化学：第四章第三节《电解池》.ppt
第四章第四章 电化学基础电化学基础第三节第三节电解池电解池复习回顾复习回顾原电池：将化学能转变为电能的装置。原电池：将化学能转变为电能的装置。想一想：构成原电池的条想一想：构成原电池的条件是什么件是什么?ZnCuCuCl2溶液溶液ee两个活性不同的电极两个活性不同的电极电解质溶液电解质溶液(一般与活泼性强一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应的电极能发生氧化还原反应)形成闭合回路形成闭合回路 (4)(4)自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应复习回顾复习回顾原电池：将化学能转变为电能的装置。原电池：将化学能转变为电能的装置。原电池的电极如何判断原电池的电极如何判断?ZnCuCuCl2溶液溶液ee负极负极正极正极较活泼金属较活泼金属较不活泼金属较不活泼金属或非金属或非金属电子流出电子流出电子流入电子流入氧化反应氧化反应还原反应还原反应联想联想*质疑质疑GZnCuCCCuCl2溶液溶液负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：CuCl2溶液溶液复习回顾复习回顾写一写：原电池的电极反应式写一写：原电池的电极反应式?Zn2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+CuCuCl2溶液在电流的作用下发生了化学溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了变化，分解生成了Cu和和Cl2。一、电解原理一、电解原理实验实验4-2：用惰性用惰性(石墨石墨)电极电解氯化铜溶电极电解氯化铜溶液液阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜CuCl2溶液溶液有气泡，气体有刺激性有气泡，气体有刺激性气味，并能使气味，并能使湿润的湿润的KI-淀淀粉试粉试纸变蓝纸变蓝碳棒上有一层红色碳棒上有一层红色的物质析出的物质析出现象：现象：阴极：阴极：阳极：阳极：铜铜Cl2结论：结论：电解氯化铜溶液微观模拟电解氯化铜溶液微观模拟实验分析：实验分析：一、电解原理一、电解原理1、电解：、电解：使电流通过电解质溶液而在阴、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。阳两极引起氧化还原反应的过程。2、电解池（、电解池（电解槽电解槽）：）：把电能转化为化学能的装置。把电能转化为化学能的装置。注意注意：（1 1）直流电源直流电源。（2 2）熔融态熔融态的电解质也能被电解。的电解质也能被电解。（3）电解是）电解是不可逆不可逆的。的。【思考思考1 1】电解池的两极是怎样确定的？电解池的两极是怎样确定的？、两个电极及电极反应、两个电极及电极反应阴极阴极：与电源：与电源负极负极相连相连电子流入电子流入还原还原反应反应阳极阳极：与电源：与电源正极正极相连相连电子流出电子流出氧化氧化反应反应、两个电极的确定及电极反应、两个电极的确定及电极反应eeCCCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极、两个电极的类型：、两个电极的类型：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活性电极(除铂、金外的金属除铂、金外的金属)：既可以导电、又可以参与电极反应既可以导电、又可以参与电极反应惰性电极与活性电极惰性电极与活性电极【思考思考2 2】形成电解池的条件是什么？形成电解池的条件是什么？CuCuCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极CCCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极4、形成电解池的条件、形成电解池的条件eeCCCuCl2溶液溶液与电源相连的两个电极与电源相连的两个电极电解质溶液或熔融的电解质溶液或熔融的电解质电解质形成闭合回路形成闭合回路阴极阴极阳极阳极【思考思考3 3】在电解过程中，电子、离子在电解过程中，电子、离子是如何形成闭合回路的？是如何形成闭合回路的？5 5、电子的流向、电子的流向:电子从外加电电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。极，再从阳极流回电源正极。（注意：电子只在外电路定向移（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）动，不能从溶液中移动）6 6、离子定向移动的方向、离子定向移动的方向:阳离子阳离子向向阴极阴极移动移动,阴离子阴离子向向阳极阳极移动。移动。【思考思考4 4】电解质溶液导电的实质是什么？电解质溶液导电的实质是什么？eeCCCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极【思考思考5 5】如何书写电极反应方程式和总方程式？如何书写电极反应方程式和总方程式？通式：通式：阴极：阴极：氧化氧化剂剂ne-=还还原原产产物物阳极：阳极：还还原原剂剂ne-=氧化氧化产产物物总电总电解反解反应应式：阴阳极反式：阴阳极反应应式相加所得的式子式相加所得的式子（考考虑电虑电子守恒子守恒）7、电电极反极反应应式的式的书书写：写：eeCCCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极阴极阴极：Cu2+2e-Cu还原反应还原反应阳极阳极：2Cl-2e-Cl2氧化反氧化反应应总反应式：总反应式：CuCl2Cu+Cl2电解电解加加CuCl2溶液溶液变小变小【思考思考6 6】电解后氯化铜的浓度如何变化？电解后氯化铜的浓度如何变化？【思考思考7 7】若要使电解质溶液复原，怎么办？