《电解池的工作原理与应用》PPT课件.ppt

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1、一、电解的有关概念一、电解的有关概念1.1.定义：定义：电流电流通过电解质溶液而通过电解质溶液而在阴、阳两极引起在阴、阳两极引起氧化氧化还原反应还原反应的的过程过程叫叫电解电解。把把电能电能转变为转变为化学能化学能的的装置装置。4.4.电解池：电解池：2.2.组成：组成：直流电源（电流）直流电源（电流）电解质溶液或熔融电解质电解质溶液或熔融电解质两个电极两个电极形成闭合回路形成闭合回路3.3.电极：电极：阳极阳极：与电源正极相连的电：与电源正极相连的电极极阴极阴极：与电源负极相连的电极：与电源负极相连的电极5.5.放电：放电：阴阳离子在电极失去或获得电子发生氧化或还原反应的过程阴阳离子在电极失

2、去或获得电子发生氧化或还原反应的过程（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）（也叫电解槽）（也叫电解槽）电解氯化铜溶液微观模拟电解氯化铜溶液微观模拟电源负极电解池阴极溶液中阳离子在阴极得电子溶液中阴离子电解池阳极阴离子在阳极失去电子电源正极电子移动方向电子移动方向离子移动方向离子移动方向阳离子电解池阴极阴离子电解池阳极外电路仍然是电子的定向移动内电路仍然是离子的定向移动溶液从而导电，但离子定向移到两极后要放电，因此，电解质溶液的导电实质是电解过程6.6.电解池中电子、离子运动方向电解池中电子、离子运动方向思考：电解思考：电解CuCl2溶液时，溶液中也有溶液时，溶液中也有H+和和OH，为

3、什么没有为什么没有H2和和O2生成呢？生成呢？猜想猜想1. 离子浓度太小离子浓度太小猜想猜想2. 离子氧化性、还原性（得失电子能力）有区别，离子氧化性、还原性（得失电子能力）有区别，涉及放电顺序涉及放电顺序7.7.离子放电顺序离子放电顺序电极材料电极材料惰性电极惰性电极活性电极活性电极石墨（石墨（C）、）、Au、Pt等金属等金属除石墨（除石墨（C） 、Au、Pt等以外等以外的金属的金属规律：规律：首先看电极材料，若首先看电极材料，若阳极是活性电极，则电极本阳极是活性电极，则电极本身失电子，身失电子，变成阳离子进入溶液，此时任何阴离变成阳离子进入溶液，此时任何阴离子均不会在此放电子均不会在此放电

4、阳极区阳极区若若阳极是惰性电极，则电极根据阴离子放电顺序阳极是惰性电极，则电极根据阴离子放电顺序阴离子放电顺序阴离子放电顺序S2 I Br Cl OH 含氧酸根含氧酸根 F（SO42 、NO3等）等）电极材料电极材料不论是活性还是惰性不论是活性还是惰性，电极材料均不发，电极材料均不发生反应，生反应，只存在阳离子在此放电。只存在阳离子在此放电。阴极区阴极区阳离子放电顺序阳离子放电顺序Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+（酸）（酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+（水）（水） Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+ 清楚离清楚离子的移子的移动趋向动趋向比较离子的放电能力，比

5、较离子的放电能力，然后根据阴极还原、阳然后根据阴极还原、阳极氧化得出电极产物极氧化得出电极产物还还原原反反应应氧氧化化反反应应明确电解质溶液明确电解质溶液中或熔融态电解中或熔融态电解质中存在的离子质中存在的离子特别注意：如果阳极是活性电极，则电极自身反应，离子不放电特别注意：如果阳极是活性电极，则电极自身反应，离子不放电分析电解过程步骤分析电解过程步骤练习1：(07 江苏）某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（双选）A.电解过程中，铜电极上有H2产生B.电解初期，主反应方程式为： Cu+H2SO4 CuSO4+H2C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D.整个电解过程中，H的浓

