第四章第3节电解池.ppt

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1、第四章 电化学基础202 2202 2 年年 8 8 月月 2 72 7 日 星 期 六日 星 期 六第三节 电解池有关电解有关电解 金属钠是在金属钠是在18071807年通过电解氢氧化钠制得的，这个年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在原理应用于工业生产，约在18911891年才获得成功。年才获得成功。19211921年年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍界上钠的工业生产多

2、数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。沿用电解氢氧化钠的方法。 电解是电解是将电能转化为将电能转化为化学能化学能的一种重要方法。的一种重要方法。 一、电解原理一、电解原理（以电解氯化钠为例）（以电解氯化钠为例）实验：实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有气泡，有刺激性气味，并能有刺激性气味，并能使使 湿润的湿润的KI-KI-淀淀 粉试粉试纸变蓝（纸变蓝（ClCl2 2) ) 阴极：阴极：有金属钠析出有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaClNaCl 实验分析：实验分析： 通电前：通电前：分析熔

3、融电解质中的离子情况分析熔融电解质中的离子情况 阳离子阳离子：NaNa+ + 阴离子阴离子：ClCl- - 做无规则运动做无规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电）（1 1）确定电极名称：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）（接电源负极） 与电极材料无关与电极材料无关 （2 2）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: : 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl2Cl- -ClCl2 2 + + 2e2e- - 氧化反应氧化反应 阴极阴极：2Na2Na+ + +2e+2

4、e- -2Na2Na 还原反应还原反应总式：总式： 2NaCl 2Na+Cl2 通电电解电解: :使使电流电流通过通过电解质溶液电解质溶液而在而在阴阳阴阳两极两极引起引起氧化还原反应氧化还原反应的过程。的过程。电解池电解池: :借助借助氧化还原反应氧化还原反应，把，把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置。的装置。构成条件构成条件: : (1) (1)外加直流电源外加直流电源 (2)(2)与电源相连的两个电极：与电源相连的两个电极： 接电源正极的为阳极，发生接电源正极的为阳极，发生氧化反应氧化反应 接电源负极的为阴极，发生接电源负极的为阴极，发生还原反应还原反应 (3)(3)电解质溶液或熔化的

5、电解质电解质溶液或熔化的电解质 电子的流向电子的流向: : 电子从外加电源的负极流出，电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）中移动）离子定向移动的方向离子定向移动的方向: : 阳离子阳离子向向 阴极阴极移动移动, , 阴离子阴离子向向 阳极阳极移动移动. .惰性电极与活性电极：惰性电极与活性电极： 惰性电极惰性电极( (铂、金、石墨铂、金、石墨) )：仅仅导电，不参与反应仅仅导电，不参与反应 活性电极（除铂、金外的金属）：活性电极（除铂、金

6、外的金属）：既可以导电、又可既可以导电、又可以参与电极反应以参与电极反应 以电解氯化铜为例以电解氯化铜为例实验：实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有气泡，有刺激性气味，并能有刺激性气味，并能使使 湿润的湿润的KI-KI-淀淀 粉试粉试纸变蓝（纸变蓝（ClCl2 2) ) 阴极：阴极：碳棒上有一层红色的铜析出碳棒上有一层红色的铜析出CuClCuCl2 2溶液溶液阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实验分析：实验分析： 通电前：通电前：分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况 阳离子阳离子：H H+ +、CuCu2+2+ 阴

7、离子阴离子：OHOH- -、ClCl- - 做无规则运动做无规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电） （1 1）确定电极名称：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）（接电源负极） 与电极材料无关与电极材料无关 （3 3）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: : 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl2Cl- -ClCl2 2 + + 2e2e- -氧化反应氧化反应 阴极阴极：CuCu2+2+2e+2e- - Cu Cu 还原反应还原反应总式：总式：（2 2）判断离子的

