电解池选修四精.ppt

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1、电解池选修四第1页，本讲稿共49页复习：复习：Cl2在工业上如何制取？在工业上如何制取？电解池的工作原理及应用电解池的工作原理及应用第2页，本讲稿共49页2H+2e-=H2（还原反应）（还原反应）2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）（氧化反应）有气泡有气泡滴加酚酞滴加酚酞溶液溶液红色红色有气泡，有气泡，刺激性气味，刺激性气味，湿润的碘化钾湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝 电解饱和食盐水电解饱和食盐水电2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2 第3页，本讲稿共49页 电解质溶液导电是阴、阳离子的定向电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动，其导电过程在电极上发生了移动，其导电过程在电极上发生

2、了化学化学变变化。化。此过程即为此过程即为电解电解的过程的过程电解：在电解：在直流电直流电的作用下，在两极上分别的作用下，在两极上分别 发生氧化反应和还原反应的过程。发生氧化反应和还原反应的过程。第4页，本讲稿共49页一、电解池一、电解池1、定义：、定义：把把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置的装置2、电解池的构成、电解池的构成(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 电源正极电源正极阳极阳极,电源负极电源负极阴极阴极(3)(3)电解质溶液或熔化的电解质电解质溶液或熔化的电解质 (4)(4)形成闭合回路形成闭合回路第5页，本讲稿共49页在电解

3、池中，电子和离子是怎样移动的？在电解池中，电子和离子是怎样移动的？e-：电源负极电源负极阴极阴极阳极阳极电源正极电源正极 离子：离子：阳离子阳离子阴极阴极阴离子阴离子阳极阳极3、电子和离子的移动方向、电子和离子的移动方向第6页，本讲稿共49页按图所示，在按图所示，在U形管中加入了饱和氯化铜溶液，形管中加入了饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极；接通电源，会有何现象？用石墨棒作电极；接通电源，会有何现象？试一试：试一试：第7页，本讲稿共49页石墨棒上石墨棒上覆盖有覆盖有红色红色物质物质 Cu 2+2e-Cu（还原反应）（还原反应）有气泡，有气泡，刺激性气味，刺激性气味，湿润的碘化钾湿润的碘化钾淀粉试纸

4、变蓝淀粉试纸变蓝 2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）（氧化反应）总反应：总反应：CuCl2=Cu+Cl2 通电通电第8页，本讲稿共49页CuCl2=Cu2+2Cl-H+H+H+H+OH-OH-OH-OH-H2O OH-+H+想一想：想一想：H+和和 OH-为什么没有参与电解？为什么没有参与电解？想一想：想一想：CuCl2溶液中除了溶液中除了Cu2、Cl-，还有什么离子？还有什么离子？第9页，本讲稿共49页 阴极阴极阳离子得到阳离子得到电子电子 发生还原反应，根据氧化性强弱发生还原反应，根据氧化性强弱 Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）（酸）Fe2+Zn2+H+（水）（水）Al3+Mg2+

5、Na+阳极阳极阴离子失去电子阴离子失去电子 发生氧化反应，根据还原性强弱发生氧化反应，根据还原性强弱 S2IBrClOH 其它含氧酸根离子其它含氧酸根离子4、电解时离子放电顺序、电解时离子放电顺序（MgAg）活性电极活性电极第10页，本讲稿共49页想一想、做一做：想一想、做一做：若以铜和石墨为电极若以铜和石墨为电极,电解硫酸溶液，电解硫酸溶液，情况会如何？并写出电极反应式。情况会如何？并写出电极反应式。（1）阳极：）阳极：石墨石墨 阴极：阴极：铜铜4OH-4e-=2H2O+O24H+4e-=2H22H2O=2H2+O2通电通电总反应：总反应：（2）阳极：）阳极：铜铜 阴极：阴极：石墨石墨Cu-

6、2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu第11页，本讲稿共49页练习：练习：分别用惰性电极电解下列物质的水溶分别用惰性电极电解下列物质的水溶 液，写出有关的电极反应式和总反应式液，写出有关的电极反应式和总反应式（1）稀硫酸）稀硫酸 （2）NaOH （3）盐酸）盐酸 阴极：阴极：4H+4e-=2H2（1）阳极：）阳极：4OH-4e-=2H2O+O2总反应式：总反应式：（3）阴极：阴极：2H+2e-=H2 阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2总反应式：总反应式：2HCl=H2+Cl2通电通电2H2O=2H2+O2通电通电第12页，本讲稿共49页（4）KCl （5）Na2SO4 （6）CuCl2（7）Ag