6、度不断增大练习练习2 2：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其加快电解速率？加快电解速率？NaNO3 Na2SO4 等等练习练习2 2：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极

7、产物的情况下，加入某种物质使其你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其加快电解速率？加快电解速率？NaNO3 Na2SO4 等等2、电解无氧酸（、电解无氧酸（HF除外）除外）阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：HCl溶液溶液1 1、电解不活泼金属的无氧酸盐溶液、电解不活泼金属的无氧酸盐溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：CuCl2溶液溶液二、用惰性电极进行电解的规律二、用惰性电极进行电解的规律CuCl2 CuCl22Cl 2e Cl2 Cu2 2e Cu溶液溶液pH值：如何复原：值：如何复原：增大增大加加CuCl2固体固体2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2HCl

8、H2Cl2溶液溶液PH值：如何复原：值：如何复原：增大增大通入通入HCl气体气体电解类型为：电解电解质型恢复电解质溶液原浓度的方法：将两极产物（脱离电解质溶液）发生反应的物质即为所需加入的物质3 3、电解含氧酸、电解含氧酸阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：4OH 4e = 2H2O+O24H 4e = 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何复原值：如何复原减小减小加水加水H2SO4溶液溶液4OH 4e 2H2O+O24H 4e = 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何复原值：如何复原增大增大加水加水4 4、电解可溶性强碱溶液、电解可溶性强碱溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总

9、反应：总反应：NaOH溶液溶液4OH 4e 2H2O+O24H 4e 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何复原值：如何复原不变不变加水加水5 5、电解活泼金属含氧酸盐溶液、电解活泼金属含氧酸盐溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：K2SO4溶液溶液电解类型：电解水型2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2 溶液溶液PH值：如何复原值：如何复原增大增大通入通入HCl气体气体6 6、电解活泼金属的无氧酸盐溶液、电解活泼金属的无氧酸盐溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：NaCl溶液溶液电解类型：放氢生碱型7 7、电解不活

10、泼金属的含氧酸盐溶液、电解不活泼金属的含氧酸盐溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：4OH 4e 2H2O+O22Cu2 4e 2Cu2CuSO4 2H2O 2Cu2H2SO4O2溶液溶液PH值：如何复原值：如何复原减小减小加加CuOCuSO4溶液溶液电解类型： 放氧生酸型练习：【2004 广东】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pHa，则该电解质可能是A. NaOH B. H2SO4 C. AgNO3 D.Na2SO4用惰性电极电解熔融盐用惰性电极电解熔融盐 电解熔融的电解熔融的AlAl2 2O O3 3电解熔融的电解熔融的NaClNaCl阳极：阳极：

11、阴极：阴极：总反应：总反应：6O2 12e 3O24Al3 12e 4Al阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2Cl 2e Cl22Na 2e 2Na2Al2O3 (熔融熔融) 4Al3O22NaCl (熔融熔融) 2NaCl2三三、电解应用：、电解应用：1 1、电冶金电冶金特别活泼的金属钠、镁、铝等只能通过电解特别活泼的金属钠、镁、铝等只能通过电解的方法制取的方法制取为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？2Al2Al2 2O O3 3 = 4Al + 3O = 4Al + 3O2 2通电通电熔融熔融MgClMgCl2 2 = Mg + Cl = Mg + Cl2

12、 2通电通电熔融熔融2NaCl = 2Na2NaCl = 2Na + Cl+ Cl2 2通电通电熔融熔融AlClAlCl3 3？MgOMgO？ （1）金属冶炼的本质与方法本质： Mn+ + ne = M方法：电解法、热还原法、热分解法、物理富集法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法热分解法 物理富集法（2）电冶金（电解法）本质：利用电解原理，电解熔融的金属化合物，两极强制氧化还原冶炼范围：K 、Ca、Na、Mg、Al举例：铝铝 电电 解解 槽槽阳极阳极C C电解质电解质钢壳钢壳烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢导电棒钢导电棒阴极阴极C C耐火耐

