高二化学选修四第四章《电解池》课件（苏教版）.ppt

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1、第三第三节节电电解池解池课程标准导航课程标准导航1.理解电解池的工作原理，能写出理解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。电极反应和电池反应方程式。2了解电解饱和食盐水、电镀、了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。理的应用。3掌握电解原理的有关计算。掌握电解原理的有关计算。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、一、电电解原理解原理1电电解的概念解的概念使使电电流流通通过过_溶溶液液而而在在阴阴、阳阳两两极极引引起起_的的过过程。程。电电解解质质氧化氧化还还原反原反应应2电电解池解池(1)概概 念念：将将 _转转 变

2、变 为为_的装置。的装置。电电能能化学能化学能(2)阳极与阴极阳极与阴极阳阳极极：与与电电源源_相相连连的的电电极。极。阴阴极极：与与电电源源_相相连连的的电电极。极。(3)构成条件构成条件(如如图图)_电电源；源；两个两个电电极；极；电电解解质质溶液或熔融溶液或熔融电电解解质质；_。正极正极负负极极直流直流构成构成闭闭合回路合回路(4)工作原理工作原理电电极名称极名称阴极阴极阳极阳极实验现实验现象象有有_物物质质析出析出 有有_气体生成气体生成离子移离子移动动阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向反反应类应类型型_反反应应_反反应应电电极反极反应应式式Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2电电

3、池反池反应应红红色色黄黄绿绿色色还还原原氧化氧化结结论论：电电解解质质溶溶液液的的_过过程，就是程，就是电电解解质质溶液的溶液的电电解解过过程。程。导电导电二、二、电电解原理的解原理的应应用用1电电解解饱饱和和食食盐盐水水制制烧烧碱碱、氯氯气气和和氢氢气气(1)在在NaCl溶溶液液中中存存在在着着Na、Cl、H、OH四四种种离离子子,且且阴阴、阳阳离离子子的的放放电电顺顺序序为为:Cl_OH，H _Na。即阴、阳。即阴、阳两极的两极的电电极反极反应应分分别为别为：阳阳极极：2Cl2e=Cl2，发发生了生了_反反应应。阴阴极极：2H2e=H2，发发生生了了_反反应应。氧化氧化还还原原氯氯碱工碱工

4、业业2电镀电镀(1)定定义义：电电镀镀是是应应用用_原原理理在在某某些些金金属属表表面面镀镀上上一一薄薄层层其其他他_或或_的方法。的方法。(2)电镀电镀池的构成池的构成电电解解金属金属合金合金3电解精炼铜电解精炼铜2Cl2e=Cl22Na2e=2Na自主体验自主体验判断正误判断正误1在电解池中，与外接电源正极在电解池中，与外接电源正极相连的电极是阳极。相连的电极是阳极。()2用惰性电极电解稀硫酸，实质用惰性电极电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液上是电解水，故溶液pH不变。不变。()3电解任何物质阳极上失电子数电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。与阴极上得电子数相等。()4电解精炼

5、铜时，用纯铜作阳极，电解精炼铜时，用纯铜作阳极，粗铜作阴极。粗铜作阴极。()5工业上用电解熔融氧化镁的方工业上用电解熔融氧化镁的方法制取法制取Mg。()6用用U形管作电解饱和食盐水的形管作电解饱和食盐水的实验，通电前在实验，通电前在U形管的两端滴形管的两端滴加几滴石蕊试液，通电后阳极处加几滴石蕊试液，通电后阳极处溶液变蓝。溶液变蓝。()答案：答案：1.2.3.4.5.6.要要点点突突破破讲讲练练互互动动电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断探探究究导导引引1 电电解解饱饱和和食食盐盐水水时时阴阴极极区区溶溶液液为为什什么呈碱性？么呈碱性？提提示示：电电解解饱饱和和食食盐盐水水过过程程中中，因

6、因离离子子放放电电顺顺序序为为HNa，所所以以H在在阴阴极极上上得得电电子子而而生生成成H2，破破坏坏了了水水的的电电离离平平衡衡，促促进进了了水水的的电电离离；使使阴阴极极区区溶溶液液中中c(OH)c(H)，所以阴极区溶液呈碱性。，所以阴极区溶液呈碱性。要点归纳要点归纳1阳极产物的判断阳极产物的判断阴离子放电顺序：阴离子放电顺序：即：活性阳极即：活性阳极(金属金属)无氧酸根无氧酸根离子离子OH含氧酸根离子。含氧酸根离子。2阴极产物的判断阴极产物的判断与电极材料无关，直接根据阳离与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断。子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：阳离子放电顺序：特别提醒特别提醒

