第三节：电解原理

1、1,电化学,2,原电池反应的实质： 原电池的组成及工作原理： 能量转换形式：,原电池,自发的氧化还原反应,两个活动性不同的电极；电解质溶液；形成回路,化学能转化为电能,化学能可以转化为电能，电能同样也可以转化为化学能,3,电解水实验现象：,电能转化为化学能示例-电解水,两极相同的现象： 两极相同的现象：,实验结论： 与电源负极相连的电极产生的气体是：_,都有气体产生,与电源负极相连的电极上产生的气体体积是电源正极相连的电极上产生的气体体积的2倍,与电源正极相连的电极产生的气体是：_,如何通过实验检验两极气体？,电解水方程式_,4,电能转化为化学能示例-电解水,阳极（与电源正极相连的一极）：发生

2、氧化反应，失电子,阴极（与电源正极相连的一极）：发生还原反应，得电子,5,【课前预习】：,1、电解是指 _的过程 2、电解池是： _装置，也叫电解槽 3、电解池的两极分别叫做_极和_极； 其中与电源_极相连的一极叫做_极， 该极发生_反应 与电源_极相连的一极叫做_极， 该极发生_反应,使电流通过电解质溶液而在阴、阳 两极引起氧化还原反应,把电能转变为化学能,阳,阴,阳,正,氧化反应,负,阴,还原反应,6,【课前预习】：,4、石墨做电极时，向电解池通电，电子从电源的 负 极沿导线流入电解池的_ 极，_离子在_极_ 电子；电解池内阴、阳离子的定向移动形成内电路，_离子在_极 失去 电子，沿导线流

3、回电源_ 极。 5、电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的_过程。,阴,阳,阴,获得,阴,阳,正,电解,7,小结：电解池的电极确定及发生反应,在电解池中两极由电源决定： 阳极：与电源的正极相连的电极； 阴极：与电源的负极相连的电极。,阳极：发生氧化反应的电极(阳、氧、失） 阴极：发生还原反应的电极（阴、还、得）,8,实验探究：电解原理,1 . 归纳电解池的形成条件： 外接电源、 与电源相连接的两电极、 电解质溶液（或熔融的电解质） 2. 实验：电解氯化铜溶液 现象： 阳极： 有气体生成， 该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 阴极： 电极附着一层红色物质 电解的结果：两极有新物质生成,9,根据实验现

4、象，完成电极反应方程式： 阳极： 阴极： 总反应：,实验探究：电解原理,2Cl- -2e- =Cl2发生氧化反应,Cu2+ + 2e- =Cu 发生还原反应,Cu2+ + 2Cl-=Cu + Cl2,电解,10,问题探究：电解原理-电解CuCl2溶液,以石墨为电极电解CuCl2溶液时 问题1：氯化铜溶液中存在哪些微粒 问题2： 在两极上通入电流施加电压前后，溶液中的微粒如何运动？ 阴极为什么是Cu2+获得电子生成铜单质，而不是H+获得电子生成氢气？ 阳极为什么是Cl-失去电子生成氯气，而不是OH-失去电子生成氧气？ 问题3： 以铜为电极电解CuCl2溶液时，两极的反应 与以石墨为电极电解时是否

5、一样？为什么？,11,原电池与电解池比较,正、负极,阴、阳极,惰性材料 或活性材料,负氧正还,阳氧阴还,12,电化学的基本问题,电化学的主要研究内容： (1)氧化还原反应与电现象-原电池 (2)电流引起氧化还原反应-电解池,13,14,铜的电精炼,目的：火法冶炼得到的铜纯度不够高不能满足电气工业对铜的要求(含Cu量99.95%)。为了得到高纯度的铜常采用电解法精炼。 粗铜中的主要杂质：Zn、Fe、Ni、Pb、Au、Ag 、Cu2O 、CuS等 原理：电解质溶液为CuSO4(aq) 阳极(粗铜): Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+ Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ A