13、火材料材料2 2、氯碱工业、氯碱工业+ +-精制饱和精制饱和NaClNaCl淡盐水淡盐水ClCl2 2H H2 2NaOHNaOH溶液溶液H H2 2O O含少量含少量NaOHNaOHClCl- -ClCl2 2H H2 2OHOH- -NaNa+ +Na+Na+交换膜交换膜电解饱和食盐水的原理示意图电解饱和食盐水的原理示意图2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 22Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 2阳阳 阴阴H H+ +从何来？从何来？优点：防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气混合爆炸 避免氯气和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱质量3、电镀1）定义：利用电解原理，在某些

14、金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。镀层金属：通常是一些在空气或溶液中不易起变化的金属 （如：铬、镍、银）和合金（黄铜）目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度工艺：把待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。2 2）装置）装置硫酸铜溶液硫酸铜溶液阳极：阳极： Cu2eCu2e- - = Cu = Cu2+2+阴极：阴极： CuCu2+2+ 2e+ 2e- - = Cu = Cu 3）电镀材料的选择：）电镀材料的选择：阴极阴极镀件镀件 阳极阳极镀层金属镀层金属 电镀液电镀液含有含有镀层金属离子镀层金属离子的溶液的溶液4 4）电镀的结果，电镀液的浓度保

15、持不变）电镀的结果，电镀液的浓度保持不变铜铜镀镀件件规律：一少一多一不变规律：一少一多一不变4、电解精炼铜利用电镀原理，铜上镀铜阳极：阴极：电解液：粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、 Pt 、 Au）纯铜纯铜粗铜粗铜纯铜纯铜CuSO4溶液电极反应：阳极（粗铜）：阴极：CuSO4溶液比铜活泼，先放电Zn2e = Zn2+Fe2e = Fe2+Ni2e=Ni2+Cu2e=Cu2+Cu2+ + 2e= Cu比铜活泼性差的比铜活泼性差的Ag、 Pt 、 Au不溶解，以单质形式沉积于电不溶解，以单质形式沉积于电解槽的底部，形成解槽的底部，形成阳极泥阳极泥，可，可回收提炼贵重金属。回收提炼贵重金属。纯度可高

16、达99.95% 99.98%3 3、铜的、铜的电解精炼电解精炼粗铜：含杂质粗铜：含杂质(Zn(Zn、FeFe、NiNi、AgAg、Au Au 等等) )阳极：阳极： Zn - 2eZn - 2e- - = = Zn Zn2+2+Fe - 2eFe - 2e- - = = FeFe2+2+NiNi - 2e- 2e- - = Ni = Ni2+2+Cu - 2eCu - 2e- - = Cu= Cu2+2+ Zn Zn Fe Fe Ni Ni CuCuAg Ag Au Au 阴极阴极: Cu: Cu2+2+ + 2e + 2e- - = = Cu Cu阳极泥阳极泥问：电解完后，问：电解完后，Cu

17、SOCuSO4 4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？粗铜粗铜纯铜纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液电离与电解的比较电离与电解的比较电解质溶于水电解质溶于水或熔化状态下或熔化状态下电解质电离后电解质电离后, ,再通以直流电再通以直流电电解质电离成为电解质电离成为自由移动的离子自由移动的离子阴阳离子定向移动阴阳离子定向移动, ,在两极上放电在两极上放电CuClCuCl2 2 CuCu2+2+2Cl+2Cl- - CuClCuCl2 2 Cu+ClCu+Cl2 2电解电解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正极正极 负极负极还原还原反应反应氧化氧化反应反应还原还原反应反应氧化氧化反应反应