7、即时应用即时应用1(2012东莞高二检测东莞高二检测)用惰性用惰性电极电解稀电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴的混合液，最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别极和阳极上分别析出的物质分别是是()AH2和和Cl2BCu和和Cl2CH2和和O2 DCu和和O2探探究究导导引引2电电解解精精炼炼铜铜时时，CuSO4溶液的溶液的浓浓度如何度如何变变化？化？提提示示：由由于于阳阳极极上上溶溶解解的的金金属属为为Fe、Zn、Ni、Cu等等，而而在在阴阴极极上上只只有有Cu析析出出，根根据据电电子子守守恒恒，溶溶解解的的Cu的的量量小小于于析析出出的的Cu的的量量，

8、所所以以溶溶液液中中CuSO4的的浓浓度逐度逐渐渐减小。减小。惰性电极电解电解质溶液的惰性电极电解电解质溶液的规律规律要点归纳要点归纳1盐溶液盐溶液放电顺序：放电顺序：特别提醒特别提醒(1)若阴极为若阴极为H放电，则阴极区放电，则阴极区c(OH)增大增大,pH增大增大;若阳极区若阳极区OH放电放电,则阳极区则阳极区c(H)增大，增大，pH减小减小;若阴、阳极同时有若阴、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大质溶液浓度增大(饱和溶液例外饱和溶液例外)。(2)电解质溶液恢复原状的方法：电解质溶液恢复原状的方法：“少什么加什么，少多少加多少，少什么加什么，少

9、多少加多少，一般加阳极产物与阴极产物的反一般加阳极产物与阴极产物的反应物应物”。即时应用即时应用2下图所示装置中，甲、乙、丙下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的的NaOH溶液、足量的溶液、足量的CuSO4溶液和溶液和100 g 10.00%的的K2SO4溶溶液，电极均为石墨电极。液，电极均为石墨电极。(1)接通电源，经过一段时间后，接通电源，经过一段时间后，测得丙中测得丙中K2SO4浓度为浓度为10.47%,乙乙中中c电极质量增加。据此回答问题：电极质量增加。据此回答问题：电源的电源的N端为端为_极；极；电极电极b上发生的电极反应为上发生的

10、电极反应为_；列式计算电极列式计算电极b上生成的气体上生成的气体在标准状况下的体积：在标准状况下的体积：_；电极电极c的质量变化是的质量变化是_g；电解前后各溶液的酸、碱性大电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：小是否发生变化，简述其原因：甲溶液甲溶液_；乙溶液乙溶液_；丙溶液丙溶液_；(2)如果电解过程中铜全部析出，如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么此时电解能否继续进行，为什么？_。解解析析：(1)乙乙中中c电电极极质质量量增增加加，说说明明c处处发发生生的的反反应应为为：Cu22e=Cu，c电电极极应应为为阴阴极极，则则M为负为负极，极，N为为正极。正极

11、。甲甲中中放放的的是是NaOH溶溶液液，电电解解时时实实质质上上是是电电解解水水，b电电极极上上发发生生的的 电电 极极 反反 应应 为为：4OH 4e=2H2OO2。而而要要求求算算出出b电电极极上上产产生生的的气气体体体体积积，就就必必须须先先根根据据丙丙中中K2SO4浓浓度度的的变变化化计计算出算出转转移移电电子的数目。子的数目。设设丙中丙中电电解水的解水的质质量量为为x g，由，由电电解前后溶解前后溶质质质质量相等可得：量相等可得：10010%(100 x)10.47%，x4.5 g，所以整个反，所以整个反应转应转移了移了0.5 mol电电子，根据子，根据电电极方程式可极方程式可计计算