7、NO3（8）CuSO42Cl-2e-=Cl2 2H+2e-=H2（4 4）阳极：）阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：通电通电2KCl+2H2O=2KOH+Cl2+H2 2Cl-+2H2O=2OH-+Cl2+H2 通电通电第13页，本讲稿共49页阴极：阴极：4H+4e-=2H2 阳极：阳极：4OH-4e-=2H2O+O2总反应式：总反应式：（6）CuCl2阴极：阴极：Cu2+2e-=Cu阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl22H2O=2H2+O2通电通电（5）Na2SO4总反应式：总反应式：CuCl2=Cu+Cl2 通电通电第14页，本讲稿共49页（7）AgNO34Ag+4e-=4Ag4OH-4e-

8、=2H2O+O2 4Ag+2H2O=4Ag+O2+4H+通电通电阴极：阴极：2Cu2+4e-=2Cu阳极：阳极：4OH-4e-=2H2O+O2（8）CuSO42Cu2+2H2O=2Cu+O2+4H+通电通电总反应：总反应：阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：第15页，本讲稿共49页想一想：想一想：以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，有什么特点或规律？有什么特点或规律？第一组：第一组：Na2SO4、H2SO4、NaOH第二组：第二组：HCl、CuCl2第三组：第三组：KCl、CuSO4、AgNO3第16页，本讲稿共49页5 5、电解规律（、电解规律（惰

9、性电极惰性电极）小结）小结 电解电解质型：电解电解质型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液 （如：（如：HCl、CuCl2）电解水型：电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液 （如：（如：NaOH、H2SO4、Na2SO4）第17页，本讲稿共49页 电解质和水同时被电解型电解质和水同时被电解型 A A、放氢生碱型：、放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐活泼金属的无氧酸盐(如：如：NaCl、MgBr2)B B、放氧生酸型：、放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐(如：如：CuSO4、AgNO3)第18页，本讲稿共49

10、页练习：用铜作电极电解硫酸铜溶液，练习：用铜作电极电解硫酸铜溶液，写出电极反应式写出电极反应式阳极阳极:Cu-2e-=Cu2+阴极阴极:Cu2+2e-=Cu 用活泼性电极作阳极，电极本身被氧化。用活泼性电极作阳极，电极本身被氧化。若再用含相同金属元素离子的盐溶液做电解液，若再用含相同金属元素离子的盐溶液做电解液，则电解过程中，电解液的成分和浓度均保持不变。则电解过程中，电解液的成分和浓度均保持不变。铜的电解精炼铜的电解精炼第19页，本讲稿共49页二、电解原理的应用二、电解原理的应用纯铜纯铜粗铜粗铜 硫酸铜硫酸铜(硫酸酸化硫酸酸化)Zn、Ni、Ag、Au阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极阳极:C

11、u -2e-=Cu2+1、铜的电解精炼、铜的电解精炼阳极泥：阳极泥：相对不活泼的金属相对不活泼的金属如如:Ag、Au等以单质的形式等以单质的形式沉积在电解槽底沉积在电解槽底,形成阳极泥形成阳极泥电解铜，纯度高电解铜，纯度高(99.9%)、导电性好导电性好浓度基本不变，浓度基本不变，但须定时除杂但须定时除杂Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+第20页，本讲稿共49页(1)(1)定义：应用电解的原理在某些金属或非金属定义：应用电解的原理在某些金属或非金属 材料表面镀上一层其他金属或合金的过程。材料表面镀上一层其他金属或合金的过程。(2)(2)目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观目的：使金

12、属增强抗腐蚀的能力，增加美观 和表面硬度。和表面硬度。2 2、电镀、电镀(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 电镀液电镀液含有镀层金属离子的溶液含有镀层金属离子的溶液 浓度保持不变浓度保持不变(4)(4)电镀特点：阳极本身参加电极反应电镀特点：阳极本身参加电极反应第21页，本讲稿共49页例：如何在铁片表面镀上一层铜？例：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：CuSO4溶液溶液第22页，本讲稿共49页工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。3 3、氯碱工业、氯碱工业想