18、先从负极先从负极导线导线正极正极 负极负极导线导线阴极阴极 阳极阳极导线导线正极正极阴极阴极阳极阳极将化学能转将化学能转化为电能化为电能将电能转化将电能转化为化学能为化学能原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较2.2.用惰性电极电解饱和用惰性电极电解饱和NaNa2 2COCO3 3溶液，若保持溶液，若保持温度不变，则一段时间后温度不变，则一段时间后 （ ）A.A.溶液的溶液的pHpH变大变大B.B.c c(Na(Na+ +) )与与c c (CO (CO3 32-2-) )的比值变大的比值变大C.C.溶液浓度变大，有晶体析出溶液浓度变大，有晶体析出D.D.溶液浓度不变，有晶体析出溶液浓度不变

19、，有晶体析出巩固练习：巩固练习：1.1.在电解水时在电解水时, ,常加入一些稀硫酸常加入一些稀硫酸, ,其目的是其目的是A.A.使溶液酸性增强使溶液酸性增强 B.B.使溶液中离子浓度增大使溶液中离子浓度增大C.C.加快电解的速率加快电解的速率 D.D.使溶液的氧化性增强使溶液的氧化性增强C CD D3. 3. 铂电极电解铂电极电解1LCu(NO1LCu(NO3 3) )2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液, ,通电一段时间通电一段时间, ,两极均产生两极均产生11.2L(11.2L(标况下标况下) )气气体体. .求电解后溶液的求电解后溶液的C(HC(H+ +) )。CuCu2+2+得

20、电子数得电子数+ H+ H+ +得电子数得电子数= OH= OH- -失电子总数失电子总数解析：阳极解析：阳极 4OH4OH- -4e-4e- - =2H=2H2 2O+OO+O2 2 阴极阴极 CuCu2+2+2e+2e- -=Cu 2H=Cu 2H+ +2e=H+2e=H2 2n(Cun(Cu2+2+) )2+0.52+0.52=0.52=0.54 4n(Cun(Cu2+2+)=0.5mol)=0.5molCuCu2+2+2H2H+ + C(HC(H+ +)=1mol/L)=1mol/L稀稀H2SO4Cu石墨石墨4(2007江苏高考江苏高考11)某同学按图所示的装置进行某同学按图所示的装置

21、进行 电解实验电解实验,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )(A)电解过程中，铜电极上有电解过程中，铜电极上有H2产生产生(B)电解初期，主反应方程式为：电解初期，主反应方程式为： CuH2SO4=CuSO4H2(C)整个电解过程中，整个电解过程中，H的浓度不断增大的浓度不断增大(D)电解一定时间后，石墨电极上有铜析出电解一定时间后，石墨电极上有铜析出B D4.4.在在2525时时. .将两个铂电极插入一定量的饱和将两个铂电极插入一定量的饱和NaNa2 2SOSO4 4溶液中进行电解，通电一段时间后在阴溶液中进行电解，通电一段时间后在阴极逸出极逸出a a摩气体，同时析出摩气体，同时析出w

22、w克克NaNa2 2SOSO4 410H10H2 2O O晶体，若温度不变，此时剩余溶液的质量分晶体，若温度不变，此时剩余溶液的质量分数是数是 （ ）71100%161100%36wwaA. B.A. B. 7100%161(18 )wwa71100%161(36 )wwaC. D.C. D.电解原理（09安徽卷安徽卷12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如的电解池示意图如下，电解总反应：下，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2O。下。下列说法正确的是列说法正确的是A.石墨电极上产生氢气石墨电极上产生

23、氢气B.铜电极发生还原反应铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极铜电极接直流电源的负极D.当有当有0.1mol电子转移时，有电子转移时，有0.1molCu2O生成。生成。（燃料电池）（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e-Al(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极（化学电源）（0

24、9山东卷29）（12分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。（1）该电池的负极材料是。电池工作时，电子流向（填“正极”或“负极”）。（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的（填代号）。 a.NaOH b.Znc.Fe d.NH3H2O(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为。（09山东卷29） 答案：答案： （1）Zn（或锌） 正极 （2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b （3）2H+2e-H2 ,87g结束结束