12、出算出b电电极放出的极放出的O2为为0.125 mol，其体，其体积为积为2.8 L，c电电极上析极上析出的出的铜为铜为0.25 mol,其其质质量量为为16 g。甲甲中中电电解解的的是是水水，NaOH浓浓度度增增大大；乙乙中中水水电电离离出出来来的的OH放放电电，H浓浓度度增增大大；丙丙中中电电解解的的也也是是水水，虽虽然然K2SO4浓浓度度变变大大，但但pH不不变变。(2)铜铜全全部部析析出出时时溶溶液液变变为为H2SO4溶液，溶液，电电解仍可以解仍可以进进行。行。16碱碱性性增增大大，因因为为电电解解后后，水水量量减减少少,溶溶液液中中NaOH浓浓度度增增加加酸酸性性增增大大，因因为为阳

13、阳极极上上OH生生成成O2，溶溶液液中中H浓浓度度增增加加酸酸碱碱性性大大小小没没有有变变化化，因因为为K2SO4是是强强酸酸强强碱碱盐盐，浓浓度度增增加加不不影影响响溶溶液液的酸碱性的酸碱性(2)能能继继续续进进行行，因因为为CuSO4溶溶液液已已转转变变为为H2SO4溶溶液液，反反应应也也就就变为变为水的水的电电解反解反应应题题型型探探究究权权威威预预测测电解原理的应用电解原理的应用例例例例1 1 (2010高高考考海海南南卷卷改改编编题题)利利用用电电解解法法可可将将含含有有Fe、Zn、Ag、Pt等等杂杂质质的的粗粗铜铜提提纯纯，下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A电解时以精铜作阳极电

14、解时以精铜作阳极B电解时阳极发生还原反应电解时阳极发生还原反应C精铜连接电源负极，其电极精铜连接电源负极，其电极反应是反应是Cu=Cu22eD电解后，电解槽底部会形成电解后，电解槽底部会形成含少量含少量Ag、Pt等金属的阳极泥等金属的阳极泥【解解析析】电电解解法法精精炼炼金金属属铜铜时时，粗粗铜铜作作阳阳极极，失失去去电电子子逐逐渐渐溶溶解解，Cu2得得到到电电子子后后析析出出，附附着着在在阴阴极极上上，故故精精铜铜作作阴阴极极；在在电电解解池池中中，阴阴极极接接电电源源的的负负极极，发发生生还还原原反反应应，阳阳极极接接电电源源的的正正极极,发发生生氧化反氧化反应应，A、B、C错误错误；越越

15、活活泼泼的的金金属属越越易易失失去去电电子子，故故比比铜铜活活泼泼的的Fe、Zn先先失失去去电电子子,变变成成Fe2、Zn2进进入溶入溶液液，然然后后是是铜铜失失去去电电子子,变变成成Cu2进进入入溶溶液液,因因Ag、Pt等等金金属属不不如如铜铜活活泼泼，故故在在铜铜溶溶解解后后便便沉沉淀淀在在阳极底部成阳极底部成为为阳极泥，阳极泥，D正确。正确。【答案答案】D【规规律律方方法法】分分析析电电解解原原理理应应用的主要思用的主要思路：路：通通电电前前：判判断断电电解解质质溶溶液液的的电电离离过过程程(包包括括电电解解质质和和水水的的电电离离)及及存在的离子。存在的离子。通通电电后后：判判断断阴阴

16、、阳阳离离子子的的放放电电顺顺序及离子的移序及离子的移动动方向。方向。电电解解结结果：分析两极果：分析两极现现象、水的象、水的电电离平衡、离子离平衡、离子浓浓度、溶液酸碱度、溶液酸碱性、性、pH变变化等。化等。用两支惰性电极插入用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，溶液中，通电电解，当电解液的当电解液的pH从从6.0变为变为3.0时时(设设电解时阴极没有氢气析出且电解电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液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是，电极上析出银的质量大约是()A27 mgB54 mgC108 mg D216 mg有关电解的计

17、算有关电解的计算例例例例2 2【解解析析】在在阳阳极极，水水电电离离出出的的OH放放电电，破破坏坏了了水水的的电电离离平平衡衡，H浓浓度度增增大大。由由题题意意知知：n(H)0.5 L(103106)molL15104mol，阴阴阳阳两两极极得得失失电电子子数数目目相相等等,阴阴极极析析出出的的银银的的物物质质的的量量等等于于阳阳极极产产生生H的的物物质质的的量量，m(Ag)5104mol108 gmol1103mg/g54 mg。【答案答案】B【规规律律方方法法】电电化化学学计计算算的的常常用方法用方法(1)根据根据电电子守恒子守恒计计算算用用于于串串联联电电路路、阴阴阳阳两两极极产产物物、