6、g、Au掉入阳极附近形成阳极泥 阴极(纯铜):Cu2+2e-=Cu,15,电镀,阳极镀层金属 Mne-Mn 阴极镀件 Mnne-M 电解液：含镀层金属阳离子的盐溶液。,16,氯碱工业,电解饱和NaCl溶液原理 目的：，制取NaOH、H2、Cl2 、并以它们为原料生产一系列化工产品 技术上必须考虑的问题： 1. NaCl溶液的精制 2. Cl2对NaOH溶液的影响 3. H2与空气、Cl2的安全问题 解决： 粗盐水中的主要杂质：SO42-、CO32-、Ca2+、Mg2+、Fe3+ BaCl2(aq) Na2CO3 (aq) NaOH (aq) HCl (aq) 阳离子交换树脂,17,氯碱工业-电

7、解原理示意,阳离子交换膜电解食盐水原理示意图,18,氯碱工业-阳离子交换膜, 阳离子交换膜的特点： 只允许阳离子通过阻止阴离子和气体分子通过 作用： （1）阻止了H2、Cl2混合，避免了爆炸 （2）阻止了Cl2与NaOH反应； （3）极大地降低了碱液中NaCl的含量。,19,*钠的冶炼,原料：NaCl 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 电极反应： 阴极：2Na+2e-=2Na 阳极：2Cl-2e-=Cl2,电池反应： 2NaCl 2Na+Cl2,注意：该方法只可原延伸到Li，但K、Rb、Cs都不是用电解法制得。,20,*镁的冶炼,原料：MgCl2 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 电极反应：

8、阴极：Mg2+2e-=Mg 阳极：2Cl-2e-=Cl2,电池反应： MgCl2 Mg+Cl2,21,*铝的冶炼,原料：Al2O3 阴极材料：不锈钢 阳极材料：石墨 电极反应：详细的电解机理尚不十分清楚 阴极：4Al3+12e- 4Al 阳极：6O2-12e- 3O2,遇到的主要问题： 如何得到含有Al3+的熔融的电解质？,Al2O3的熔点2045 冰晶石Na3AlF6 将Al2O3的熔点降低到大约1000 ,电池反应： 2Al2O3 4Al+3O2,22,化学能转化为电能的基本问题,将一个化学体系构成一个能够产生电流的装置的条件 1. 该体系必须包含一个能自发发生的氧化还原反应 2. 该体系

9、必须有适当的装置能够将氧化反应和还原反应分别在不同的区域进行 3. 内、外电路必须闭合,23,氧化还原反应与电现象-1,碱性燃料电池中有机物（如CH4、C2H6、CH3OH等）的得失电子关系？负极反应的书写？,总结有机物中碳元素的化合价与负极反应得失电子的关系？ *燃料电池中有机物是否每个都需要写？,24,氧化还原反应与电现象-2,一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3) 的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是 A. 在熔融电解质中O2-，由负极移向正极 B. 电池的总反应是：2C4H10+13O28CO2+1

10、0H2O C. 通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-2O2- D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为： C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O,答案：BC,2005-广东-化学-15,25,*氧化还原反应与电现象-3 燃料电池,26,电流引起氧化还原反应，电极反应式比较简单。 值得强调的是：电解是到目前为止人类掌握的最强的氧化还原手段,电解与氧化还原反应,27, 电解原理与金属腐蚀与防护 电解原理与化学实验的结合 电解原理与原电池原理的结合 电池的充电与放电 原电池与电解池的串联,电解内容考查方式,28,电化学综合-金属的腐蚀与防护,1.金属腐蚀 金属腐蚀实质: 金属腐蚀

11、分类: (1)化学腐蚀 (2)电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,Mne-Mn,29,电化学综合-金属腐蚀的防护,2.金属腐蚀的防护方法 (1)改变金属的性质 (2)覆盖法 覆盖搪瓷 覆盖油漆 覆盖黄油、机油等油脂 覆盖塑料 覆盖不易被腐蚀的金属 (3)电化学法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 (4)烤蓝法 -覆盖法与改变金属的性质结合的方法,-添加其他金属形成合金,-电镀,-镀锌铁、轮船等,-水库闸门,30,*电化学综合-KIO3的制备,近年来，加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾(KIO3) ，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在一定条件下电解，反应方

