_电解池的工作原理及应用.ppt

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1、专题专题1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化电解池的工作原理及应用电解池的工作原理及应用 电解原理电解原理 1 1、电解：、电解：在在直流电直流电的作用下，在两电极的作用下，在两电极上分别发生上分别发生氧化反应和还原反应氧化反应和还原反应的过程的过程2 2、电解池：、电解池：电能转化为化学能电能转化为化学能的装置。的装置。分析下图，判断哪个是原电池，哪个是电解池。分析下图，判断哪个是原电池，哪个是电解池。知识回顾知识回顾3 3、电解池构成条件、电解池构成条件: : (1) (1)外加外加直流直流电源电源 (2) (2)与电源相连的两个电

2、极：与电源相连的两个电极： 接电源接电源正极正极的为的为阳极阳极，发生，发生氧化氧化反应反应 接电源接电源负极负极的为的为阴极阴极，发生，发生还原还原反应反应 (3) (3)电解质溶液或熔融的电解质电解质溶液或熔融的电解质 (4)(4)形成闭合回路形成闭合回路图图1 11919是电解熔融态氯化钠的原理。请讨论下列问题是电解熔融态氯化钠的原理。请讨论下列问题2.2.通电后电极表面分别发生了什么变化？请通电后电极表面分别发生了什么变化？请写出两电极上发生的电极反应式。写出两电极上发生的电极反应式。 3.3.请分析电解过程中的电子的流向。请分析电解过程中的电子的流向。1.1.通电前，（图通电前，（图

3、1 12020左图）和通电后（图左图）和通电后（图1 12020右图），熔融态氯化钠中右图），熔融态氯化钠中NaNa+ +和和ClCl- -的运动有何差的运动有何差异？请在图异？请在图1 12020中用箭头表示中用箭头表示NaNa+ +和和ClCl- -的运动的运动情况。情况。4 4、阴阳极判断及反应原理、阴阳极判断及反应原理与电源与电源正极正极相连相连与电源与电源负极负极相连相连阳极阳极阴极阴极阴阴离子移向离子移向阳阳离子移向离子移向发生发生氧化氧化反应反应发生发生还原还原反应反应UU形管中装有氯化铜溶液，插入两根石墨棒作为电极，形管中装有氯化铜溶液，插入两根石墨棒作为电极，接通直流电源，将

4、湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极接通直流电源，将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，观察管内的现象和试纸颜色的变化附近，观察管内的现象和试纸颜色的变化 活动与探究活动与探究PP1919分析电解反应的一般思路分析电解反应的一般思路溶液中存在的离子溶液中存在的离子两极上的电极反应两极上的电极反应离子的移动方向及放电顺序离子的移动方向及放电顺序判断电解池的阴、阳极判断电解池的阴、阳极相加相加 阳极阳极:先看电极后看溶液先看电极后看溶液 (1) 活泼金属电极活泼金属电极:金属电极金属电极失电子（除金和铂失电子（除金和铂) (2) 惰性电极惰性电极:溶液中阴离子失去电子溶液中阴离子失去电子, 失电子能力为失电

5、子能力为: S2- I - Br - Cl - OH - 含氧酸根含氧酸根F- 阴极阴极: 溶液中阳离子得电子溶液中阳离子得电子,得电子能力为得电子能力为: Ag+ Fe3+ Cu2+ H+ Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ Al3+ Mg2+ 离子放电顺序：离子放电顺序：电解电解Na2SO4溶液的分析溶液的分析阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气 阳极阳极: 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: 4H + 4e- = 2H2 变大变大不不变变 加加H2O 2H2O 2H2 +O2 通电通电如电解如电解H2SO4、H

6、NO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其等溶液时其电极反应式为：电极反应式为：阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 4H+ +4e2H2 电解后溶液中电解后溶液中溶质的质量分数增大溶质的质量分数增大，若要恢复原，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。来的浓度，只需加入一定量的水即可。(1)电解水型：电解水型：总反应：总反应：2H2O O2 +2H2 通电通电电解电解CuCl2溶液的分析溶液的分析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 CuCl2 Cu+Cl2 通电通电阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2 阴极：阴极：Cu

7、2+ 2e- =2Cu减小减小- 加加CuCl2如电解盐酸、如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等电解后溶液中电解后溶液中溶质的质量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢复原来若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的通入一定量的HCl气体气体)阳极：阳极： 2Cl 2eCl2阴极：阴极： 2H+ +2e H2 电解盐酸电解盐酸(2)电解电解质本身：电解电解质本身：总反应：总反应：2HCl Cl2 + H2 通电通电电解电解CuSO4溶液的分析溶液的分析阴极阴极阳极阳极氧氧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CuSO4 2CuSO4