18、正正负负两两极极产产物物、相相同同电电量量等等类类型型的的计计算算，其其依依据据是是电电路路上上转转移移的的电电子数相等。子数相等。(2)根根据据总总反反应应式式中中的的计计量量关关系系计计算算先先写写出出电电极极反反应应式式，再再写写出出总总反反应应式或直接式或直接运运用用总总反反应应式式，最最后后根根据据总总反反应应式列比例式式列比例式计计算。算。(3)根据关系式根据关系式计计算算利利用用得得失失电电子子守守恒恒关关系系建建立立已已知知量量与与未未知知量量之之间间的的桥桥梁梁，建建立立所所需需关关系系式式。如如4e4Ag2Cu2Cl22H2O24H4OH。课课堂堂达达标标即即时时巩巩固固电

19、解原理的应用电解原理的应用电化学知识既可以结合学科内知电化学知识既可以结合学科内知识，如化学现象的判断和分析、识，如化学现象的判断和分析、定量实验的操作要求、氧化还原定量实验的操作要求、氧化还原反应问题的分析等，也可以涉及反应问题的分析等，也可以涉及学学热热点点示示例例思思维维拓拓展展科间知识的综合应用，如联系物科间知识的综合应用，如联系物理学中有关和电池的连接、阿伏理学中有关和电池的连接、阿伏加德罗常数的测定等，还可与生加德罗常数的测定等，还可与生产和生活实际产和生活实际(如金属的腐蚀和防如金属的腐蚀和防护护)、金属的回收等问题联系。、金属的回收等问题联系。经典案例经典案例某研究性学习小组某

20、研究性学习小组的学生为了从含有的学生为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收的废液中回收Cu，设计了两种方案并进行评价。，设计了两种方案并进行评价。请回答有关问题：请回答有关问题：方案方案1：向废液中加入过量的铁粉，：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，充分反应后，_。在所得滤渣。在所得滤渣中加入足量的盐酸中加入足量的盐酸,充分反应后，充分反应后，再过滤即得到铜。再过滤即得到铜。方案方案2：在废液中加入适量的盐酸：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的调节溶液的pH1，用铜和石墨，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到作电极进行电解。当观察到_时，即停止电解，这时时，即停止电解，这时要回

21、收的要回收的Cu已全部析出。已全部析出。(1)方案方案1中涉及的四种阳离子的中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为氧化性由强到弱的顺序为_，过，过滤操作时，需要用到的玻璃仪器滤操作时，需要用到的玻璃仪器是是_。(2)方案方案2在电极上直接回收铜，在电极上直接回收铜，操作上比方案操作上比方案1简便，但方案简便，但方案2也也有不足之处，主要表现为有不足之处，主要表现为_。【解解析析】方方案案1是是根根据据铁铁的的还还原原性性比比铜铜强强,用用铁铁把把铜铜置置换换出出来来，分分离离固固体体与与液液体体的的混混合合物物时时应应该该用用过过滤滤的的方方法法。方方案案2是是利利用用电电解解原原理理，使

22、使铜铜在在电电解解池池的的阴阴极极析析出出。氧氧化化性性强强弱弱顺顺序序为为：Fe3Cu2HFe2，所所以以电电解解时时在在阴阴极极上上首首先先发发生生的的反反应应是是2Fe32e=2Fe2，然然后后是是Cu22e=Cu，当当铜铜全部析出后即全部析出后即发发生反生反应应2H2e=H2，所以当看到阴，所以当看到阴极上有气体放出极上有气体放出时时，说说明明铜铜已已经经全部析出，在阳极上首先放全部析出，在阳极上首先放电电的的是是Cl，Cl失失电电子子产产生生氯氯气，而气，而氯氯气有毒会气有毒会污污染染环环境，同境，同时时方案方案2用了用了电电解的方法，成本解的方法，成本较较高。高。【答答案案】方方案案1：过过滤滤方方案案2：阴极上有气泡：阴极上有气泡产产生生(1)Fe3Cu2HFe2漏漏斗、斗、烧烧杯、玻璃棒杯、玻璃棒(2)有有污污染染性性气气体体Cl2产产生生；使使用用了了电电解装置解装置,成本成本较较高高同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全