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品（即镀件）②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液实际电镀时，为了得到均匀、光洁、致密的镀层，往往需要在电镀液中加入各种助剂。黄铜矿粗铜（含有锌、铁、镍、银、金、铂等微量杂质）如果用粗铜制电线会大大降低其导电能力3.铜的电解精炼【交流研讨】结合现象，思考：①阳极和阴极材料分别是？②粗铜中的杂质金属如何除去？③电解精炼后，CuSO4溶液有何变化？CuSO4溶液阳极：

不及铜活泼的贵重金属（银、金等）不放电沉入槽底形成阳极泥，可作为提炼金、银等贵重金属的原料。阴极：Cu2++2e-=Cu（Cu2+氧化性最强且浓度最大）比铜活泼的金属先反应Zn–2e-=Zn2+Fe–2e-=Fe2+Ni–2e-=Ni2+（先反应）Cu–2e-=Cu2+（后反应，是主要反应）

随着电解的进行电解质溶液中CuSO4的浓度变小KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法加热分解法物理提取法4.电冶金金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。原理：Mn++ne-=M由于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。对于冶炼Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。熔融NaCl阴极阳极e-e-Na+Cl-总反应：2NaCl=2Na+Cl2↑电解阴极：2Na++2e-

＝2Na阳极：2Cl－－2e-

＝Cl2↑电解熔融的Al2O3制备Al阴极:阳极:总反应:4Al3++12e-=4Al6O2--12e-=3O2↑2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑电解助熔剂：冰晶石（Na3AlF6

六氟合铝酸钠）