13、一想：在左面的电解想一想：在左面的电解饱和食盐水的实验中，饱和食盐水的实验中，电解产物之间可能发生电解产物之间可能发生哪些化学反应哪些化学反应？生成生成NaClO，使使NaOH不纯不纯H2和和Cl2混合遇火发生爆炸混合遇火发生爆炸 通电2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2 第23页，本讲稿共49页(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

14、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。第24页，本讲稿共49页4 4、电冶金、电冶金（1 1）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第25页，本讲稿共49页（2 2）制取金属铝）制取金属铝电解熔融氧化铝电解熔融氧化铝阳极：阳极：6O2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al总反应：总反应：通电2Al2O3=4Al+3O2注意：注意：反应过程中使用冰晶石反应过程中使用冰晶石(Na3

15、AlF6)作为作为 熔剂，使熔剂，使Al2O3在较低的温度下熔化在较低的温度下熔化第26页，本讲稿共49页第27页，本讲稿共49页阳离子交换膜法阳离子交换膜法 阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜阳离子交换膜第28页，本讲稿共49页电电电电解解解解熔熔熔熔融融融融氯氯氯氯化化化化钠钠钠钠制制制制钠钠钠钠第29页，本讲稿共49页第30页，本讲稿共49页第31页，本讲稿共49页问题透析问题透析Cu+2H+Cu2+H2若反应为：若反应为：，该反应可以设，该反应可以设计成原电池？请说明理由计成原电池？请说明理由_。第32页，本讲稿共49页 对于下列装置中的反应，写出相应的电极反应式并注明反

16、应对于下列装置中的反应，写出相应的电极反应式并注明反应类型：类型：(1)甲装置中，甲装置中，Zn极：极：Ag极：极：(2)乙装置中，乙装置中，Cu极：极：Ag极：极：(3)丙装置中，丙装置中，Fe极：极：C极：极：(4)丁装置中，丁装置中，Pt极：极：Fe极：极：第33页，本讲稿共49页 电解液中含有电解液中含有K+、Cl、SO42、OH （少量）、（少量）、Cu2+、H+（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_；阴极上电极反应式是阴极上电极反应式是_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 阳极变

17、化是阳极变化是_，阴极上电极反应式是阴极上电极反应式是_。电极反应式是电极反应式是_；第34页，本讲稿共49页例：右例：右图图中中x、y分分别别是直流是直流电电源的两极，通源的两极，通电电后后发现发现a极板极板质质量增加，量增加，b极板极板处处有无色无有无色无臭气体放出，符合臭气体放出，符合这这一情况的是一情况的是a极板极板b极板极板x电电极极Z溶液溶液A锌锌石墨石墨负负极极CuSO4B石墨石墨石墨石墨负负极极NaOHC银银铁铁正极正极AgNO3D铜铜石墨石墨负负极极CuCl2第35页，本讲稿共49页例：例：、将等体、将等体积积、等物、等物质质的量的量浓浓度的度的CuSO4 和和NaCl溶液混

18、溶液混合后，用石墨合后，用石墨电电极极电电解解,写出写出电电解解过过程中的程中的电电极反极反应应式，并描式，并描绘绘出溶液的出溶液的PHPH随随时时间间的的变变化曲化曲线线。PHPH值变值变化：化：PHt解析：一阶段：阳极：2Cl 2e=Cl2 阴极：Cu2+2e=Cu二阶段：阳极：4OH4e=2H2O+O2 阴极：Cu2+2e=Cu三阶段：阳极：4OH4e=2H2O+O2 阴极：4H+4e=2H2第36页，本讲稿共49页例：在例：在50mL 0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解极，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

19、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H+在阴极上放电在阴极上放电当电路中有当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重电子通过时，阴极增重 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0.32Zn 2eZn2+Cu2+2eCu第37页，本讲稿共49页第38页，本讲稿共49页44如如图图A为为直流直流电电源，源，B为为浸透浸透饱饱和和氯氯化化钠钠溶液和酚溶液和酚酞试酞试液液的的滤纸滤纸，C为电镀为电镀槽，

