高中化学《电解池的工作原理的应用》课件新人教版选修.ppt

1、电解池的工作原理的应用,一、电解原理,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。,电流是发生反应的动力(使不能自发进行的反应顺利进行) 阴阳离子做定向移动的导电过程,也就是两极发生氧化还原的过程,即电解质溶液的导电过程即为电解过程 电流是直流电。 在电解过程中电能转化为化学能。,在水溶液或熔化状 态下，不需通电。,在水溶液或熔化 状态下通电。,电解质电离成为 自由移动的离子。,阴、阳离子定向移动， 在两极上得失电子成 为分子或原子。,只产生自由移 动的离子。,发生氧化还原反应， 有新物质生成。,电离是电解的先决 条件和物质基础。,必须有电解质的 电离作前提。,电离和电解的

2、比较,二、电解池：,1、定义：电能转化为的化学能的装置 2、形成电解池的条件： 与电源相连的两个电极 电解质溶液或熔化电解质 形成闭合回路 3、电极名称： 阴极:与电源负极相连,进电子,还原反应 阳极:与电源正极相连,出电子,氧化反应 4、电极材料 惰性电极：C、Pt、Au不发生反应 活性电极：Ag及以前金属，作阳极则溶解,正、负极,阴、阳极,原 电 池,电 解 池,负极发生氧化反应 正极发生还原反应,阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应,构成的三个条件,有外加电源,阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷降低的过程叫做放电。,5、电解时离子放电顺序,阴极:阳离子放电，金属活动顺序的反顺序,Ag+H

3、g2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+,阳极:,S2IBrCl OH含氧酸根F,活性电极(Ag以前)，电极失电子 惰性电极(Pt、Au、石墨)，阴离子放电,注意(一)Fe3+ Cu2+；,1、铜的电解精炼,1、铜的电解精炼,(3)电极反应式 (4)阳极上比铜不活泼的金属，沉积于阳极底部，成为阳极泥，可以提炼金、银等贵重金属,电镀铜,概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程。,电镀池形成条件,电镀的特点,电镀液的组成及酸碱性基本保持不变,为了使镀层致密、坚固、光滑，还要采取一些措施： (1)镀件进行抛光和清洗，使镀件洁净、光滑； (2)电镀液的离子浓度始终保持恒定

4、，常将电镀液制成络合物； (3)电镀时，要不断搅拌，并控制温度、电流、电压，使电镀液pH在一定范围内。 在电镀工业的废水中常含有剧毒物质，如氰化物、重金属离子等， 减少电镀污染的途径： (1)电镀废水经过处理，回收其中有用成分，把有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准. (2)改进电镀工艺,尽量使用污染少的原料.如采用无氰电镀等,阅读了解,（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、防止氢气和氯气混合而引起爆炸； b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，

5、而影响氢氧化钠的产量。 （3）推广电解NaSO4(aq)制NaOH、H2SO4溶液。,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,3、电解饱和氯化钠溶液,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,3、电解饱和氯化钠溶液,电解前应除去食盐溶液中的Ca2+、Mg2+、SO42- 等杂质离子,4、铝的冶炼,（1）电解AlCl3溶液能否得到单质铝？ （2）电解熔融状态的AlCl3能否得到单质铝？ （3）为了降低Al2O3的熔点，加入什么？ （4）电解Al2O3的电极反应和电解总式？,冶炼其它活泼金属（钾、钙、钠、镁等）,

6、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：析氢生碱型 如NaCl 与区：析氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 与区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH,阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+,增大,加H2O,电解水,不变,减小,减小,增大,增大,减小,增大,生成新物质,生成新物质,通入HCl,通入HCl,加入CuO,电解电解质,放出H2生成碱,放出O2生成酸,用惰性电极电解下列溶液,根据电解规律填写下表,四、电解规律（惰性电极）,练习1、为下图所示装置中，a

7、、b都是惰性电极，通电一段时间后，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,例1、根据电解原理，画出电解CuSO4水溶液的电解装置，用碳棒做两极材料，注明阴、阳两极，写出电极反应式及总的电解化学方程式。 若阴极上有1.6gCu析出,则电子转移数是 _。阳极产生气体的体积（标准状况）为_。,五、电化学有关计算,练习1、将两支惰性电极插入500mL CuSO4溶液中，接通电源 （1）当两极上析出1.6g Cu时（设电解时阴极没有氢气放出，且电解液在电解前后体积变化忽略不计），则电解后溶液的