若要使电解质溶液复原，怎么办？【思考思考8 8】什么叫放电？什么叫放电？阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。【思考思考9】为什么为什么Cu2+、Cl-放电，而不是放电，而不是H+和和OH-？阴离子放电：阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关与阴离子的还原性的相对强弱有关阳离子放电：阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关与阳离子的氧化性的相对强弱有关【思考思考1010】阴阳离子的放电顺序是什么？阴阳离子的放电顺序是什么？8 8、离子放电顺序：、离子放电顺序：AgAgAgAg+HgHgHgHg2+2+2+2+FeFeFeFe3+3+3+3+CuCuCuCu2+2+2+2+HHHH+(H(H(H(H+浓度较大时）浓度较大时）浓度较大时）浓度较大时）PbPbPbPb2+2+2+2+SnSnSnSn2+2+2+2+FeFeFeFe2+2+2+2+ZnZnZnZn2+2+2+2+HH+（浓度较小时）（浓度较小时）（浓度较小时）（浓度较小时）Al Al Al Al3+3+3+3+MgMgMgMg2+2+2+2+NaNaNaNa+CaCaCaCa2+2+2+2+KKKK+无论是惰性电极还是活性电极无论是惰性电极还是活性电极都不参与都不参与电极反应，发电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。生反应的是溶液中的阳离子。阴极阴极:活性材料作电极时：活性材料作电极时：活性电极失去电子。活性电极失去电子。用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等石墨、钛等)时：时：S S 2-2-SOSO3 32-2-II-BrBr-ClCl-OHOH-NONO33-SOSO4 42-2-(等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）FF-阳极：阳极：阴离子的还原性顺序是：阴离子的还原性顺序是：阳离子的氧化性顺序是：阳离子的氧化性顺序是：【思考思考1111】电解氯化铜溶液时，溶液中电解氯化铜溶液时，溶液中CuCu2 2和和ClCl放放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？原溶液变为纯水，实际上是电解水的过程，所以：原溶液变为纯水，实际上是电解水的过程，所以：阴极：阴极：4H+4e=2H2阳极：阳极：4OH4e=2H2O+O2总反应：总反应：2H2O=2H2+O2【思考思考1212】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成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。氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。电解电解阴极：阴极：2H+2e=H2阳极：阳极：2Cl2e=Cl2总反应：总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2【思考思考1313】氯化钠溶液换成氯化钠溶液换成熔融的氯化钠熔融的氯化钠，其结，其结果又如何呢？写出电极反应。果又如何呢？写出电极反应。电解电解阴极阴极：2Na+2e-=2Na（还原反应）（还原反应）阳极阳极：2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）（氧化反应）总式：总式：2NaCl2Na+Cl2电解阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl【思考思考1414】分析电解反应（用惰性电极时）的一分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？般思路是什么？小结小结1：分析电解反应分析电解反应(用惰性电极时用惰性电极时)的一般思路：的一般思路：明确溶液中存在哪些离子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、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，还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子【思考思考1515】电解与电离有哪些异同呢？电解与电离有哪些异同呢？阴阳离子定向移动，阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成在两极上失得电子成为原子或分子。如：为原子或分子。如：CuClCuCl2 2=Cu+Cl=Cu+Cl2 2电离电离 电解电解 条件条件过过程程 特点特点 联系联系 通电通电电电解解质质溶溶于于水水或或受受热融化状态热融化状态 电电解解质质电电离离后后，再再通直流电通直流电电解质电离成为自由电解质电离成为自由移动的离子。例：移动的离子。例：CuClCuCl2 2=Cu=Cu2+2+2Cl+2Cl-只产生自由移动的离子只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应生成了发生氧化还原反应生成了新物质新物质 电解必须建立在电离的基础上电解必须建立在电离的基础上 【思考思考1616】电解池与原电池有哪些异同呢？电解池与原电池有哪些异同呢？小结小结2：电解与电离比较：电解与电离比较：【思考思考1717】电解池有什么规律？电解池有什么规律？