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高二化学电解本讲稿第一页，共四十四页1、原电池：、原电池：将化学能转变为电能的装置。将化学能转变为电能的装置。复习：复习：ZnCCuSO4溶液溶液负极负极(Zn)：Zn2eZn2+正极正极(C)：Cu2+2eCu(氧化反应氧化反应)ee(还原反应还原反应)想一想：构成原电想一想：构成原电池的条件是什么池的条件是什么?本讲稿第二页，共四十四页3、原电池电极的判断、原电池电极的判断负极：负极：较活泼金属，电子流出，发生氧化反应较活泼金属，电子流出，发生氧化反应正极：正极：较不活泼金属或非金属，电子流入，发较不活泼金属或非金属，电子流入，发生还原反应生还原反应2、构成原电池的条件：、构成原电池的条件：、具有不同的电极，较活泼的金属作负极，、具有不同的电极，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。较不活泼的金属或非金属作正极。、具有电解质溶液、具有电解质溶液、形成闭合回路、形成闭合回路本讲稿第三页，共四十四页 本讲稿第四页，共四十四页现象：现象：与电源正极相连的电极上有气泡析出，与电与电源正极相连的电极上有气泡析出，与电源负极相连的电极上有红色物质析出源负极相连的电极上有红色物质析出CCCuCl2溶液溶液本讲稿第五页，共四十四页电解氯化铜溶液微观模拟电解氯化铜溶液微观模拟本讲稿第六页，共四十四页CCCuCl2溶液溶液结论：结论：氯化铜溶液通电后发生了化学变化，氯化铜溶液通电后发生了化学变化，而电流的作用是这种化学变化的根本原因。而电流的作用是这种化学变化的根本原因。本讲稿第七页，共四十四页第四单元第四单元 电解原理及应用电解原理及应用第一节第一节 电解原理电解原理一、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、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、电解池：、电解池：电能转化为化学能的装置电能转化为化学能的装置本讲稿第八页，共四十四页3、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、电解质溶液或熔化的、电解质溶液或熔化的 电解质电解质、形成闭合回路、形成闭合回路4、电极的判断、电极的判断阴极：阴极：与电源负极相连，电子流入，发生还原反应与电源负极相连，电子流入，发生还原反应阳极阳极:与电源正极相连，电子流出，发生氧化反应与电源正极相连，电子流出，发生氧化反应阴极阴极阳极阳极本讲稿第九页，共四十四页电解池电解池能量转换能量转换离子的迁移方离子的迁移方向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 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5.原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:本讲稿第十页，共四十四页(1)写出以碳棒作电极电解写出以碳棒作电极电解氯化铜溶液的电极反应式氯化铜溶液的电极反应式阴极阴极 ：Cu2+2e Cu 6、电极反应的书写：、电极反应的书写：阳极阳极 ：2Cl 2eCl2总反应：总反应：CuCl2 Cu+Cl2 电解电解CC本讲稿第十一页，共四十四页(2)写出以碳棒作电极电解氯化钠溶液的电极反应写出以碳棒作电极电解氯化钠溶液的电极反应式及总反应式及总反应阳极阳极 ：2Cl 2eCl2阴极阴极 ：2H+2e H2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2 电解电解本讲稿第十二页，共四十四页分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：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，阴极还原分析得出产物根据阳极氧化，阴极还原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本讲稿第十三页，共四十四页7、电解时离子放电顺序、电解时离子放电顺序阴极阴极:阳离子放电，得电子能力强先放电阳离子放电，得电子能力强先放电Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+阳极阳极:阴离子放电，失电子能力强先放电阴离子放电，失电子能力强先放电S2IBrCl OH含氧酸根离子含氧酸根离子A.若阳极是金属若阳极是金属(金属活动顺序表金属活动顺序表Ag以前以前)，溶液中的阴离子，溶液中的阴离子一律不放电，而是电极材料失电子一律不放电，而是电极材料失电子。B.若阳极是惰性若阳极是惰性(Pt、Au、石墨、石墨)，则放电顺序如下：，则放电顺序如下：本讲稿第十四页，共四十四页电极材料电极材料8.影响离子放电顺序的因素影响离子放电顺序的因素离子本身的氧化性离子本身的氧化性还原性还原性本讲稿第十五页，共四十四页写出电极反应式写出电极反应式 Cu（）。Cu（1）。2H2H2e2e-H H2 2Cu-2eCu-2e-CuCu2+2+CuH2SO4 CuSO4H2电解电极材料电极材料直流电源 Cu（）Cu（）稀硫酸溶液稀硫酸溶液负极负极正极正极若阳极是金属若阳极是金属(金属活动顺序表金属活动顺序表Ag以前以前)，溶液中的阴离子一，溶液中的阴离子一律不放电，而是电极材料失电子律不放电，而是电极材料失电子。本讲稿第十六页，共四十四页(2)离子浓度相同或相近时离子浓度相同或相近时,由由 离子本身的氧化性离子本身的氧化性 还原性确还原性确定定.如如:用惰性电极电解用惰性电极电解0.1mol/LAgNO3与与0.1mol/LCu(NO3)2混合溶液混合溶液又如又如:用惰性电极用惰性电极电解电解Ag先析出先析出,Cu后析出后析出.0.1mol/LFeCl3和和0.1mol/LCuCl2混合溶液混合溶液,阴极初始反应为阴极初始反应为:Fe3+e-=Fe2+,开始并没有开始并没有Cu析出析出本讲稿第十七页，共四十四页（3 3）原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化）原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化 反应（反应（）（2 2）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(）1 1、判断、判断（1 1）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（）巩固提高：巩固提高：本讲稿第十八页，共四十四页二、电解规律的讨论：二、电解规律的讨论：(用用惰性电极惰性电极电解时电解时)C或或PtC或或Pt本讲稿第十九页，共四十四页以石墨为电极，电解下列物质：以石墨为电极，电解下列物质：1.1.盐酸、盐酸、CuCl2溶液溶液3.Na2SO4溶液、溶液、H2SO4溶液、溶液、NaOH溶液溶液2.AgNO2.AgNO3 3溶液、溶液、CuSOCuSO4 4溶液溶液4.NaCl 4.NaCl 溶液溶液 NaBrNaBr溶液溶液本讲稿第二十页，共四十四页、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。溶液时，实质上是电解水。