8、c(H+)是_ （3）经一段时间后，两极均能得到11.2L气体（标准状况），则原CuSO4溶液的物质的量浓度是_ （4）若将经过（3）以后的溶液恢复原来的浓度，需要向溶液中加入_mol的_,1mol/L,0.5,CuO,0.1mol/L,2、以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极上产生的气体的物质的量为0.0100 mol，则阳极上析出Cu的质量为( ) A、0.64 g B、1.28 g C、2.56 g D、5.12g,B,3、用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中， 通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析

9、出银的质量大约是： A、27mg B、54mg C、108mg D、216mg,B,例2、下图所示装置中， 甲，乙、丙三个烧杯依 次分别盛放100g5.00% 的NaOH溶液、足量的 CuSO4溶液和100g10% 的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。 （1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加，据此回答问题： 电源的N端为_极、电极b上发生的电极反应为_ 列式计算电极b上生成的气体在标状况下的体积。,电极c的质量变化是_g，电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 甲溶液_ 乙溶液_ 丙溶液_ （2）如果电解过程中铜全部析出，此时电

10、解能否继续进行，为什么？,例2、下图所示装置中， 甲，乙、丙三个烧杯依 次分别盛放100g5.00% 的NaOH溶液、足量的 CuSO4溶液和100g10% 的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。,练习4、 如下图两个电解槽中，A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02mol电子通过，下列叙述中正确的是( ) A、甲烧杯中A极上最多可析出铜0.64g B、甲烧杯中B极上电极反应式为： 4OH4e=2H2O+O2 C、乙烧杯中滴入酚酞试液，D极附近变红 D、乙烧杯中C极上发生还原反应,C,例3、铂电极电解1L0.5mol/LFeCl3和0.1mol/L HCl混合溶液，通电一段时间当C

11、l2完全放出时停止通电，求此时产生的H2在标况下体积是多少升？,练习5、铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生标况下11.2L气体。求电解后溶液的pH。,Cu2+得电子数+ H+得电子数=OH-失电子总数 n(Cu2+)2+0.52=0.54 n(Cu2+)=0.5mol Cu2+2H+ C(H+)=1mol/L pH=0,解析：阳极 4OH-4e- =2H2O+O2 阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e=H2,六、原电池与电解池的结合,池及电极的判断方法,有一极能与电解液反应则该极为原电池、该极负极，与之相连的为电解池的阴极。若都能反应，则活泼性最强的或

12、两极差距最大的为原电池,1、无外接电源， 可能是原电池：依据原电池的形成条件判定， “三看” 电极：两极为导体且活泼性不同 电解液：两极插入电解液中 回路：形成闭合回路或两极接触,2、有外接电源，两极插入电解质溶液中，可能是电解池或电镀池：当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，为电镀池，其余情况为电解池。,练习1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应,A,B,D,C,练习2.请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。,电解池,电镀池,NaCl溶液 硫酸溶液,原电池,Cu,Zn,C,Cu,Fe,Fe,粗Cu,CuSO4溶液,精Cu,精炼池,A,B,C,D,CuSO4溶液,电解池,原电

13、池,阴极,阳极,练习3、判断下列装置各属于什么池？,正极,负极,（ A ）,（B）,（C）,（D）,CuSO4,AgNO3,H2SO4,NaHSO4,Ag,Cu,纯Cu,粗铜,Pt,Pt,PbO2,Pb,练习4、写出下列装置的电极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。,原电池与电解池,化学能转化为电能电能转化为化学能,反应不自发,反应自发,连接电源的正极，作为阳极,相对活泼的金属 作为负极,连接电源的负极，作为阴极,相对不活泼的金属或石墨作为正极,阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移,阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移,两个电极、电解质溶液形成闭合回路。 电解池有外电源，原电池无需外电源。,知

14、识重组：,氧化反应失去电子,还原反应获得电子,负极正极,负极阴极，阳极正极,3、如何使铁棒上析出铜，而铁的质量不变？,问题讨论：,1、如图，有什么现象？铁棒的质量、溶液质量各有什么变化？,2、如何使铁棒逐渐溶解，而铜不在铁棒上析出？,食盐水,Fe,4、如何使右图铁棒上析出氢气而铁的质量不变？,4、如何使右图碳棒上析出氧气，同时溶液PH增大？若溶液PH减小呢？不变呢？,1：在50mL 0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发)，则： 若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶质浓度将怎样变化 。若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是 。 如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极

