电解池的工作原理及应用.ppt

电解池原理及应用一、电解的原理一、电解的原理1、电解：、电解：在在直流电直流电的作用下的作用下,电解质电解质在两个电极上分在两个电极上分别发生别发生氧化反应氧化反应和和还原反应还原反应的过程。的过程。注意：注意：电解时所用电流必须是电解时所用电流必须是电，而不是电，而不是电。电。熔融态电解质可以被电解，熔融态电解质可以被电解，溶液也可被电解。溶液也可被电解。电解过程中，电能转化为电解过程中，电能转化为能而能而“储存储存”在反应在反应产物中。产物中。直流直流交流交流电解质电解质化学能化学能 2电解池电解池:把把电能电能转变为转变为化学能化学能 的装置。的装置。CFe电解池的形成条件有哪些？电解池的形成条件有哪些？熔融氯化钠熔融氯化钠（1）直流电源）直流电源（3 3）熔融电解质或电解质溶液熔融电解质或电解质溶液3.构成电解池的条件：构成电解池的条件：（2）两个固体电极材料）两个固体电极材料（活性或惰性）（活性或惰性）（4）构成闭合回路。构成闭合回路。针对练习针对练习1：下列说法正确的是下列说法正确的是 ()电解是把电能转变成化学能；电解是把电能转变成化学能；电解是化学能转变成电能；电解是化学能转变成电能；电解质溶液导电过程就是电解过程；电解质溶液导电过程就是电解过程；任何电解过程，必将导致氧化还原反应的发生任何电解过程，必将导致氧化还原反应的发生 电解、电离均需要通电才能实现电解、电离均需要通电才能实现 A.B.C.D.C针对练习针对练习2：分析下图，属于电解池的有分析下图，属于电解池的有4.4.电极名称：电极名称：与电源负极相连的电极与电源负极相连的电极为为阴极阴极(发生还原反应发生还原反应)与电源正极相连的电极与电源正极相连的电极为为阳极阳极（发生氧化反应）（发生氧化反应）5、反应原理、反应原理阳极阳极阴极阴极AgNO3溶液溶液ee电子流向电子流向阳离子阳离子阴离子阴离子阴极阴极阳极阳极电极反应：电极反应：4OH-4e=2H2O+O2电极反应：电极反应：Ag+e=Ag氧化反应氧化反应还原反应还原反应电解总反应电解总反应:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3电解电解碳棒碳棒碳棒碳棒6、离子放电顺序、离子放电顺序金属金属S2-I-Br-Cl-OH NO3SO42F(1)阳极：阳极：还原性强的离子先失电子还原性强的离子先失电子 (2)阴极：阴极：氧化性强的离子先得电子氧化性强的离子先得电子 越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但但Fe3+氧化性较氧化性较Cu2+强。强。Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+（3）活泼活泼电极作电极作阳极阳极时时先放电先放电变成阳离子变成阳离子7、如何、如何判断电解池的正负极？判断电解池的正负极？（2 2）根据电子流动的方向判断）根据电子流动的方向判断（3 3）根据发生的反应判断）根据发生的反应判断与电源负与电源负极相连的为极相连的为阴阴极，与电源极，与电源正正极相连的为极相连的为阳阳极；极；电子流出电子流出的一极为的一极为阳阳极，极，电子流进电子流进的一极为的一极为阴阴极；极；发生发生氧化反应氧化反应的一极为的一极为阳阳极；发生极；发生还原反应还原反应一极的为一极的为阴阴极极（1 1）根据电源正负极判断）根据电源正负极判断8、如何、如何书写电解池的电极反应式？书写电解池的电极反应式？（1 1）阳极：）阳极：注意是否是惰性电极注意是否是惰性电极(C.Pt.AuC.Pt.Au)（2 2）阴极：）阴极：失失电子的一极电子的一极,发生发生氧化氧化反应反应,需判断什么物质发生需判断什么物质发生了氧化反应了氧化反应,生成了什么物质。生成了什么物质。得得电子的一极电子的一极,发生发生还原还原反应反应,需判断什么物质发生需判断什么物质发生了还原反应了还原反应,生成了什么物质。生成了什么物质。注意：注意：总反应式总反应式=阳极反应式阳极反应式+阴极反应式阴极反应式阳极的电极反应：阳极的电极反应：4OH-4e=2H2O+O2阴极的电极反应：阴极的电极反应：Ag+e=Ag电解总反应电解总反应:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3电解电解（包括水的电离，并分（包括水的电离，并分 成阳离子组和阴离子组）成阳离子组和阴离子组）明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子判断阴阳离子的放电顺序判断阴阳离子的放电顺序根据根据阳极氧化，阴极还原阳极氧化，阴极还原完成电极反应式完成电极反应式书写电极反应式及总方程式的方法小结书写电极反应式及总方程式的方法小结判断电极材料判断电极材料（注意得失电子守恒）（注意得失电子守恒）由阴阳两电极反应式，合并得总反应式由阴阳两电极反应式，合并得总反应式（弱电解质的须保持分子形式）（弱电解质的须保持分子形式）思考与交流思考与交流 请大家分析并写出当用惰性请大家分析并写出当用惰性电极电解下列溶液时，阴阳极的电极电解下列溶液时，阴阳极的电极反应和总反应？