化学：第四章第三节《电解池》.ppt

1、第四章 电化学基础,第三节 电解池,人教版选修4 化学反应原理,复习回顾,原电池：将化学能转变为电能的装置。,想一想：构成原电池的条件是什么?,两个活性不同的电极,电解质溶液(一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应),形成闭合回路,(4)自发进行的氧化还原反应,复习回顾,原电池：将化学能转变为电能的装置。,问一问：原电池的电极如何判断?,联想*质疑,CuCl2溶液,负极：,正极：,电池总反应：,CuCl2溶液,如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2 溶液中，外接直流电源，这还是原电池装置吗？,复习回顾,写一写：原电池的电极反应式?,Zn 2e- = Zn2+,Cu2+ 2e- = Cu,Zn+C

2、u2+ = Zn2+Cu,CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2,一、电解原理（以电解氯化铜为例）,实验4-2：电解氯化铜.f4v,阴极,阳极,氯 气,铜,CuCl2溶液,有气泡，气体有刺激性气味，并能使 湿润的KI-淀 粉试纸变蓝,碳棒上有一层红色 的物质析出,现象：,阴极：,阳极：,铜,Cl2,结论：,电解氯化铜溶液微观模拟电解氯化铜溶液Flash.swf,实验分析：,第三节 电解池,一、电解原理,1、电解：,使电流通过电解质溶液而在阴、 阳两极引起氧化还原反应的过程。,2、电解池（电解槽）：,把电能转化为化学能的装置,注意：电流必须是直流而不是交流。 熔融态的

3、电解质也能被电解。,【思考1】形成电解池的条件是什么？,3、形成电解池的条件,与直流电源相连的两个电极,电解质溶液或熔化的 电解质,形成闭合回路,阴极,阳极,【思考2】电解池的两极是如何确定的？,、两个电极及电极反应,阴极：与电源负极相连电子流进还原反应 阳极：与电源正极相连电子流出氧化反应,、两个电极的确定及电极反应,阴极,阳极,、两个电极的类型：,惰性电极(铂、金、石墨)： 仅仅导电，不参与反应 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,惰性电极与活性电极,【思考3】电解池中阴阳离子、电子如何移动形成闭合回路？,阴极,阳极,阴极,阳极,电子的流向: 电子从外加电源的负

4、极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）,离子定向移动的方向: 阳离子向阴极移动, 阴离子向阳极移动。,【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？,阴极,阳极,5、电解质溶液导电的实质,对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（

5、或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。,【思考5】如何书写电极反应方程式和总方程式？,通式： 阴极：氧化剂ne-=还原产物 阳极：还原剂ne-=氧化产物 总电解反应式：阴阳极反应式相加所得的式子（考虑电子守恒）,、电极反应式的书写： （以电解CuCl2 为例）,阴极,阳极,阳离子移向阴极放电， 阴离子移向阳极放电 阴极：Cu2+2e-Cu 还原反应 阳极：2Cl- -2e- Cl2 氧化反应 总反应式：,加CuCl2,变小,【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化？,【思考7】若要使电解质溶液复原，怎么办？,【思考8】什么叫放电？,阴离子失去电子而阳离子得到电子的

6、过程叫放电。,【思考9】为什么Cu2+、Cl-放电，而不是 H+和OH-？,阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关 阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关,【思考10】阴阳离子的放电顺序是什么？,、离子放电顺序：,Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，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：,阴极:,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，阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序是：,S 2-SO32-I

7、 -Br -Cl -OH -NO3 -SO42-(等含氧酸根离子）F-,阳极：,【思考11】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2和Cl放 电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？,溶液中Cu2+和Cl放电完毕后，原溶液变为纯水，此时，在纯水中存在H+和OH， H+在阴极放电，OH在阳极放电，实际上是电解水的过程，所以： 阴极：4H+ + 4e = 2H2 阳极：4OH 4e =2H2O + O2 总反应：2H2O = 2H2 + O2 ,【思考12】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。,电解,（1）溶液中所含阳离子：H+、Na+， 放电顺序：H+ Na+ 阴

8、 极：2H+ + 2e = H2 ,（2）溶液中所含阴离子：OH、Cl， 放电顺序：Cl OH 阳 极：2Cl 2e = Cl2 ,总反应： 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 ,【思考13】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。,电解,熔融的氯化钠中有Na+和Cl ，Na+在阴极放电生成金属钠，Cl在阳极放电生成氯气。,阴极：2Na+ +2e- = 2Na （氧化反应） 阳极：2Cl- -2e- = Cl2 （还原反应） 总式：,阴极,阳极,氯 气,钠,熔融NaCl,【思考14】分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？,小结1：分析电解反

9、应(用惰性电极时)的一般思路：,明确溶液中存在哪些离子,根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后， 最后分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,【思考15】电解与电离有哪些异同呢？,阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如： CuCl2=Cu+Cl2,通电,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子例：CuCl2=Cu2+2Cl-,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢？,小结2：电解与电离比较：,【思考17】电解池有什么规律？,电能转化为化学

