DD第三节-电解池.ppt

戴维著名的电解水实验戴维著名的电解水实验: : 金属钠是在金属钠是在18071807年通过电解氢氧化钠制得的，这个年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在原理应用于工业生产，约在18911891年才获得成功。年才获得成功。19211921年电年电解氯化钠制钠的工业方法得以实现。由于金属钠在现代技解氯化钠制钠的工业方法得以实现。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。解氢氧化钠的方法。电解是将电能转化为化学能的一种重要方法电解是将电能转化为化学能的一种重要方法一、电解原理一、电解原理: :资料资料11电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠实验：实验：用惰性（石墨）用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠电极电解熔融的氯化钠现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有有气泡，有刺激性气味，并能使刺激性气味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸粉试纸变蓝（变蓝（Cl2) 阴极：阴极：有金属钠析出有金属钠析出氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl 阴极阴极阳极阳极电极反应电极反应: 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 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 总反应方程式：总反应方程式： 2NaCl 2Na+Cl2 通电工业上工业上: :1.1.电解电解: : 使电流通过电解质溶液而在阴阳两极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。引起氧化还原反应的过程。2.2.电解池电解池: : 借助氧化还原反应，把电能转化借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置为化学能的装置. .3.3.构成电解池条件构成电解池条件: : 结论结论 (1).(1).电子的流向电子的流向: : 电子从外加电源的负极流出，电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。 （注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）(2).(2).离子定向移动的方向离子定向移动的方向: : 阳离子向阳离子向 阴极移动阴极移动, , 阴离子向阴离子向 阳极移动阳极移动. .(3).(3).惰性电极与活性电极：惰性电极与活性电极： 惰性电极惰性电极( (铂、金、石墨铂、金、石墨) )：仅仅导电，不参与反应：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参与电极反应4.4.注意注意: : 电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。以在电解质溶液中进行。22电解氯化铜溶液电解氯化铜溶液(动画动画1)22电解氯化铜溶液电解氯化铜溶液实验：实验：用惰性（石墨）用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液电极电解氯化铜溶液现象：现象： 阳极：有气泡，有阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使刺激性气味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸粉试纸变蓝（变蓝（Cl2) 阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜CuCl2溶液溶液（2）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 氧化反应氧化反应 阴极阴极：Cu2+2e- = Cu 还原反应还原反应总式：总式：（1）判断离子的放电顺序：）判断离子的放电顺序： 阳离子阳离子：Cu2+H+ 阴离子阴离子：Cl-OH-（3）分析电解质溶液的变化情况：）分析电解质溶液的变化情况： 氯化铜溶液浓度降低氯化铜溶液浓度降低 CuCl2 Cu+Cl2 电解5.5.离子放电顺序：离子放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。子的过程叫放电。 (1)(1)阳极：阳极：用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：溶液中时：溶液中阴离子的放电顺序（由易到难）是：阴离子的放电顺序（由易到难）是：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成为阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放成为阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。电。 阴 极阴 极Pt阳 极阳 极Pt阴 极阴 极Pt阳 极阳 极CuAgNO3溶液溶液AgNO3溶液溶液(2)(2)阴极阴极: : 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极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。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：阳离子在阴极上放电顺序是：注：当离子浓度相差较大时，放电顺序会发生变化注：当离子浓度相差较大时，放电顺序会发生变化. .阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原CuCl2 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=Cu减小减小减小减小加加CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解实例:阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4 实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4 阳极阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2 阴极阴极: 4H + 4e- = 2H2 变大变大不不变变 加加H2ONa2SO4溶液溶液2H2O 2H2 + O2 电解阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原NaCl 阳极阳极: 2Cl- - 2e- = Cl 2阴极阴极: 2H + 2e- = H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原CuSO4阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- -4e- = 2H2O + O2 阴极：阴极：2Cu2+ 4e- =2 Cu减小减小减小减小 加加CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解 电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳极：阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 与与区：电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2 2 、HClHCl与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：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：电解质溶液用惰性电极电解的示例：电解电解类型类型举举 例例电极反应电极反应溶液溶液PH变化变化溶液复原方法溶液复原方法物质类别物质类别实例实例仅溶剂仅溶剂水电解水电解 仅溶质仅溶质电解电解 溶质和溶质和溶剂同溶剂同时电解时电解 含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaOH活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2减小减小增大增大不变不变H2O阳极：阳极：2Cl- - 2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e- = H2增大增大HCl不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl- - 2e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+2e- = Cu减少减少CuCl2活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl- - 2e- =Cl2阴极：阴极：2H+2e- = H2增大增大HCl不活泼金属的不活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH- - 4e- =O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e- = 2Cu减小减小CuO1、池型的判断、池型的判断 有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。电解池。小结：原电池与电解池的比较及判断：小结：原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断、电解池放电顺序的判断阳极放电：阳极放电： 1）惰性电极：）惰性电极：则溶液中阴离子放电。则溶液中阴离子放电。 2）非惰性电极：电极材料首先失电子。）非惰性电极：电极材料首先失电子。阴极放电：阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。电极材料受保护，溶液中阳离子放电。2、电极的判断、电极的判断 原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。4、判断溶液的、判断溶液的pH变化：变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。（1 1）如果只产生氢气而没有氧气，则）如果只产生氢气而没有氧气，则pHpH变大；变大； （2 2）如果只产生氧气而没有氢气，则）如果只产生氧气而没有氢气，则pHpH变小；变小；（3 3）如果既产生氢气又产生氧气）如果既产生氢气又产生氧气 若原溶液呈酸性则若原溶液呈酸性则pH减小；减小；若原溶液呈碱性若原溶液呈碱性pH增大；增大；若原溶液呈中性若原溶液呈中性pH不变。不变。（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe1.1.写出下列装置的电极反应式，并判断写出下列装置的电极反应式，并判断A A、B B、C C溶液溶液PHPH值值的变化。的变化。练习练习2.2.如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有关，对该装置的有关叙述正确的是叙述正确的是A.PA.P是电源的正极是电源的正极B.FB.F极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH- - - 4e- 4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，其余电两极外，其余电极均参加了反应极均参加了反应D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变B 3.3.为下图所示装置中，为下图所示装置中，a a、b b都是惰性电极，都是惰性电极，通电一段时间后，通电一段时间后，b b极附近溶液呈红色。下极附近溶液呈红色。下列说法正确的是列说法正确的是A AX X是正极，是正极，Y Y是负极是负极B BX X是负极，是负极，Y Y是正极是正极C CCuSOCuSO4 4溶液的溶液的PHPH值逐渐减小值逐渐减小D DCuSOCuSO4 4溶液的溶液的PHPH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 二、电解原理的应用二、电解原理的应用1.1.电解饱和食盐水电解饱和食盐水1.1.电解饱和食盐水电解饱和食盐水现象：现象：阳极：阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉有气泡产生，使湿润的淀粉KI溶液变蓝溶液变蓝阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红阳极：阳极：2Cl2Cl- - 2e- 2e- - = Cl = Cl2 2阴极：阴极：2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H = H2 2总式：总式：2NaCl + 2H2NaCl + 2H2 2O = 2NaOH + HO = 2NaOH + H2 2+ Cl+ Cl2 2( (条件条件: :通电通电) )电解电解（1 1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl(Cl、OHOH离子和气体不能通过离子和气体不能通过) )，把电解槽隔成阴极，把电解槽隔成阴极室和阳极室。