如电解如电解H2SO4、HNO3NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：等溶液时其电极反应式为：阳极阳极：4OH4e2H2O+O2阴极：阴极：4H+4e2H2 总反应：总反应：2H2O O2+2H2 电解 电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。原来的浓度，只需加入一定量的水即可。本讲稿第二十一页，共四十四页、电解无氧酸溶液电解无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金属的、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、如电解盐酸、CuCl2溶液等时溶液等时 电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一通入一定量的定量的HCl气体气体)阳极：阳极：2Cl 2eCl2阴极：阴极：2H+2e H2 总反应：总反应：2HCl Cl2+H2 电解电解盐酸电解盐酸本讲稿第二十二页，共四十四页、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解有一部分被电解，如电解，如电解CuSO4溶液、溶液、AgNO3溶液溶液等。等。阳极阳极：4OH4e2H2O+O2阴极：阴极：2Cu2+4e2Cu总反应：总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4 电解 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。电解电解CuSO4溶液溶液:本讲稿第二十三页，共四十四页、电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水、电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。溶液等。电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。阳极阳极(C)：2Cl 2eCl2阴极阴极(C)：2H+2e H2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2 电解本讲稿第二十四页，共四十四页三三.其他问题的讨论：其他问题的讨论：1.电解后溶液中溶质的浓度变化电解后溶液中溶质的浓度变化 2.如何恢复原来的浓度如何恢复原来的浓度 3.电解后溶液电解后溶液PH值的变化值的变化 本讲稿第二十五页，共四十四页电解物质电解物质电极反应电极反应电解对象电解对象浓度浓度变化变化PH变化变化电解质复电解质复原所加物原所加物质质Na2SO4(ag)HCl(ag)CuCl2(ag)NaCl(ag)KBr(ag)CuSO4(ag)AgNO3(ag)用用惰性惰性电极电解下列溶液电极电解下列溶液阳极阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极阴极:2H+2e-=H2阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:2H+2e-=H2阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:2H+2e-=H2阳极阳极:2Br-2e-=Br2阴极阴极:2H+2e-=H2阳极阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极阴极:Ag+e-=AgH2OHClCuCl2NaClH2OKClH2OCuSO4H2OAgNO3H2O增大增大减小减小减小减小减小减小减小减小减小减小减小减小不变不变增大增大增大增大增大增大减小减小减小减小H2OHClCuCl2HCl稍小稍小CuOAg2OH2SO4(ag)NaOH(ag)阳极阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极阴极:2H+2e-=H2H2O增大增大减小减小H2O阳极阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极阴极:2H+2e-=H2H2O增大增大 增大增大H2O本讲稿第二十六页，共四十四页四、电解原理的应用四、电解原理的应用1、铜的电解精炼、铜的电解精炼、粗铜所含的杂质、粗铜所含的杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等等+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液、粗铜的精炼、粗铜的精炼 以粗铜为阳极，以纯以粗铜为阳极，以纯铜为阴极，铜为阴极，以以CuSO4溶液溶液为电解液进行电解为电解液进行电解阳极：阳极：Zn 2eZn2+Fe2eFe2+Ni 2eNi2+Cu2eCu2+阴极：阴极：Cu2+2eCu本讲稿第二十七页，共四十四页2、电镀、电镀、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层、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。其它金属或合金的过程。、电镀池形成条件、电镀池形成条件+镀件镀件镀层金属镀层金属含镀层金属离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液、镀件作阴极、镀件作阴极、镀层金属作阳极、镀层金属作阳极、含镀层金属阳离子、含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液的盐溶液作电解液本讲稿第二十八页，共四十四页 （1 1）在在NaClNaCl溶液中溶液中,NaCl,NaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阴极移动，向阳极移动。向阳极移动。在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。阳极方程式：阳极方程式：;（2 2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 使使H H2 2O O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大，PHPH 。阴极方程式：阴极方程式：。2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+三、电解原理的应用三、电解原理的应用3、氯碱工业、氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。本讲稿第二十九页，共四十四页总化学方程式：总化学方程式：;总离子方程式总离子方程式:.(3)(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：_ ，两极极板上都有气体产生，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？如何检验气体的种类？阴极附近的溶液无色变为红色阴极附近的溶液无色变为红色阳极阳极:产生产生刺激刺激气体使湿润气体使湿润KI淀粉试纸淀粉试纸变蓝色变蓝色.