电解池的工作原理及应用上课.pptx

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1、联想联想质疑质疑已知：已知：2mol2mol固体钠与固体钠与1mol1mol氯氯气反应生成气反应生成2mol2mol固体氯化钠固体氯化钠放出放出822.3kJ822.3kJ的热量。的热量。2Na(S)+Cl2(g)=2NaCl(S)H(298K)=-822.3kJmol-1 若以氯化钠为原料制备金属钠若以氯化钠为原料制备金属钠,则需要外界提供能量则需要外界提供能量（如电能）。在生产实践中，人们是如何通过提供（如电能）。在生产实践中，人们是如何通过提供电能使氯化钠分解而制得金属钠的？电能使氯化钠分解而制得金属钠的？第1页/共41页一、电解的原理一、电解的原理讨论：讨论：1、熔融的、熔融的NaCl

2、NaCl中存在的微粒中存在的微粒是什么？它们处于怎样的状态？是什么？它们处于怎样的状态？2 2、接通电源后，熔融氯化钠、接通电源后，熔融氯化钠 中中NaNa+和和ClCl-各向哪个方向各向哪个方向 移动？移动？NaNa+和和ClCl-将发生将发生 什么变化？什么变化？第2页/共41页正极负极e-e-Na+Cl-熔融NaCle-石墨石墨石墨石墨III阳极阴极电电解解原原理理2Cl-2e-Cl2氧化反应2Na+2e-2Na还原反应总式：2NaCl 2Na+Cl2 通电第3页/共41页电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应 的过程。电解池电解池:借助氧化还

3、原反应，把电能转化为化学能的 装置.1、定义一、电解的原理一、电解的原理电解池中，电解质溶液的导电过程就是电解过程电解池中，电解质溶液的导电过程就是电解过程阳极阳极阴极阴极第4页/共41页(1)(1)(1)(1)通电前，氯化铜溶液里主要通电前，氯化铜溶液里主要通电前，氯化铜溶液里主要通电前，氯化铜溶液里主要存在哪些离子？这些离子的运存在哪些离子？这些离子的运存在哪些离子？这些离子的运存在哪些离子？这些离子的运动情况怎样？动情况怎样？动情况怎样？动情况怎样？(2)(2)(2)(2)通电后，这些离子的运动情通电后，这些离子的运动情通电后，这些离子的运动情通电后，这些离子的运动情况有什么改变？况有什

4、么改变？况有什么改变？况有什么改变？(3)(3)(3)(3)当离子定向运动到电极表面当离子定向运动到电极表面当离子定向运动到电极表面当离子定向运动到电极表面上时，发生了什么变化？写出上时，发生了什么变化？写出上时，发生了什么变化？写出上时，发生了什么变化？写出电极反应。电极反应。电极反应。电极反应。P19P19活动与探究：在活动与探究：在U U形管中加入了饱和氯化铜溶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？液，用石墨棒作电极；接通电源，会有何现象？第5页/共41页第6页/共41页石墨棒上石墨棒上覆盖有覆盖有红色红色物质物质 Cu Cu 2+2+2e2e-CuCu（还原

5、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7页/共41页CuCl2=Cu2+2Cl-H+H+H+H+OH-OH-OH-OH-H2O OH-+H+想一想：想一想：H H+和和 OHOH-为什么没有参与电解？为什么没有参与电解？想一想：想一想：CuClCuCl2 2溶液中除了溶液中除了CuCu2 2、ClCl-，还有什么离子？，还有什么离子？第8页/共41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

6、，根据氧化性强弱Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）（酸）Fe2+Zn2+H+（水）（水）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+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F-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9页/共41页 （1 1）在在NaClNaCl溶液中溶液中,NaCl,NaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阴极移动，向阳极移动。向阳极移动。在阳极，由于在阳极，由于 容易

7、失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。阳极方程式：阳极方程式：;（2 2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 使使H H2 2O O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大，PHPH 。阴极方程式：阴极方程式：。2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+P20交流与讨论交流与讨论电解原理的应用电解原理的应用第10页/共41页总化学方程式：总化学方程式：;总离子方程式总离子方程式:.(3)(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：电解前向