电解池电解池能量转换能量转换离子的迁移离子的迁移方向方向发生氧化反应发生氧化反应的电极的电极 发生还原反应发生还原反应的电极的电极反应能否自发反应能否自发 电能转化为化学能电能转化为化学能阳极（接电源正极）阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移阳离子向阴极迁移原电池原电池化学能转化为电能化学能转化为电能负极负极正极正极阴离子向负极迁移阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移阳离子向正极迁移相同点相同点(从原理分析从原理分析)都是氧化还原反应都是氧化还原反应小结小结3：原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:不自发不自发自发自发小结小结4：电解规律（惰性电极）电解规律（惰性电极）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-2e-=Cl2阴极：阴极：Cu2+2e-=2Cu减小减小增增大大CuCl2CuCl2溶液溶液CuCl2Cu+Cl2电解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2H2O2H2+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-=Cl2阴极阴极:2H+2e-=H22NaCl+2H2O2NaOH+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：Cu2+2e-=Cu减小减小减小减小加加CuOCuSO4溶液溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解 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：电电解解类类型型举举 例例电电极反极反应应溶液溶液PH变变化化溶液溶液复原复原方法方法物物质类别质类别实实例例仅仅溶溶剂剂水水电电解解 仅仅溶溶质电质电 解解 溶溶质质和溶和溶剂剂都都电电解解 含氧酸含氧酸H2SO4强强碱碱NaOH活活泼泼金属的金属的含氧酸含氧酸盐盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阴极阴极:4H+4e-=2H2阳极阳极:4OH-4e-=O2+2H2O减小减小增大增大不不变变H2O阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:2H+2e-=H2增大增大HCl不活不活泼泼金属金属的无氧酸的无氧酸盐盐CuCl2阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:Cu2+2e-=Cu增大增大 CuCl2活活泼泼金属的金属的无氧酸无氧酸盐盐NaCl阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:2H+2e-=H2增大增大 HCl不活不活泼泼金属金属的含氧酸的含氧酸盐盐CuSO4阳极阳极:4OH-4e-=O2+2H2O阴极阴极:2Cu2+4e-=2Cu减小减小CuO放氢生碱放氧生酸巩固练习巩固练习1、电极反应方程式及电解总反应方程式的书、电极反应方程式及电解总反应方程式的书写写(惰性电极，溶液惰性电极，溶液)：H2SO4HClNaOH K2SO4CuCl2CuSO4 NaClKMnO42、用石墨作电极电解、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶的混合溶液时，阴极析出的物质是液时，阴极析出的物质是_；阳极产物是；阳极产物是_。3、两极都用银片作电极电解、两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，溶液时，阳极的产物是阳极的产物是_；阴极的产物是；阴极的产物是_。练习练习4 4、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。石墨石墨 石墨石墨 粗铜粗铜 纯铜纯铜 纯铜纯铜 铁铁CuSOCuSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液(A)(B)(C)二、电解原理的应用二、电解原理的应用1、氯碱工业（、氯碱工业（电解饱和食盐水电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2总反应：总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：离子放电顺序：阳离子阳离子 H+Na+阴离子阴离子 Cl-OH-电极反应：电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阴极阳极阳极 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应+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泥沙泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-NaNa+、ClCl-、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe3+3+、引入引入BaBa2+2+Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、引入引入OH-Na+、Cl-、CO32-、OH-Na+、Cl-沉降沉降除泥沙除泥沙略过量略过量BaCl2 溶液溶液除除SO42-略过量略过量Na2CO3 溶液溶液除除Ca2+.Ba2+略过量略过量NaOH 溶液溶液除除Fe3+,Mg2+适量适量HCl溶液溶液调节调节PH 