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第四章 电化学基础第三节第三节 电解池电解池制作人：杨晶晶制作人：杨晶晶 审核人：杜惠霞审核人：杜惠霞2011-11-11实验实验4-2：P79现象现象：（1）阴极石墨棒上逐渐阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜覆盖了一层红色的铜（2）阳极石墨棒上有使）阳极石墨棒上有使湿润的碘化钾淀粉试纸变湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝蓝实验分析实验分析思考思考1 1：氯化铜溶液中含有哪些微粒：氯化铜溶液中含有哪些微粒?阳离子：阳离子：Cu2+H+阴离子：阴离子：Cl-OH-Cu2+H+向阴极区移动向阴极区移动；Cl-OH-向阳极区移动向阳极区移动Cl-Cl2 OH-O2 H2O H+OH-CuClCuCl2 2 Cu Cu2+2+2Cl+2Cl-阴极区：阴极区：Cu2+Cu H+H2阳极区：阳极区：思考思考3：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物可能是哪些？么样的电极反应？产物可能是哪些？思考思考2：在通电时这些：在通电时这些微粒各向什么区微粒各向什么区移动移动？通电前通电前 阴极阳极通电后通电后Cu2+氧化性大于氧化性大于H+,故故Cu2+得电子变成得电子变成CuCl-还原性大于还原性大于OH-,故故Cl-失电子生成失电子生成Cl2实验分析实验分析2Cl 2e=Cl2（氧化反应）氧化反应）Cu2+2e=Cu（还原反应）还原反应）总反应式：总反应式：CuCl2 Cu+Cl2电解电解阳极：阳极：阴极：阴极：实验实验一、电解原理1.电解：电解：使使直流电直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应氧化还原反应的过程，叫做电解。的过程，叫做电解。2 2、电解池的概念：把、电解池的概念：把电能电能转变为转变为化学能化学能的装置，的装置，又称电解槽。又称电解槽。3.构成电解池的条件：构成电解池的条件：直流电源；直流电源；阴极阴极:与电源与电源负极负极相连相连 还原反应还原反应阳极阳极:与电源与电源正极正极相连相连 氧化反应氧化反应 阴、阳阴、阳 电极电极电解质溶液或熔融电解质；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。形成闭合回路。阴极：氧化性强的阳离子先得电子阴极：氧化性强的阳离子先得电子金属越不活泼金属越不活泼,对应阳离子氧化性越强，对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。越容易得电子。Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸中酸中H+）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+（浓度大时先于浓度大时先于H+放电）放电）H+（水中水中H+）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+4、放电顺序：注意：注意：1、电解质先电离后电解；、电解质先电离后电解；2、导电过程就是电解过程。、导电过程就是电解过程。3、阴极不参与电解反应、阴极不参与电解反应阳极：（阳极：（1）活性电极：石墨、金、铂活性电极：石墨、金、铂 以外的以外的金属时：金属时：金属自身失电子金属自身失电子金属（除金属（除Pt、Au）S2IBrClOH含氧酸含氧酸F金属阳极先放电，离子后放电金属阳极先放电，离子后放电（2）惰性电极：石墨、金、铂时：）惰性电极：石墨、金、铂时：还原性强的阴离子先失电子还原性强的阴离子先失电子阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原H2SO4阴极阴极(H+):4H+4e-=2H2变大变大变变小小加加H2O2H2O=2H2+O2通电通电第一组：电解第一组：电解H2SO4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明确电极材料明确电极材料阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓浓度度PH值值复原复原NaOH阴极阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2变大变大 变变大大加加H2O2H2O=2H2+O2通电通电第一组：电解第一组：电解NaOH阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4阴极阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2变大变大不不变变加加H2O2H2O=2H2+O2通电通电第一组：电解第一组：电解Na2SO4总结总结1：电解：电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液酸盐溶液时，如电解时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液等溶液实质：电解水实质：电解水电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数，若要恢复，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的原来的浓度，只需加入一定量的即可。即可。增大增大水水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CuCl2CuCl2Cu+Cl2电解阳极阳极:(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2阴极阴极(Cu2+H+)：Cu2+2e-=2Cu减小减小加适量加适量CuCl2晶体晶体第二组：电解CuCl2阴极阴极阳极阳极碘碘氢气氢气实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原HI2HII2+H2阳极阳极:(I-，OH-):2I-2e-=I2阴极阴极(H+)：2H+2e-=H2减小减小增增大大通入通入适量适量HI第二组：电解HI溶液电解总结总结2:电解电解无氧酸溶液无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼、不活泼金属的无氧酸盐溶液金属的无氧酸盐溶液，如电解盐酸、，如电解盐酸、CuCl2溶溶液等液等实质：电解质本身被电解实质：电解质本身被电解减小减小溶质溶质电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数，若要恢复，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的原来的组成和浓度，需加入一定量的电解电解活泼金属的无氧酸盐溶液活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水时，电解质和水都有一部分被电解，如都有一部分被电解，如电解电解NaCl溶液等。