8、+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4通电通电阴极：阴极：Cu2+ 2e- =Cu减小减小 加加CuO阳极阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 减减小小如电解如电解CuSO4溶液、溶液、AgNO3溶液等。溶液等。阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 2Cu2+ +4e2Cu电解后原溶液中电解后原溶液中溶质的质量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢复，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。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(3)放氧生酸型：放氧生酸型：总反应：总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO

9、4 通电通电电解电解NaCl溶液的分析溶液的分析阴极阴极阳极阳极氢氢气气氯氯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 通电通电减小减小增增大大 加加HCl如电解如电解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。溶液等。电解后原溶液中电解后原溶液中溶质的质量分数减小溶质的质量分数减小，若要恢复，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体。气体。阳极阳极 (C)： 2Cl 2eCl2阴极阴极 (C)： 2H+

10、+2e H2 (4)放氢生碱型：放氢生碱型：总反应：总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2 + H2 通电通电H+Na+Cl-OH-阳阳极放出有极放出有刺激性气味刺激性气味的气体的气体阴阴极放出极放出无色无味无色无味的气体的气体1 1、氯碱工业、氯碱工业电极反应方程式电极反应方程式 总式：总式：2NaCl +2H2NaCl +2H2 2OO = 2NaOH + Cl= 2NaOH + Cl2 2 + H + H2 2通电通电注意：注意：阴极阴极区区pHpH值升高，酚酞变红（阴极与负极相连）值升高，酚酞变红（阴极与负极相连）阴极：阴极： 2H 2H+ + +2e+2e- - = H

11、= H2 2阳极：阳极：2Cl2Cl- - - 2e- 2e- - = Cl = Cl2 2 电解原理的应用电解原理的应用 电解饱和食盐水电解饱和食盐水稀稀(1)(1)生产设备名称：阳离子交换膜电解槽生产设备名称：阳离子交换膜电解槽 阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳阳离子通过，把电离子通过，把电 解槽隔成阴极室和阳极室。解槽隔成阴极室和阳极室。 (2)(2)离子交换膜的作用：离子交换膜的作用： a a、防止、防止Cl2和和H2混合而引起爆炸混合而引起爆炸 b b、避免、避免Cl2与与NaOH反应生成反应生成NaClO影响影响 NaOH的产量。的产量。2 2、冶炼金属、冶炼金属（1 1

12、）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阴极：阴极： 4Al4Al3+3+ + 12e + 12e- - = 4Al = 4Al阳极：阳极： 6O6O2-2- - 12e - 12e- - = 3O= 3O2 2总式：总式： 2Al2Al2 2OO3 3 = 4Al + 3O= 4Al + 3O2 2通电通电氯化铝的熔点很低，为何工业上不用电解氯化铝，氯化铝的熔点很低，为何工业上不用电解氯化铝，而是电解氧化铝？而是电解氧化铝？（2 2）制取

13、金属铝）制取金属铝电解熔融氧化铝电解熔融氧化铝3 、铜、铜的电解精炼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，以纯铜为以粗铜为阳极，以纯铜为阴极，阴极， 以以CuSO4溶液为电溶液为电解质溶液进行电解解质溶液进行电解阳极：阳极： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2+ 阴极：阴极： Cu2+ +2eCu结论：电解液结论：电解液CuSO4的浓度基本的浓度基本 保持保持不变不变4 4、电镀、电镀(1)(1)定义定义：电镀是：电镀是应用电解原理应用电解原理在某些金属表

14、面在某些金属表面 镀镀上一薄层其他上一薄层其他金属或合金金属或合金的过程。的过程。 (2)(2)目的目的：电镀的目的主要是使：电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀金属增强抗腐蚀 能力、能力、增加美观和表面硬度增加美观和表面硬度。 (3)(3)电镀材料的选择：电镀材料的选择： 待待镀件镀件金属作金属作阴阴极极； 镀镀层层金属作金属作阳极阳极； 含有含有镀层镀层金属离子的电解质配成金属离子的电解质配成电镀液电镀液 浓度保持不变练习：如何在铁片表面镀上一层铜？练习：如何在铁片表面镀上一层铜？阳极：铜片阳极：铜片阴极：铁片阴极：铁片电解液：电解液：CuSOCuSO4 4溶液溶液【原电池与电解池的比较原电池