室和阳极室。 （2 2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b b、避免氯气和氢氧化钠反应生成、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧，而影响氢氧化钠的产量。化钠的产量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱(动画动画)+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室阳极：阳极：2Cl2Cl- - 2e- 2e- - = Cl = Cl2 2 阴极：阴极：2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H = H2 22.2.铜的电解精炼铜的电解精炼一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极： Zn -2e- = Zn2+Fe -2e- = Fe2+ Ni -2e- = Ni2+Cu-2e- = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu阳极泥阳极泥问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSO4溶液溶液3. 3. 电镀电镀(动画动画)3. 3. 电镀电镀: : 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。一重要应用。 电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。腐能力。 例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。金属，如锌、铜、铬、镍等。铁铁片片锌锌片片硫酸锌溶液硫酸锌溶液电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品 电镀液：含有镀层金属离子电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。的电解质溶液。 在电镀控制的条件下在电镀控制的条件下,H+和和OH-不参加电极反应不参加电极反应,溶液溶液中中ZnSO4的浓度保持不变或变小的浓度保持不变或变小.(为什么变小为什么变小?)阳极阳极: Zn -2e- = Zn2+阴极阴极: : Zn2+2e- = Zn电镀的形成条件电镀的形成条件: :(1). a (1). a 、b b哪一极为正极哪一极为正极？(2). (2). 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌， A A极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？思考思考:e-aA极选用极选用Zn,用含用含Zn2+的溶液为电镀液的溶液为电镀液(ZnCl2)AB1.1.如图如图: a : a 、b b为电池的两极为电池的两极. .2.2.已知已知: :M+NM+N2+2+=M=M2+2+N +N PtPt极电解相同浓度极电解相同浓度P P和和M M的硫酸盐，阴极先的硫酸盐，阴极先析出析出M M N N与与E E用导线相连放入用导线相连放入E E的硫酸盐溶液的硫酸盐溶液, ,电极电极反应：反应：E E2+2+2e+2e- -=E=E，N-2eN-2e- -=N=N2+2+则四种金属活泼性由强到弱为则四种金属活泼性由强到弱为: : 答案：答案：PMNEMNPMNE3.3.工业上采用工业上采用FeFe、C C为电极电解为电极电解K K2 2MnOMnO4 4溶液制溶液制KMnOKMnO4 4(1).(1).电解时电解时, ,应以应以 作阴极，作阴极，2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH + H2Fe增大增大(2)(2)电极反应电极反应: :阳极阳极: : 阴极阴极: :(4)(4)总电解反应式总电解反应式: :(3)(3)电解过程中阴极附近溶液电解过程中阴极附近溶液pHpH将会将会: : MnO42 _ e e- - = MnO42H2H+ + + 2e + 2e- - = H = H2 2 例一例一 ： 铂电极电解铂电极电解1LCu(NO1LCu(NO3 3) )2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液, ,通电一段时间通电一段时间, ,两极均产生两极均产生11.2L(11.2L(标准状况下标准状况下) )气气体体. .求电解后溶液的求电解后溶液的pH,pH,并确定析出铜的物质的量并确定析出铜的物质的量解析：阳极解析：阳极 4OH- - 4e- = 2H2O + O2 阴极阴极 Cu2+ + 2e- = Cu 2H+ + 2e- = H2 阳极转移电子的物质的量为阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗消耗OH- 2mol,即产生即产生H+ 2mol. 阴极生成阴极生成0.5molH2,消耗消耗H+ 1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故还有故还有1mole- 用于用于还原还原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol. 根据电解原理的计算根据电解原理的计算 1.电子守恒法电子守恒法: O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH4e-2.2.关系式法：关系式法：例二例二 ： 用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H100mL H2 2SOSO4 4与与CuSOCuSO4 4的的混合液，通电一段时间后，两极均收集到混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L(2.24L(标准状况下）气体，则原混合液中标准状况下）气体，则原混合液中CuCu2+2+的物的物质的量浓度为（质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L C.3mol/L D.4mol/LA阳极阳极O2为为0.1mol，电子为，电子为0.4mol则则H2为为0.1mol，所以，所以Cu为为0.1mol，浓度为，浓度为A一般地一般地, ,电解过程中电解过程中, ,各物质之间的计算关系为各物质之间的计算关系为: :再再 见见结束结束