12、程式为： 下列有关说法正确的是 A电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极 B电解时，阳极反应是：I-6e-+3H2OIO3- +6H C溶液调节至强酸性，对生产有利 D电解前后溶液的pH几乎不变,答案：BD,KI3H2O KIO33H2。,31,*电化学综合-KMnO4的制备,工业上用MnO2和KOH为原料制取KMnO4。主要生产过程可以分为两步进行，第一步将MnO2和固体KOH粉碎，混合均匀，在空气中加热到熔化，并连续不断地搅拌，以制取K2MnO4；第二步将K2MnO4的浓溶液电解以制取KMnO4 （1） 制取K2MnO4的化学方程式是 _ （2） 电解K2MnO4的浓溶液时， 阴极电极反应式为_

13、 阳极电极反应式为_ 总反应为： _,2H+2e- = H2,2K2MnO42H2O 2KMnO4H22KOH,2MnO42-2e-= 2MnO4-,2MnO2+O2+4KOH 2K2MnO4+2H2O,32,电化学综合-与化学实验结合,在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：,（1）阳极上的电极反_。 （2）

14、阴极上的电极反应式为_。 （3）原上层液体是_。,2I- - 2e- = I2,2H+ + 2e- H2 ,KI（或NaI等）水溶液,04-全国-理综-I-27,33,（4）原下层液体是_。 （5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是_ _,电化学综合-与化学实验结合,在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：,C

15、Cl4（或CHCl3等）,I2在CCl4中的溶解度大于在水中溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中,04-全国-理综-I-27,34,（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_，现象是_,电化学综合-与化学实验结合,在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：,焰色反应,透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色,04

16、-全国-理综-I-27,35,根据该电池的总反应可以知道: 放电时Zn是负极，K2FeO4为正极。负极给出电子发生的是氧化反应，Zn失去电子，电解质溶液为碱性只能生成Zn(OH)2。正极得到电子发生的是还原反应，所以选项A不正确；由于生成Zn(OH)2消耗了OH-，负极附近pH增大。选项D不正确.,高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：,电化学综合-电池的充电与放电,下列叙述不正确的是 A. 放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2 B. 充电时阳极反应为：Fe(OH)3-3e-+5OH- FeO42-+4H2O C

17、. 放电时转移3 mol 电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化 D. 放电时正极附近溶液的碱性增强,答案: C,05-江苏-化学-14,36,充电时，Fe(OH)3为阳极，发生氧化反应生成FeO42-，阳极反应为：Fe(OH) 3 -3e- +5OH- = FeO42-+4H2O Zn(OH)2为阴极，发生还原反应生成Zn，阴极反应为：Zn(OH)2 +2e- =Zn+2OH-,高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：,电化学综合-电池的充电与放电,下列叙述不正确的是 A. 放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH- Zn(OH)

18、2 B. 充电时阳极反应为：Fe(OH)3-3e-+5OH- FeO42-+4H2O C. 放电时转移3 mol 电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化 D. 放电时正极附近溶液的碱性增强,答案: C,05-江苏-化学-14,37,电解,（2005-天津-理综-12）金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是 A. 阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2e-Ni B. 电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C. 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D. 电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和P

19、t,答案：D,2005-天津-理综-12,38,电化学综合-水的电解-1,用电解水的实验来证明，水是由H、O元素组成的，通过比较产生的氢气和氧气的体积还可以定量证明水中氢元素和氧元素的原子个数比为2:1。但是实际实验时通常并不是电解纯净的水，原因是_ 。,水是极弱的电解质，纯水的导电能力差，产生足以观察到的气体需要很长的时间,39,电化学综合-水的电解-2,4%的NaOH溶液 电压为6V、电流为0.1A，在阴阳两极产生的气体体积如下表（气体体积在相同状态下测定）,问题： 从第_min开始两极气体的体积比约为2:1；原因是 _,7,阴极电解产物H2的溶解度比阳极电解产物O2的溶解度小，7min后此时氧气在阳极附近溶解达到饱和,40,电化学综合-水的电解-3,4%的H2SO4溶液 电压为6V、电流为0.