20、接通槽，接通电电路后，路后，发现发现B上的上的c点点显红显红色，色，请请填空：填空：（1）电电源源A上的上的a为为_极极（2）滤纸滤纸B上上发发生的生的总总化学方程式化学方程式为为：_（3）欲在）欲在电镀电镀槽中槽中实现铁实现铁上上镀锌镀锌，接通，接通K点，点，使使c、d两点短路，两点短路，则电则电极极e上上发发生的反生的反应为应为：_，电电极极f上上发发生的反生的反应为应为：_，槽中盛放的，槽中盛放的镀镀液可以是液可以是_溶液。溶液。第39页，本讲稿共49页（1）正极，（2）2NaCl 2H2O2NaOHH2Cl2（3）Zn2e=Zn2，Zn22e=Zn，ZnCl2（ZnSO4）第40页，本

21、讲稿共49页在下列两个电解池在下列两个电解池中，中，I I、IIII两极都是两极都是石墨电极。将电源石墨电极。将电源接接通通，通通电电1616分分5 5秒秒，电电流流强强度度为为5 5安安培培，PtPt电电极极质量增加质量增加5.40g5.40g。试回答下列问题：。试回答下列问题：（1 1）在）在I I、IIII极上析出质量各为多少极上析出质量各为多少g g？（2 2）AgAg电电极极溶溶解解多多少少g g？根根据据该该池池给给出出的的实实验验数数据据，计算阿伏加德罗常数是多少？计算阿伏加德罗常数是多少？AgNO3PtCuSO4Ag第41页，本讲稿共49页例例3：右图中电极：右图中电极a、b分

22、别为分别为Ag电极和电极和Pt电极，电极电极，电极c、d都是石都是石墨电极。通电一段时间后，只在墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到两极上共收集到336mL（标（标准状态）气体。回答：准状态）气体。回答：（1）直流电源中，）直流电源中，M为为极。极。（2）Pt电极上生成的物质是电极上生成的物质是，其质量为，其质量为 g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物分别生成的物质的物质的量之比为：质的物质的量之比为：2 。（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同）溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同），AgNO3溶液的溶液

23、的pH，H2SO4溶液的浓度溶液的浓度，H2SO4溶液的溶液的pH。（5）若）若H2SO4溶液的质量分数由溶液的质量分数由5.00%变为变为5.02%，则原有，则原有5.00%的的H2SO4溶液为多少溶液为多少g。第42页，本讲稿共49页i工工业业上采用以上采用以铁铁和石墨和石墨为电为电极，极，电电解解K2MnO4溶溶液的液的办办法制取法制取KMnO4。（1）电电解解时时，应应以以 作阴极，作阴极，电电解解过过程中，阴极附近溶程中，阴极附近溶液的液的pH值值将会将会_（增大、减少、保持不（增大、减少、保持不变变）（2）阳极的反）阳极的反应应式式为为 （3）电电解的解的总总反反应应式是式是 i（

24、1）铁 增大 （2）MnO42eMnO4 （3）2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2第43页，本讲稿共49页（2）写出电极反应：）写出电极反应：A中：中：_B中：中：_ C中：中：_ D中：中：_ （1）标出电源的正、负极，）标出电源的正、负极，X为为 _，Y为为_.模拟训练：模拟训练：由电极由电极产物判产物判断电源断电源电极电极：4H42H：4OH42HOOC：2H2HD：2Cl2Cl分析电极、离分析电极、离子移动方向子移动方向,依依据放电规律，据放电规律，判断产物。判断产物。如图装置中如图装置中,E为一只盛有为一只盛有AlCl3溶液溶液的烧杯，的烧杯，C为铂棒、为铂棒、D为铁棒，

25、为铁棒，X与与Y为电源的电极，为电源的电极，A、B中插入多孔的中插入多孔的惰性电极。切断开关惰性电极。切断开关K1，闭合开关，闭合开关K2，通直流电一端时间后，通直流电一端时间后，A、B中液中液面如图所示，请回答面如图所示，请回答：第44页，本讲稿共49页(3)电解电解AlCl3溶液时溶液时,下图所示的电解变化曲线合理的是下图所示的电解变化曲线合理的是()(忽略烧杯中阳极产生气体与溶液的反应忽略烧杯中阳极产生气体与溶液的反应)A BCDA依据阴阳两极依据阴阳两极得失电子守恒，得失电子守恒，以及铝元素的以及铝元素的性质特点，结性质特点，结合图表分析合图表分析Al3+3Cl-3e-3OH-Al(O