电极反应和总反应？HCl CuCl2 NaCl K2S CuSO4 AgNO3 NaOH H2SO41、无氧酸、不活泼金属无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐(如如HCl、CuCl2等等)溶液的溶液的电解电解 电解盐酸：阴极：电解盐酸：阴极：2H+2e-=H2 阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2 总反应：总反应：2HCl Cl2+H2通电通电电解电解质型电解电解质型：用惰性电极电解电解质溶液的规律2、活泼金属的无氧酸盐活泼金属的无氧酸盐(如如NaCl、K2S等等)溶液的电解。溶液的电解。电解氯化钠溶液电解氯化钠溶液 阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2 阴极：阴极：2H+2e-=H2总反应：总反应：2NaCl+2H2O =2NaOH+Cl2+2H2通电通电放氢生碱型：放氢生碱型：3、不活泼金属的含氧酸不活泼金属的含氧酸 盐盐(如如CuSO4、AgNO3等等)溶液的电解。溶液的电解。电解硫酸铜溶液电解硫酸铜溶液阴极：阴极：2Cu2+4e-=2Cu阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O总反应：总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4通电通电放氧生酸型：放氧生酸型：4、含氧酸、强碱、活泼金含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐属的含氧酸盐(如如NaOH、H2SO4、Na2SO4 等等)的电解。的电解。阴极：阴极：4H+4e-=2H2 阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O 总反应：总反应：2H2O2H2+O2通电通电电解水型：电解水型：思考与交流思考与交流 请大家分析下列电解一段时间后，请大家分析下列电解一段时间后，为了使其恢复到和原来的溶液一样，为了使其恢复到和原来的溶液一样，应加入什么物质？应加入什么物质？HCl CuCl2 NaCl K2S CuSO4 AgNO3NaOH H2SO4（HCl气体）气体）（CuCl2）（HCl气体）气体）（H2S气体）气体）（CuO）（Ag2O）（H2O）（H2O）电解电解类型类型 举举 例例 电极反应电极反应 溶液溶液pHpH变化变化 溶液复溶液复原方法原方法 物质类别物质类别 实例实例 水水电电解解含氧酸含氧酸H H2 2SOSO4 4 强碱强碱NaOH NaOH 活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐 NaNa2 2SOSO4 4 溶溶质质电电解解无氧酸无氧酸 HCl HCl 不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐 CuClCuCl2 2 溶质和溶质和水同时水同时电解电解活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐 NaCl NaCl 不活泼金属不活泼金属的含氧酸盐的含氧酸盐 CuSOCuSO4 4 9 9、电解质溶液电解质溶液用用惰性电极惰性电极电解的规律小结：电解的规律小结：阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：4H4H+4e+4e=2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e =Cl=Cl2 2阴极：阴极：4H4H+4e+4e=2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e-=Cl=Cl2 2阴极：阴极：CuCu2+2+2e+2e=Cu=Cu阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e=Cl=Cl2 2阴极：阴极：2H2H2 2O+2eO+2e=H=H2 2+2OH+2OH-阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：2Cu2Cu2+2+4e+4e=2Cu=2Cu减小减小增大增大不变不变增大增大增大增大减小减小H H2 2O OHClHClCuClCuCl2 2 HClHClCuOCuO10、原电池和电解池的比较图例图例装置名称装置名称电极名称电极名称电极反应电极反应总反应式总反应式电流方向电流方向受受保护电极保护电极能量转化能量转化原电池原电池电解池电解池正负极正负极阴阳极阴阳极负负氧；正氧；正还还阳阳氧；阴氧；阴还还Zn+Cu2+=Zn2+Cu2Cl-+2H2O=H2+Cl2+2OH-正正外外负负内内正正正正外外阳阳内内阴阴外外负负正极正极阴极阴极化学能化学能电能电能 电能电能化学能化学能小结小结:1.