溶液等。第三组：电解第三组：电解NaCl食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：H+Cl-Na+、Cl-、H+、OH-Na+OH-阴极阴极阳极阳极离子放电顺序：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：阳极阳极 氧化反应氧化反应 阴极阴极 还原反应还原反应电解后原溶液浓度电解后原溶液浓度减小减小，PH增大，若要恢增大，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。NaOH在阴极生成。在阴极生成。阳极阳极(C)：2Cl2eCl2阴极阴极(C)：2H+2eH2总总反应反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2电解、电解、电解不活泼金属的含氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都时，电解质和水都有一部分被电解，如电解有一部分被电解，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总总反应反应：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解电解后原溶液浓度电解后原溶液浓度减小，减小，PH减小减小，若要恢复原，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物金属氧化物。第三组：电解第三组：电解CuSO4练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电极反应及电解总反应式。极反应及电解总反应式。AgNOAgNO3 3溶液溶液 试一试试一试阳极：阳极：4OH-4e-=2H2O+O2阴极：阴极：4Ag+4e-=4Ag总反应式：总反应式：4Ag+2H2O=4Ag+O2+4H+通电通电二、电解质溶液电解规律（惰性电极）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CuCl2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+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，只）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；变大；（2 2）如果只产生氧气而没有氢气，只）如果只产生氧气而没有氢气，只pH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。1、以、以Fe为阴极为阴极，Cu为阳极，电解为阳极，电解CuSO4，画出电解池，标出电极名称，画出电解池，标出电极名称，写出电极反应。写出电极反应。2、以、以Cu为阴极，为阴极，Ag为阳极，电解为阳极，电解AgNO3，画出电解池，标出电极，写画出电解池，标出电极，写出电极反应。出电极反应。练习练习3.为为下下图图所所示示装装置置中中，a、b都都是是惰惰性性电电极极，通通电电一一段段时时间间后后，b极极附附近近溶溶液液呈呈红红色色。下下列说法正确的是列说法正确的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a XY 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、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、以制造烧碱、氯气和氢气的工业）氯气和氢气的工业）阳极阳极(C)：2Cl2eCl2阴极阴极(C)：2H+2eH2总总反应反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2电解2.2.电镀电镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀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，它是电解上一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。原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺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。防止钢铁发生腐蚀点，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金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。属，如锌、铜、铬、镍等。铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电镀铜电镀铜阳极：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）溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变电镀：电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀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上一薄层其他金属或合金的过程，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：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电解质溶液电解质溶液浓度保持不变浓度保持不变3.3.