除除CO32-、OH-含氯含氯漂白剂漂白剂有机合成、造纸有机合成、造纸玻璃、肥皂玻璃、肥皂纺织、印染纺织、印染有机合成有机合成氯化物合成氯化物合成农药农药金属冶炼金属冶炼有机合成有机合成HCl盐酸盐酸电解饱和食盐水电解饱和食盐水以氯碱工业为基础的化工生产以氯碱工业为基础的化工生产H2NaOH湿氯气湿氯气湿氢气湿氢气液碱液碱Cl2二、电解原理的应用二、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）、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）电镀铜原理电镀铜原理铜片铜片待镀件待镀件硫酸铜溶液硫酸铜溶液阳极：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：电镀液：含有镀层金含有镀层金属离子的电解质属离子的电解质阳极：阳极：镀层金属（纯铜板）镀层金属（纯铜板）阴极：阴极：待镀金属制品待镀金属制品电镀液：电镀液：含有镀层金含有镀层金 属的电解质（硫酸铜溶液）属的电解质（硫酸铜溶液）电镀铜电镀铜阳极减少质量等于阴极增加质量阳极减少质量等于阴极增加质量。3 3、粗铜的电解精炼、粗铜的电解精炼+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液问问:电解完后电解完后,CuSO4溶溶液的浓度有何变化？液的浓度有何变化？阳极：阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极泥阳极泥电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜原理：电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：阳极（粗铜）：Cu 2e-=Cu2+阴极（纯铜）：阴极（纯铜）：Cu2+2e-=Cu比铜活泼的金属：比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；只溶解，不析出；比铜不活泼的金属：比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；积形成阳极泥；电解质溶液中电解质溶液中CuSO4的浓度减小。的浓度减小。阳极减少质量不等于阴极增加质量。阳极减少质量不等于阴极增加质量。制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2Na+2e-=2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl24 4、电冶金、电冶金冶炼冶炼Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，这样活泼的金属，电解法电解法几乎是唯一可行的工业方法。几乎是唯一可行的工业方法。电电解解熔熔融融氯氯化化钠钠制制钠钠制取金属铝制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。电解熔融状态的氧化铝。阳极：阳极：6O2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al总反应：总反应：2Al2O3(熔融熔融)4Al+3O2冰晶石思考思考:工业上为什么用电解工业上为什么用电解熔融氧化铝熔融氧化铝的方法冶炼铝而的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?AlClAlCl3 3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电电解池解池电解精炼池电解精炼池电镀电镀池池定定义义形成形成条件条件电电极极名称名称电电极极反反应应将将电电能能转变转变成化学能成化学能的装置。的装置。应应用用电电解原理在某些解原理在某些金属表面金属表面镀镀上一上一层层其其它金属的装置。它金属的装置。两两电电极接直流极接直流电电源源电电极插人极插人电电解解质质溶液溶液形成形成闭闭合回路合回路镀层镀层金属接金属接电电源正极源正极待待镀镀金属接金属接电电源源负负极极电镀电镀液液须须含有含有镀层镀层金金属的离子属的离子阳极：阳极：电电源正极相源正极相连连阴极：阴极：电电源源负负极相极相连连阳极：阳极：镀层镀层金属；金属；阴极：阴极：镀镀件件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：阴极：还还原反原反应应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应应用用电电解原理将不解原理将不纯纯的金属提的金属提纯纯的装置。的装置。不不纯纯金属接金属接电电源正极源正极纯纯的金属接的金属接电电源源负负极极电电解解质质溶液溶液须须待提待提纯纯金属的离子金属的离子阳极：不阳极：不纯纯金属；金属；阴极：阴极：纯纯金属金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应 例例1：铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合溶混合溶液液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(标况标况)气气体体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质并确定析出铜的物质的量的量.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,即即产生产生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,故故还有还有1mole-用于还原用于还原Cu2+,可可析出铜为析出铜为0.5mol.三、电解计算三、电解计算电子守恒法电子守恒法