8、放电顺序：）判断离子的放电顺序： 阳离子阳离子：CuCu2+2+HH+ + 阴离子阴离子：ClCl- -OHOH- -（4 4）分析电解质溶液的变化情况：）分析电解质溶液的变化情况： CuClCuCl2 2溶液浓度降低溶液浓度降低 CuClCuCl2 2 Cu+Cl Cu+Cl2 2 电解离子放电顺序：离子放电顺序： 活性材料作电极时：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用用惰性电极惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶液中溶液中阴离子的阴离子的放

9、电顺序放电顺序（由难到易）是：（由难到易）是：AgAg+ + FeFe3+3+ CuCu2+2+ H H+ + PbPb2+2+SnSn2+2+FeFe2+2+ZnZn2 2+ +(H(H+ +) Al Al3+3+MgMg2+2+NaNa+ +CaCa+ +KK+ +注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H H+ +, ,不同时按（不同时按（H H+ +） 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是

10、：阳离子在阴极上放电顺序是：阳极阳极：阴极阴极: :电解规律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 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小减小减小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解1、电解电解质型阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PHPH值值复原复原NaNa2 2SOSO4 4 阳极阳极: 4OH: 4OH- - 4e4e- -2H2H2 2O+OO+O2 2阴极阴极: : 4H 4H + + 4e+ 4e- - 2H 2H2 2 变大变大不不

11、变变 加加H H2 2O ONaNa2 2SOSO4 4溶液溶液2H2H2 2O 2HO 2H2 2 +O+O2 2电解2、电解水型阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢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 电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液3、放氢生碱型实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原CuSO4阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- 4e- 2H2O+O2 阴极：阴极：Cu2+ 2e- Cu减小减小减小减小 加加

12、CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解4、放氧生酸型电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 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CuClCuCl2 2 、HClHCl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+二、电解原理的应用二、电解

13、原理的应用电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理思考思考:（1）电解池的两极各产生什么现象）电解池的两极各产生什么现象?若在两极附近均滴加酚酞试液，会若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象）结合教材，分析产生这种现象的原因。的原因。 在在U型管里装入饱和型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源接通直流电源实验装置实验装置1.电解食盐水电解食盐水 现象：现象： 阳极：有气泡产生，阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉使湿润

14、的淀粉KI溶液变蓝溶液变蓝 阴极：有气泡产生，阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红滴加酚酞溶液变红阳极：阳极：2Cl-2e- =Cl2阴极：阴极：2H+2e- =H2总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2(条件条件:通电通电)实验装置实验装置 （1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢阴极：碳钢阳极：钛阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：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)，把电解槽隔成，把电解槽隔成阴极室和阳极室。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

15、和氯气混合而引起爆炸；、防止氢气和氯气混合而引起爆炸； 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，而影响氢氧化钠的产量。响氢氧化钠的产量。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+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粗盐的成份：粗盐的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜

16、精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水)SO(BaCl242除过量)(除泥沙及沉淀过滤)Ba.Ca(CONa2232除过量)CO(23除适量盐酸)Mg.Ca(22除阳离子交换塔)Fe.Mg(NaOH32除过量2.2.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（如锌、铁、镍、银、金等），这种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粗铜的导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

17、。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e-Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- Cu阳极泥阳极泥问：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？CuSO4溶液溶液3. 3. 电镀电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，它是电解原理的又一重要应用。金

18、的过程，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的。例如，钢铁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。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、发生腐蚀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。铜、铬、镍等。铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 或惰性电极或惰性电极 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

19、：含有镀层金属离子的电解质溶液。 溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小 阳极：阳极：6O2-12e-=3O2 阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al4.冶炼铝冶炼铝通电通电总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理: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工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢

20、导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解池电解精炼池电解精炼池电镀池电镀池定义定义形成形成条件条件电极电极名称名称电极电极反应反应将电能转变成化学能将电能转变成化学能的装置。的装置。应用电解原理在某些应用电解原理在某些金属表面镀上一层其金属表面镀上一层其它金属的装置。它金属的装置。两电极接直流电源两电极接直流电源电极插人电解质溶液电极插人电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路镀层金属接电源正极镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极待镀金属接电源负极电镀液须含有镀层金电镀液须含有镀层金属的离子属的离子阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连

21、阴极：电源负极相连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阳极：镀层金属；阴极：镀件阴极：镀件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用电解原理将不纯应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。的金属提纯的装置。不纯金属接电源正极不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯电解质溶液须待提纯金属的离子金属的离子阳极：不纯金属；阳极：不纯金属；阴极：纯金属阴极：纯金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应1. a 、b哪一极为正极？哪一极为正极？2. 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌， a极选

22、用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？3. 若要给铁叉镀金，若要给铁叉镀金， a极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？思考思考:e- 金属性强弱的判断金属性强弱的判断 已知已知M+N2+=M2+NPt极电解相同浓度极电解相同浓度P和和M的硫酸盐，阴极先析出的硫酸盐，阴极先析出MN与与E有导线相连放有导线相连放入入E的硫酸盐溶液的硫酸盐溶液,电极反应：电极反应：E2+2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为，则四种金属活泼性由强到弱为 答案：答案：PMNE 工业上采用工业上采用Fe、C为电极电解为电极电解K2MnO4溶液制溶液制KMn

23、O4 1.电解时电解时,应以应以作阴极，电解过程中阴极附近溶作阴极，电解过程中阴极附近溶液液pH将会将会, 2.阳极反应式为阳极反应式为, 3.总电解反应式为总电解反应式为.2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2答案答案:Fe增大增大MnO42_e e- - =MnO41.1.右图中右图中x x、y y分别是直分别是直流电源的两极流电源的两极, ,通电后发通电后发现现a a极板质量增加极板质量增加,b,b极板极板处有无色无臭气体放出处有无色无臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的A练练 习习2.根据金属活动顺序表，根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：不能发生如下反应

24、：Cu + 2H2O=Cu(OH)2+ H2。但选择恰当电极材料但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是ABCD阳极阳极石墨石墨CuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FePt电解液电解液CuSO4溶液溶液Na2SO4溶液溶液H2SO4溶液溶液H2OB1、池型的判断、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是多池组合时，一般含活

25、泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。在原电池带动下的电解池。小结：一、原电池与电解池的比较及判断：小结：一、原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断、电解池放电顺序的判断阳极放电：阳极放电： 1）惰性电极：）惰性电极：则溶液中阴离子放电。则溶液中阴离子放电。 2）非）非惰性电极惰性电极：电极材料首先失电子。：电极材料首先失电子。阴极放电：阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。电极材料受保护，溶液中阳离子放电。2、电极的判断、电极的判断原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。4、判断溶液的、判断溶液的pH变化：变化：先

26、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。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 小结：二、电解池的应用小结：二、电解池的应用-电镀及氯碱工业电镀及氯碱工业待镀制品待镀制

27、品铜片铜片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电镀液：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：溶液中电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。的浓度保持不变。1、电镀电镀氯碱工业原理氯碱工业原理氯碱工业（离子膜法）氯碱工业（离子膜法）+精制饱和精制饱和NaCl淡盐水淡盐水Cl2H2NaOH溶液溶液H2O含少量含少量NaOHClCl2H+OHNa+Na+交换膜交换膜3、原电池电解池的应用、原电池电解池的应用-可充电电池可充电电池阴极：阴极：正极：正极：还原反应极还原反应极得电子极得电子极电子流入极电子流入极放电：原电池放电：原电池充电：电解池充电：电解池 负极：负极：阳极：阳极：氧化反应极氧化反应极电子流出极电子流出极失电子极失电子极氧化反应极氧化反应极失电子极失电子极电子流出极电子流出极还原反应极还原反应极得电子极得电子极电子流入极电子流入极