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（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，如果用以制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。须利用电解的方法精炼粗铜。粗粗铜铜含杂质含杂质(ZnFeNiAgAu等等)电极反应式电极反应式阴极阴极（纯铜）（纯铜）:Cu2+2e-=Cu (还原反应还原反应)阳极阳极（粗铜）（粗铜）:Cu -2e-=Cu2+(氧化反应氧化反应)杂质：Zn -2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底电解槽底,形成阳极泥形成阳极泥电解精练铜原理电解精练铜原理粗铜板粗铜板纯铜板纯铜板硫酸铜溶液硫酸铜溶液问：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？4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）铝等活泼金属的方法）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+Cl2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冰晶石电解池小结电解池小结与电源正极相连与电源正极相连阳极阳极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1、电源、电极、电极反应关系、电源、电极、电极反应关系2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金电解池与原电池有哪些异同电解池与原电池有哪些异同两电极接直流电源两电极接直流电源两电极接直流电源两电极接直流电源电解质溶液电解质溶液电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路形成闭合回路形成闭合回路活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极电解质溶液电解质溶液电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路形成闭合回路形成闭合回路形成形成条件条件将电能将电能将电能将电能 转变成化学能的装置转变成化学能的装置转变成化学能的装置转变成化学能的装置将化学能将化学能将化学能将化学能 转变成电能的装置转变成电能的装置转变成电能的装置转变成电能的装置定义定义装置装置实例实例电解池电解池原电池原电池装置装置归纳归纳电解池与原电池有哪些异同电解池与原电池有哪些异同(续续)电源负极电源负极电源负极电源负极电解池阴极电解池阴极电解池阴极电解池阴极电解池阳极电解池阳极电解池阳极电解池阳极电源正极电源正极电源正极电源正极电子电子流向流向阳极：阳极：阳极：阳极：氧化反应，电极氧化反应，电极氧化反应，电极氧化反应，电极金属失电子或溶液中的金属失电子或溶液中的金属失电子或溶液中的金属失电子或溶液中的阴离子失电子阴离子失电子阴离子失电子阴离子失电子阴极：阴极：阴极：阴极：还原反应，溶液还原反应，溶液还原反应，溶液还原反应，溶液中的阳离子得电子中的阳离子得电子中的阳离子得电子中的阳离子得电子负极：负极：负极：负极：氧化反应，金属氧化反应，金属氧化反应，金属氧化反应，金属失电子失电子失电子失电子正极：正极：正极：正极：还原反应，溶液还原反应，溶液还原反应，溶液还原反应，溶液中的阳离子得电子中的阳离子得电子中的阳离子得电子中的阳离子得电子电极电极反应反应阳极：阳极：阳极：阳极：与电源正极相连与电源正极相连与电源正极相连与电源正极相连阴极：阴极：阴极：阴极：与电源负极相连与电源负极相连与电源负极相连与电源负极相连负极：负极：负极：负极：较活泼金属较活泼金属较活泼金属较活泼金属正极：正极：正极：正极：较不活泼金属较不活泼金属较不活泼金属较不活泼金属（或能导电的非金属）（或能导电的非金属）（或能导电的非金属）（或能导电的非金属）电极电极名称名称电解池电解池原电池原电池装置装置负极负极负极负极 正极正极正极正极导线导线导线导线归纳归纳原原电池、电解池、电镀池判定规律电池、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，然后依据原可能是原电池，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，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质则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，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。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。2.2.右右图图中中x x、y y分分别别是是直直流流电电源源的的两两极极,通通电电后后发发现现a a极极板板质质量量增增加加,b,b极极板板处处有有无无色色无无臭臭气气体体放放出出,符合这一情况的符合这一情况的A 电解计算电解计算电子守恒法电子守恒法例一例一 ：铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合混合溶液溶液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)气体气体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物并确定析出铜的物质的量质的量.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4OH-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.O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：关系式：例二例二：用石墨电极电解用石墨电极电解100mLH2SO4与与CuSO4的混合的混合液，通电一段时间后，两极均收集到液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气标况）气体，则原混合液中体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A