电解电解-在直流电的作用下在直流电的作用下,电解质在两个电极电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程上分别发生氧化反应和还原反应的过程2.电解池电解池-将电能转化为化学能的装置将电能转化为化学能的装置4.电极反应电极反应-半反应半反应与电源正极相连与电源正极相连阴极阴极与电源负极相连与电源负极相连发生氧化反应发生氧化反应阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向发生还原反应发生还原反应阳极阳极3.构成电解池的条件构成电解池的条件 (1)概念概念:应用应用电解电解原理在某些原理在某些金属表面镀上其它金金属表面镀上其它金属或合金属或合金的过程的过程 (2)电镀池的形成条件电镀池的形成条件 A、镀件作阴极、镀件作阴极 B、镀层金属作阳极、镀层金属作阳极 C、含镀层金属离子的盐作电解溶液、含镀层金属离子的盐作电解溶液电镀电镀1电镀a、两极的现象：两极的现象：两极的反应：两极的反应：b b、CuSO4的浓度是否改变？为什么？的浓度是否改变？为什么？镀层金属作阳极镀层金属作阳极镀件金属作阴极镀件金属作阴极阳极铜板逐渐溶解，阴极铁板上有一层铜阳极铜板逐渐溶解，阴极铁板上有一层铜阳极：阳极：Cu-2e-=Cu2+阴极阴极:Cu2+2e-=Cu CuSO4的浓度不变，的浓度不变，Cu失失2e-电子的同时电子的同时Cu2+得得到到2e-电子，处于平衡状态。电子，处于平衡状态。含待镀金属离子的含待镀金属离子的CuSO4作电解质作电解质铁电极铁电极铜电极铜电极1电镀 1电镀2铜的电解精炼a、两极的现象：、两极的现象：两极的反应：两极的反应：b b、CuSO4 的浓度是否改变？的浓度是否改变？电解质溶液为电解质溶液为CuSO4溶液溶液粗铜逐渐溶解粗铜逐渐溶解，阴极析出紫红色的铜。阴极析出紫红色的铜。阴极：阴极：Cu2+2e-=Cu,阳极：阳极：Cu-2e-=Cu2+Fe-2e-=Fe2+阳极泥（银）阳极泥（银）基本不变基本不变精铜电极精铜电极粗铜（含铁银）电极粗铜（含铁银）电极在一个在一个U U形管中形管中注入氯化钠溶液，注入氯化钠溶液，用一根碳棒作用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阳极，一根铁棒作阴极接通直流阴极接通直流电源，观察电源，观察U U形管形管中现象。如何证明中现象。如何证明生成的产物？生成的产物？实实 验验3、氯碱工业、氯碱工业阳极阳极有气泡产生，能使湿润有气泡产生，能使湿润KI淀粉试纸淀粉试纸变蓝变蓝阴极阴极产生气泡，滴入的酚酞变产生气泡，滴入的酚酞变红红现象现象式式问题：问题：？电解的总反应方程式？电解的总反应方程式？为什么为什么NaOH 在阴极区产生？在阴极区产生？若产生若产生1molH2，则产生，则产生Cl2、NaOH质量各质量各 多少多少?转移几摩电子转移几摩电子?(2)(2)电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2还原反应还原反应氧化反应氧化反应阴极：阴极：阳极：阳极：总反应总反应：总反应离子方程式总反应离子方程式：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2电解电解电解电解 2Cl+2H2O 2OH+H2+Cl2问题：问题：电解电解NaCl溶液的一般装置的缺点？溶液的一般装置的缺点？H2和和Cl2 混合不安全。混合不安全。Cl2会和会和NaOH反应，会使得到的反应，会使得到的NaOH不纯不纯(3)、离子交换膜法制烧碱、离子交换膜法制烧碱问题：问题：离子交换膜电解槽的简单构造如何离子交换膜电解槽的简单构造如何？作用是什么作用是什么?氯碱工业氯碱工业练习：（练习：（05高考高考11）关于电解关于电解NaCl水溶液，下列叙水溶液，下列叙述正确的是述正确的是A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B.若在阳极附近的溶液中滴人若在阳极附近的溶液中滴人KI溶液，溶液呈棕色溶液，溶液呈棕色C，若在阴极附近的溶液中滴人酚酞试液，溶液呈无色，若在阴极附近的溶液中滴人酚酞试液，溶液呈无色D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性搅拌后溶液呈中性B电解原理的应用电解原理的应用-电冶金电冶金（1 1）制取金属钠）制取金属钠电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2Na+2e-=2Na总反应：总反应：通电2NaCl=2Na+Cl2（2 2）制取金属铝）制取金属铝电解熔融氧化铝电解熔融氧化铝阳极：阳极：6O2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al总反应：总反应：通电通电注意：注意：反应过程中使用冰晶石反应过程中使用冰晶石(Na3AlF6)作为作为 熔剂，使熔剂，使Al2O3在较低的温度下熔化在较低的温度下熔化2Al2O3=4Al+3O2