10、能,阳极（接电源正极）,阴极（接电源负极）,阴离子向阳极迁移 阳离子向阴极迁移,化学能转化为电能,负极,正极,阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移,都是氧化还原反应,小结3：原电池与电解池的比较:,不自发,自发,22,电解规律,阴极,阳极,氯 气,铜,阳极：2Cl-2 e- =Cl2,阴极：Cu2+ 2e-=2Cu,减小,CuCl2,CuCl2溶液,1、电解电解质型,23,阳极,阴极,氧气,氢 气,阳极: 4OH- -4e- = 2H2O+O2,阴极: 4H + 4e- = 2H2 ,变大,不 变,加H2O,Na2SO4溶液,2H2O 2H2 +O2,2、电解水型,24,阳极,阴极,氯气,氢 气

11、,阳极: 2Cl-2e- =Cl2,阴极: 2H + 2e- =H2 ,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 ,减小,增 大,加 HCl,NaCl溶液,3、放氢生碱型,25,阳极,阴极,氧 气,铜,阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2,阴极：Cu2+ 2e- =Cu,减小,减小,加 CuO,CuSO4溶液,4、放氧生酸型,电解规律（惰性电极）小结,阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F-,与区：电解本身型 如CuCl2 、HCl 与区：放氢生碱型 如NaCl 与区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 与区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、N

12、aOH,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：,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阴极:4H+ + 4e- = 2H2 阳极:4OH-4e-=O2+2H2O,减小,增大,不变,H2O,阳极:2Cl- 2e-=Cl2 阴极:2H+2e- = H2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极:2Cl- 2e- =Cl2 阴极:Cu2+2e- = Cu,CuCl2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极:2Cl-2e- =Cl2 阴极:2H+2e- = H2,增大,HC

13、l,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO4,阳极:4OH-4e-=O2+2H2O 阴极:2Cu2+4e- = 2Cu,减小,CuO,放氢生碱,放氧生酸,巩固练习,1、电极反应方程式及电解总反应方程式的书写(惰性电极，溶液)： H2SO4HClNaOH K2SO4CuCl2CuSO4 NaClKMnO4 2、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，阴极析出的物质是_；阳极产物是_。 3、两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，阳极的产物是_；阴极的产物是_。,练习,4、如图所示装置，指出A、B池的名称、电极名称、电极反应式、二池pH值的变化情况。,5.为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通

14、电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是 AX是正极，Y是负极 BX是负极，Y是正极 CCuSO4溶液的PH值逐渐减小 DCuSO4溶液的PH值不变,AC,31,二、电解原理的应用,32,电解饱和食盐水反应原理,思考: （1）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液，会有什么现象? （2）怎样初步检验两极产物的生成? （3）结合教材，分析产生这种现象的原因。,在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源,实验装置,33,1.电解食盐水,现象： 阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉KI溶液变蓝 阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红,阳极：2Cl-2e-

15、 =Cl2 阴极：2H+2e- =H2 总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 (条件:通电),实验装置,(2)避免生成物H2和Cl2混合, 因为: .,(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯, 反应方程式: .,第一个问题:,Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O,混合遇火或遇强光爆炸,解决方法:使用离子交换膜,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气

16、混合； b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量。,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳极室,阴极室,提示：,第二个问题：精制食盐水,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,泥沙、Na+、 Cl-、Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、SO42-,Na+、 Cl-、 .Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42-,Na+、 Cl-、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、引入Ba2+,Na+、 Cl-、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引入OH-,Na+、 Cl-、CO32

17、-、OH-,Na+、 Cl-,沉降,除泥沙,略过量BaCl2 溶液,除SO42-,略过量Na2CO3 溶液,除Ca2+. Ba2+,略过量NaOH 溶液,除Fe3+ , Mg2+,适量HCl溶液,调节PH 除CO32- 、OH-,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,二、电解原理的应用,2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）,阳极：镀层金属 阴极：待镀金属制品 电镀液：含有镀层金 属的电解质 实质：阳极参加反应的电解,阳极：镀层金属（纯铜板） 阴极：待镀金属制品 电镀液：含有镀层金 属的电解质（硫酸铜溶液）,电镀铜,3、粗铜的电解精炼,三、电解原理的应用,问:电解完后,

18、CuSO4溶液的浓度有何变化？,阳极：,Zn-2e- = Zn2+ Fe -2e- = Fe2+ Ni -2e- = Ni2+ Cu-2e- = Cu2+,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极: Cu2+ + 2e- = Cu,阳极泥,阳极泥: 相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥,电解精炼铜原理：,粗铜的溶解与纯铜的生成：,阳极（粗铜）：Cu 2e- = Cu2+ 阴极（纯铜）： Cu2+ + 2e- = Cu,比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；,比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略小）。,电

19、解精炼铜,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl - 2e- = Cl2,阴极：,2Na+ + 2e- = 2Na,总反应：,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ,二、电解原理的应用,4、电冶金,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的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,电解熔融氯化钠制钠,4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的 方法）,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6O 2- 12e- = 3O2,阴极：,4Al 3+ + 12e- = 4Al,总反应：,助熔剂：冰晶石（N

20、a3AlF6 六氟合铝酸钠） 阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,AlCl3为共价化合物，在熔融状态下不电离，不导电，不能被电解。,冶炼铝设备图,烟罩,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 电镀液须含有镀层金属的离子,阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属； 阴极：镀件,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属； 阴极：纯金属,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,例1 ： 铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