15、上放电，当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重 g，阴极上的电极反应式是 。,不变,0.32,Zn 2eZn2+,Cu2+ +2eCu,2、某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( ) A电解过程中，铜电 极上有H2产生 B电解初期，主反应 方程式为：Cu+H2SO4 CuSO4+H2 C电解一定时间后， 石墨电极上有铜析出 D整个电解过程中，H的浓度不断增大,B C,3、三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以

16、下说法正确的是( ) A 可用铁作阳极材料 B 电解过程中阳极附近溶液的pH升高 C 阳极反应方程式为：2Cl2eCl2 D 1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子。,C D,4、电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式是 。在X极附近观察到的现象是 。Y电极上的电极反应式是 ，检验该电极反应产物的方法是 。如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是

17、 ， 电极反应式是 。Y电极的材料是 ， 电极反应式是 。 （说明：杂质发生的电极反应不必写出）,5、铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答： （1）工业冶炼铝的化学方程式是_。 （2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_。 （3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。,该电解槽的阳极反应式_。 通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因: _。 除去杂质后的氢氧化钾溶液从液化出口_（“A”或“B”）导出。,（2）写出电极反应：A中：_B中：_ C中：_ D中：_,（1）标出电源的正、负极，X

18、为 _，Y为_.,模拟训练：,由电极产物判断电源电极,：4H42H,：4OH42HOO,C：2H2H,D：2Cl2Cl,分析电极、离子移动方向,依据放电规律，判断产物。,6、如图装置中,E为一只盛有AlCl3溶液的烧杯，C为铂棒、D为铁棒，X与Y为电源的电极，A、B中插入多孔的惰性电极。切断开关K1，闭合开关K2，通直流电一端时间后，A、B中液面如图所示，请回答 ：,(3)电解AlCl3溶液时,下图所示的电解变化曲线合理的是( ) (忽略表面皿阳极产生气体与溶液的反应),A BCD,A,依据阴阳两极得失电子守恒，以及铝元素的性质特点，结合图表分析,Al3+3Cl-3e-3OH-Al(OH)3,

19、如图装置中,E为一只盛有AlCl3溶液的烧杯，C为铂棒、D为铁棒，X与Y为电源的电极，A、B中插入多孔的惰性电极。切断开关K1，闭合开关K2，通直流电一端时间后，A、B中液面如图所示，请回答 ：,模拟训练：,如图装置中,E为一只盛有AlCl3溶液的烧杯，C为铂棒、D为铁棒，X与Y为电源的电极，A、B中插入多孔的惰性电极。切断开关K1，闭合开关K2，通直流电一端时间后，A、B中液面如图所示，请回答 ：,(4)电解AlCl3溶液时,若产生沉淀1.56g时, 将A极产生的气体在常温下燃烧,生成液态水,放出8.574KJ热量,写出其燃烧热的热化学方程式.,依据电路中转移电子相等,Al3+3Cl-3e-

20、3OH-Al(OH)3,：22,3H2 6e- 2Al(OH)3 热量,3mol 2*78g QKJ 0.03 mol 1.56g 8.54KJ,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l); H=-285.8KJ/mol,模拟训练：,（5）若电解一段时间后，A、B中均有气体包围，此时切断开关K2，闭合开关K1，则电流指针_(是或否）偏转. 若偏转写出电极反应：A中：_ B中：_ .,负极（A）：2H24OH4e- =4H2O 正极（B）：O22H2O + 4e- = 4OH- 总反应： 2H2 O2 =2H2O,如图装置中,E为一只盛有AlCl3溶液的烧杯，C为铂棒、D为铁棒，X与Y为电源的电极，A、B中插入多孔的惰性电极。切断开关K1，闭合开关K2，通直流电一端时间后，A、B中液面如图所示，请回答 ：,负氧正还(升负降正),电极产物是否与电解质溶液发生反应,遵循电子转移守恒、电荷守恒、质量守恒,模拟训练：,模拟训练：,（6）若把A气体换为甲醇，此时切断开关K2，闭合开关K