15、与电解池的比较】整理与归纳：负极负极 ：氧化反应：氧化反应正极正极 ：还原反应：还原反应阳极阳极 ：氧化反应：氧化反应阴极阴极 ：还原反应：还原反应电极反应电极反应形成条件形成条件举例说明举例说明能量转换能量转换电子流向电子流向化学能转化为电能化学能转化为电能电能转化为化学能电能转化为化学能铜锌原电池；铜锌原电池；氢氧燃料电池氢氧燃料电池 氯碱工业；氯碱工业；电镀电镀 负极正极负极正极阳极流出；阴极流入阳极流出；阴极流入装置举例装置举例 【原电池与电解池的结合】【原电池与电解池的结合】2用惰性电极分别电解下列各物质的溶液：用惰性电极分别电解下列各物质的溶液： CuCl2CuSO4NaBrNaN

16、O3盐酸盐酸 H2SO4KOH 其中只有水被电解的有其中只有水被电解的有 () AB C D解析：解析：只有水被电解即是在阴极上只有水被电解即是在阴极上H放电放电(溶液中阳溶液中阳离子是较活泼的金属离子离子是较活泼的金属离子)，在阳极上，在阳极上OH放电放电(溶液溶液中含有含氧酸根离子或中含有含氧酸根离子或F)。答案：答案：C 例例1如图为直流电源电解稀如图为直流电源电解稀Na2SO4水水溶液的装置。下列说法正确的是溶液的装置。下列说法正确的是 () Aa为阳极，为阳极，b为阴极为阴极 Ba发生氧化反应，发生氧化反应，b发生还原反应发生还原反应 C溶液中溶液中Na向向b极移动极移动 Da极产生

17、极产生H2，b极产生极产生O2电解池工作原理考查电解池工作原理考查“四方面四方面” 方面方面1：判断电解池的阴、阳极：与电源正极相：判断电解池的阴、阳极：与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。 方面方面2：判断电子的移动方向：电子由电源负极：判断电子的移动方向：电子由电源负极阴极，阳极阴极，阳极电源的正极。电源的正极。 方面方面3：判断反应类型：阳极发生氧化反应，阴：判断反应类型：阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。极发生还原反应。 方面方面4：判断离子移动方向：阳离子移向阴极，：判断离子移动方向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。阴离子移向阳极。1

18、(1)电解一段时间后，电解一段时间后， Na2SO4的物质的量浓度的物质的量浓度 如何变化？溶液的如何变化？溶液的pH呢？呢？ (2)若恢复原状态，应该若恢复原状态，应该 如何操作？如何操作？提示提示(1)c(Na2SO4)增增大；大；pH不变。不变。 (2)加入适量水。加入适量水。 例例2(2012镇江模拟镇江模拟)关于电解关于电解NaCl水溶液，下列水溶液，下列叙述正确的是叙述正确的是 () A若在阴极附近的溶液中滴入石蕊试液，溶液呈若在阴极附近的溶液中滴入石蕊试液，溶液呈无色无色 B若在阳极附近的溶液中滴入若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色溶液，溶液呈棕色 C电解时在阳极得到氯

19、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 D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，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充分搅拌后溶液呈中性 阴极显碱性，滴入石蕊溶液变蓝，阴极显碱性，滴入石蕊溶液变蓝，A错误；阳极附近错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加，滴加KI溶液后发生反应：溶液后发生反应：Cl22I=I22Cl，溶液呈棕色，溶液呈棕色，B正确；阴极上是正确；阴极上是H2O电离产生的电离产生的H放电产生放电产生H2，不是，不是Na放电生成钠，放电生成钠，C错误；错误；电解后生成电解后生成NaOH溶液呈碱性，溶液呈碱

20、性，D错误。错误。 答案答案B 据实验现象判断电解池的阴、阳极或电源的正、负极据实验现象判断电解池的阴、阳极或电源的正、负极 (1)滴入酚酞变红的电极为阴极滴入酚酞变红的电极为阴极(接电源负极接电源负极)。 滴入酚酞变红，说明此电极附近溶液呈碱性，即滴入酚酞变红，说明此电极附近溶液呈碱性，即H 放电导致，故该电极为阴极。放电导致，故该电极为阴极。 (2)滴入石蕊变红的电极为阳极滴入石蕊变红的电极为阳极(接电源正极接电源正极)。滴入石蕊变红，说明此电极附近溶液呈酸性，即滴入石蕊变红，说明此电极附近溶液呈酸性，即OH放电放电导致，故此电极为阳极。导致，故此电极为阳极。某学生设计了一个某学生设计了一