8、溶液中滴加酚酞，通电后现象为：_ ，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？阴极附近的溶液无色变为红色阴极附近的溶液无色变为红色阳极阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极 附近附近,产生气体可以使湿润产生气体可以使湿润KIKI淀粉试淀粉试 纸变蓝色。纸变蓝色。第11页/共41页(二)离子交换膜法制烧碱1 1、装置阳极：金属钛网(涂有钛钌等氧化物)阴极：碳钢网(涂有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。阴极室产物：NaOHNaOH、H H2 2阳极室产物：ClCl2 2+-精制饱和食盐水水(含少

9、量NaOH)Cl2 H2NaOH溶液淡盐水Na+第14页/共41页第15页/共41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：石墨）阳极：石墨 阴极：铜阴极：铜4OH-4e-=2H2O+O24H+4e-=2H22H2O=2H2+O2通电通电总反应：总反应：（2）阳极：铜）阳极：铜 阴极：石墨阴极：石墨Cu-2e-=Cu2+4H+4e-=2H2用活泼性电极作阳极，电极本身被氧化溶解。第16页/共41页用铜作电极电解硫酸铜溶液用铜作电极电解硫酸铜溶液阳极阳极:Cu-2e-

10、=Cu2+阴极阴极:Cu2+2e-=Cu用与阳极相同金属元素离子的盐溶液做电解液，用与阳极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则电解过程中，电解液的成分和浓度均保持不变。变。铜的电解精炼铜的电解精炼第17页/共41页第18页/共41页二、电解原理的应用二、电解原理的应用电解精炼铜阳极泥：阳极泥：相对不活泼的金属如相对不活泼的金属如:Ag、Au等以等以单质的形式沉积在电解槽底单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥形成阳极泥第19页/共41页电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：阴极（纯铜）：比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；比铜不

11、活泼的金属：Au、Ag、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变,但变小。Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Cu 2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu如果，将阳极换成银的话，电解过程变吗？第20页/共41页2、电镀、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程。、电镀池形成条件镀件 铜镀层金属银含镀层金属离子的盐溶液 硝酸银+、镀件作阴极、镀层金属作阳极、含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液、电镀的特点阳极本身参加电极反应浓度保持不变浓度保持不变第21页/共41页小结小结1 1：分析电解反应分析电解反应(用惰性电极时用惰性电极时)的一般思的

12、一般思路：路：明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子溶质和水阴阳相吸第22页/共41页三、电解规律三、电解规律(用惰性电极电解时用惰性电极电解时)、电解、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液溶液溶液溶液时，如电解时，如电解H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3、NaOHNaOH、NaNa2 2SOSO4 4等等溶液时其电极反应式为：溶液时其电极反应式为：阳极：4OH4e2H2O+O2阴极

13、：4H+4e2H2 总反应：2H2O O2+2H2 电解 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的要恢复原来的浓度，只需加入一定量的 即可。实质：电解水实质：电解水解析例如：电解硫酸钠溶液例如：电解硫酸钠溶液增大水水第24页/共41页思考思考?在硫酸钠溶液中有如下电离：在硫酸钠溶液中有如下电离：H H2 2O O H H+OH+OH Na2SO4 2 2Na+SO4 2离子放电的顺序阳离子阴离子H+Na+OHSO424OH4e2H2O+O24H+4e2H2 总反应：2H2O O2+2H2 电解阳极：阴极：第25页/共41页、电解、电解无氧

14、酸溶液无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金属的、不活泼金属的无氧酸盐溶液无氧酸盐溶液，如电解盐酸、，如电解盐酸、CuClCuCl2 2溶液等溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的的 (通入一定量的通入一定量的HClHCl气体气体)阳极：2Cl 2eCl2阴极：2H+2e H2 总反应：2HCl Cl2+H2 电解电解盐酸实质：电解质本身被电解实质：电解质本身被电解减小溶质第26页/共41页、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等

15、。阳极：4OH4e2H2O+O2阴极：2Cu2+4e2Cu总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4 电解 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。电解CuSO4溶液第27页/共41页、电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。阳极(C)：2Cl 2eCl2阴极(C)：2H+2e H2 总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2 电解第28页/共41页电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结：S2-

16、I-Br-Cl-OH-含氧酸根含氧酸根 F-与与区：区：如如CuSO4、AgNO3：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+无氧酸溶液无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液、不活泼金属的无氧酸盐溶液含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液不活泼金属的含氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐活泼金属的含无氧酸盐溶液活泼金属的含无氧酸盐溶液与区：如CuCl2、HCl电解本身型与区：如NaCl放氢生碱型放氧生酸型与区：如Na2SO4、H2SO4、NaOH电解水型阳极阴极第29页/共41页电解池电解池能量转换能量转换离子