阴极阴极:产生产生无色、无味气体无色、无味气体本讲稿第三十页，共四十四页(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混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题:本讲稿第三十一页，共四十四页（1）生产设备名称：）生产设备名称：离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽阴极阴极：碳钢：碳钢 阳极：钛阳极：钛阳离子交换膜：阳离子交换膜：只允许阳离子通过只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔，把电解槽隔成阴极室和阳极室。成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；、防止氢气和氯气混合；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，而影响氢氧化钠的产量。氢氧化钠的产量。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本讲稿第三十二页，共四十四页+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本讲稿第三十三页，共四十四页提示：提示：第二个问题：精制食盐水第二个问题：精制食盐水 由于粗盐中含有泥沙、由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？膜，那么如何除去这些杂质呢？3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题:本讲稿第三十四页，共四十四页泥沙泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-NaNa+、ClCl-、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe3+3+、引、引入入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-本讲稿第三十五页，共四十四页4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）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。通直流电后，通直流电后，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 +Cl2 结论：电解法是冶炼金属的一种重要方结论：电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是最强有力的氧化还原的手段。法，是最强有力的氧化还原的手段。本讲稿第三十六页，共四十四页4、电冶金、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）方法）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：6O 2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al 3+12e-=4Al总反应：总反应：2Al2O3(熔融熔融)4Al +3O2 冰晶石助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?本讲稿第三十七页，共四十四页原电池、电解池、电镀池判定规律原电池、电解池、电镀池判定规律 若无外接电源，若无外接电源，可能是原电池可能是原电池，然后依据原，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看三看”先看电极：两极为导体且活泼性不同先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是则可能是电解池电解池或或电镀池电镀池。当阳极金属与电解质。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情况为电解池。况为电解池。本讲稿第三十八页，共四十四页练习练习1、分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。、分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。本讲稿第三十九页，共四十四页（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCuPtPtAgFe本讲稿第四十页，共四十四页2、下列说法或实验现象的描述不正确的是（、下列说法或实验现象的描述不正确的是（）A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡面出现气泡B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快铜溶液，气泡放出速度加快D与电源负极相连的是电解槽的阴极与电源负极相连的是电解槽的阴极B本讲稿第四十一页，共四十四页例例3：在：在50mL 0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解极，通电电解(不考虑水分蒸发不考虑水分蒸发)，则：，则：若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶若两极均为铜片，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如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放电在阴极上放电当电路中有当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重电子通过时，阴极增重 g，阴极上的电极反应式是阴极上的电极反应式是 。不变不变1.28Zn 2eZn2+Cu2+2eCu本讲稿第四十二页，共四十四页例例4：某溶液中含有两种溶质：某溶液中含有两种溶质NaCl和和H2SO4，它们的，它们的物质的量之比为物质的量之比为3:1。用石墨做电极电解该混合溶。用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是叙述不正确的是()A.阴极自始至终只析出阴极自始至终只析出H2 B.阳极先析出阳极先析出Cl2，后析出，后析出O2 C.电解最后阶段为电解水电解最后阶段为电解水 D.溶液溶液pH不断增大，最后为不断增大，最后为7D本讲稿第四十三页，共四十四页例例5：用两支惰性电极插入：用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，溶液中，通电电解。当电解液的通电电解。当电解液的PH值从值从6.0变为变为3.0时时(设电设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体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积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：，电极上析出银的质量大约是：A、27mg B、54mg C、108mg D、216mgB本讲稿第四十四页，共四十四页