21、个“黑笔写红字黑笔写红字”的趣味的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是迹。据此，下列叙述正确的是 ()A铅笔端作阳极，发生还原反应铅笔端作阳极，发生还原反应B铂片端作阴极，发生氧化反应铂片端作阴极，发生氧化反应C铅笔端有少量的氯气产生铅笔端有少量的氯气产生Da点是负极，点是负极，b点是正极点是正极解析：解析：铅笔端中含有石墨，因此本题相当于用惰性电极铅笔端中含有石墨，因此本题相当于用

22、惰性电极电解氯化钠与酚酞的混合液，根据题意用铅笔在滤纸上电解氯化钠与酚酞的混合液，根据题意用铅笔在滤纸上写字时会出现红色字迹，说明铅笔端氢离子放电生成氢写字时会出现红色字迹，说明铅笔端氢离子放电生成氢气，发生的是还原反应，作阴极，与电源的负极相连，气，发生的是还原反应，作阴极，与电源的负极相连，因此可得因此可得a点是负极，点是负极，b点是正极。点是正极。答案：答案：D 例例3如图所示的如图所示的A、B两个电两个电解池中的电极均为铂，在解池中的电极均为铂，在A池中加入池中加入0.05 molL1的的CuCl2溶液，溶液，B池中加池中加入入0.1 molL1的的AgNO3溶液，进行电溶液，进行电解

23、。解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量四个电极上所析出的物质的物质的量之比是之比是 () A2 2 4 1 B1 1 2 1 C2 1 1 1 D2 1 2 1A 3. 3. 用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在两极都能用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在两极都能放出气体，且溶液的放出气体，且溶液的pHpH值增大的是值增大的是 A.HCl B.CuSOA.HCl B.CuSO4 4 C.Na C.Na2 2SOSO4 4 D. NaOH D. NaOH4. 4. 电解液中含有电解液中含有KK+ +、Cl Cl 、SOSO4 422、 OH OH （少（少量）、量）、CuCu2+2

24、+、HH+ +（少量），（少量）， 用两个石墨棒作电极电解，开始时用两个石墨棒作电极电解，开始时 阳极上电极反应式是阳极上电极反应式是_； 阴极上电极反应式阴极上电极反应式是是_ 电极反应式是电极反应式是_；改用两个铜棒作电极电解时，则改用两个铜棒作电极电解时，则 阳阳极极上电极反应式上电极反应式是是_， 阴极上电极反应式是阴极上电极反应式是_。D2Cl - - 2e- = Cl2Cu2+ 2e- =CuCu - 2e- =Cu 2+Cu2+ 2e- =Cu CuCl2 Cu+Cl2 通电通电5.5.如图所示，如图所示，X X、Y Y分别是直流电源的电极，分别是直流电源的电极，通电后发现通电后

25、发现A A极质量增加，极质量增加，B B极处有无色、无极处有无色、无臭的气体放出。符合这一情况的是（臭的气体放出。符合这一情况的是（ ）8 8：在：在50mL 0.2mol/L50mL 0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解个电极，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HH+ +在阴极上放在阴极上放电

26、当电路中有电当电路中有0.01mol0.01mol电子通过时，电子通过时， 增重增重 g 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0.320.32Zn Zn 2e2eZnZn2+2+CuCu2+2+ +2e +2eCuCu阴极阴极以以ClCl- - SOSO4 42- 2- NaNa+ + CuCu2+ 2+ HH+ +五种离子恰当地五种离子恰当地组成电解质组成电解质, ,按下列要求进行电解按下列要求进行电解. .请填写溶液中的请填写溶液中的离子成分离子成分. .1.1.以惰性电极使电解质质量不变以惰性电极使电解质质量不变, ,水量和水量和PHPH都变小都变小. .可选用的是可选用的是_._.2.2.以石墨为电极以石墨为电极, ,使电解质质量减小使电解质质量减小, ,水量和水量和PHPH几几乎不变乎不变, ,可选用可选用_._.3.3.以石墨为阳极以石墨为阳极, ,铁为阴极铁为阴极, ,使电解质和水量及使电解质和水量及PHPH都变小都变小_._.HH+ + SOSO4 42-2-CuCu2+2+ Cl Cl- -CuCu2+2+ SO SO4 42-2-练习练习