17、的迁移离子的迁移方向方向发生氧化反应发生氧化反应的电极的电极 发生还原反应发生还原反应的电极的电极反应能否自发反应能否自发 电能转化为化学能阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移原电池原电池化学能转化为电能负极正极阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移相同点相同点(从原理分析从原理分析)都是氧化还原反应小结小结3：原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:P21不自发,需要电源自发，自己当电源第30页/共41页【巩固练习巩固练习】1 1、在外界提供相同电量的条件下，、在外界提供相同电量的条件下，CuCu2+2+或或AgAg+分别按分别按CuCu2+2+2e+2e-Cu

18、Cu或或AgAg+e+e-Ag Ag在电在电极上放电，若析出铜的质量为极上放电，若析出铜的质量为1.92g1.92g，则析出，则析出AgAg的质量为的质量为 （）A A、1.62g1.62g B B、6.48g6.48g C C、3.24g3.24g D D、12.96g12.96g2 2、用惰性电极电解、用惰性电极电解M(NOM(NO3 3)x x的水溶液，当阴的水溶液，当阴极上增重极上增重agag时，在阳极上同时产生时，在阳极上同时产生bLbL氧气（标氧气（标况），从而可知况），从而可知MM的相对原子质量为（的相对原子质量为（）A A、B B、C C、D D、B BC C第31页/共41页

19、3、如图所示装置，指出A、B池的名称、电极名称、电极反应式、二池pH值的变化情况。第32页/共41页4 4、下图的装置中，a a、b b都是惰性电极，通电一段时间后，b b极附近溶液呈红色，下列说法正确的是（）A A、X X是负极，Y Y是正极 B B、PtPt电极上发生的反应为：2H2H2H2H2 2 2 2O O O O -4e 4e 4e 4e-=O=O=O=O2 2 2 2+4H4H4H4H+C C、CuCu电极的质量减轻 D D、a a极上最先产生的气体为ClClClCl2 2 2 2NaCl和酚酞溶液CuSO4溶液 BDBD第33页/共41页5、以A、B两根石墨电极电解足量的硝酸银

20、溶液，通电t分钟，在B极收到11.2L标况下气体，此后将电源反接，以相同的电流强度通电t/2分钟。问：（1）A、B分别是什么极？（2）电源反接后A、B电极质量如何变化？（3）若溶液体积为10L，则通电t/2分钟时的氢离子浓度？第34页/共41页含氯漂白剂有机合成、造纸玻璃、肥皂纺织、印染有机合成氯化物合成农药金属冶炼有机合成HCl盐酸电解饱和食盐水 以氯碱工业为基础的化工生产H2NaOH湿氯气湿氢气液碱Cl2阴极阳极阴极第35页/共41页提示：提示：精精制制食盐水食盐水 由于粗盐中含有泥沙、由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子等杂质，

21、会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？交换膜，那么如何除去这些杂质呢？3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？第36页/共41页泥沙泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-NaNa+、ClCl-、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe3+3+、引入引入BaBa2+2+Na+、Cl-、C

22、a2+、Ba2+、引入引入OH-Na+、Cl-、CO32-、OH-Na+、Cl-沉降除泥沙略过量BaCl2 溶液除SO42-略过量Na2CO3 溶液除Ca2+.Ba2+略过量NaOH 溶液除Fe3+,Mg2+适量HCl溶液调节PH 除CO32-、OH-第37页/共41页电解原理的应用电解原理的应用电冶金由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像NaNa、CaCa、MgMg、AlAl这样活泼的金属，电解法几乎这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。是唯一可行的工业方法。1、钠的冶炼 电解熔融的NaCl阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2Na+2e-=2Na总反应：2NaCl(熔融)=2Na+Cl2第38页/共41页 电解原理的应用电解原理的应用电冶金2、铝的冶炼 电解熔融的Al2O3烟罩阳极C电解质熔融态铝钢壳钢导电棒耐火材料阴极C阴极：4Al3+12e-=4Al阳极：6O2-12e-=3O2总反应：2Al2O3(熔融)=4Al+3O2铝电解槽铝电解槽第39页/共41页作业：1、作业本一节2、课后练习1-5（上交）第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页