26、H)3如图装置中如图装置中,E为一只盛有为一只盛有AlCl3溶液溶液的烧杯，的烧杯，C为铂棒、为铂棒、D为铁棒，为铁棒，X与与Y为电源的电极，为电源的电极，A、B中插入多孔的中插入多孔的惰性电极。切断开关惰性电极。切断开关K1，闭合开关，闭合开关K2，通直流电一端时间后，通直流电一端时间后，A、B中液中液面如图所示，请回答面如图所示，请回答：模拟训练：模拟训练：第45页，本讲稿共49页如图装置中如图装置中,E为一只盛有为一只盛有AlCl3溶液溶液的烧杯，的烧杯，C为铂棒、为铂棒、D为铁棒，为铁棒，X与与Y为电源的电极，为电源的电极，A、B中插入多孔的中插入多孔的惰性电极。切断开关惰性电极。切断

27、开关K1，闭合开关，闭合开关K2，通直流电一端时间后，通直流电一端时间后，A、B中液中液面如图所示，请回答面如图所示，请回答：(4)电解电解AlCl3溶液时溶液时,若产生沉淀若产生沉淀1.56g时时,将将A极产生的气体在常极产生的气体在常温下燃烧温下燃烧,生成液态水生成液态水,放出放出8.574KJ热量热量,写出其燃烧热的热化学写出其燃烧热的热化学方程式方程式.依据电路中转依据电路中转移电子相等移电子相等Al3+3Cl-3e-3OH-Al(OH)3：223H2 6e-2Al(OH)3 热量热量3mol 2*78g QKJ0.03 mol 1.56g 8.54KJ H2(g)+1/2O2(g)=

28、H2O(l);H=-285.8KJ/mol模拟训练：模拟训练：第46页，本讲稿共49页（5）若电解一段时间后，）若电解一段时间后，A、B中均有气体包围，此时中均有气体包围，此时切断开关切断开关K2，闭合开关，闭合开关K1，则电流指针，则电流指针_(是或否）偏转是或否）偏转.若偏转若偏转写出电极反应：写出电极反应：A中：中：_ B中：中：_ .负极（负极（A A）：）：2H2H2 24OH4OH4e4e-=4H=4H2 2O O 正极（正极（B B）：）：O O2 22H2H2 2O+4eO+4e-=4OH4OH-总反应：总反应：2H2H2 2 O O2 2=2H=2H2 2O O如图装置中如图

29、装置中,E为一只盛有为一只盛有AlCl3溶液溶液的烧杯，的烧杯，C为铂棒、为铂棒、D为铁棒，为铁棒，X与与Y为电源的电极，为电源的电极，A、B中插入多孔的中插入多孔的惰性电极。切断开关惰性电极。切断开关K1，闭合开关，闭合开关K2，通直流电一端时间后，通直流电一端时间后，A、B中液中液面如图所示，请回答面如图所示，请回答：负极氧化、负极氧化、正极还原正极还原电极产物电极产物是否与电是否与电解质溶液解质溶液发生反应发生反应遵循电子转遵循电子转移守恒、电移守恒、电荷守恒、质荷守恒、质量守恒量守恒模拟训练：模拟训练：第47页，本讲稿共49页模拟训练：模拟训练：（6）若把）若把A气体换为甲醇，此时气体

30、换为甲醇，此时切断开关切断开关K2，闭合开关，闭合开关K1，则电，则电流指针也偏转流指针也偏转.写出电极反应：写出电极反应：A中：中：_ B中：中：_ .2CH3OH3O22CO24H2O2CH3OH3O2OH2CO326H2O总反总反应式应式正极正极:3O26H2O12e12OH负极负极:2CH3OH12e 16OH 2CO3212H2O先写出难度较先写出难度较小的总反应式小的总反应式根据题给条根据题给条件的正极电件的正极电极反应式或极反应式或简单的电极简单的电极反应式反应式用减法写出复杂的负极反应式用减法写出复杂的负极反应式,注意三守恒注意三守恒第48页，本讲稿共49页第49页，本讲稿共49页