人教版化学选修四 电解池ppt课件.ppt

第四章 电化学基础,第三节 电解池,人教版选修4 化学反应原理,1、这两个反应互为可逆反应吗？,2、哪一个反应能自发进行，哪一个是非自发的？,水的电解,在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的过程或反应，称为自发反应。,电解将电能转化为化学能，能使一些非自发进行的氧化还原反应持续进行，因而应用广泛。,复习回顾判断下列装置那些构成原电池？,两个活性不同的电极,电解质溶液,形成闭合回路,前提：自发进行的氧化还原反应,形成条件,质疑,这还是原电池装置吗？,该装置能发生化学反应吗？,【实验4-2】用惰性电极(碳棒)电解氯化铜溶液,CuCl2溶液,有气泡逸出,有红色固体析出,氯气,铜,使淀粉碘化钾试纸变蓝,阴极,阳极,【实验分析】,思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?,阳离子：Cu2+H+阴离子：Cl-OH-,Cu2+H+向阴极区移动 Cl-OH-向阳极区移动,Cl-Cl2 OH-O2,阴极区：,Cu2+Cu H+H2,阳极区：,思考3：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物可能是哪些？,思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？,电解氯化铜溶液微观模拟,实验分析：,1.电解：,使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应的过程，叫做电解。,3.构成电解池的条件：,直流电源；,阴极:与电源负极相连,阳极:与电源正极相连,阴、阳 电极,电解质溶液或熔融电解质；,2.电解池(电解槽)：,电能转变为化学能的装置。,一、电解原理,形成闭合回路。,两个电极的类型：,惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅导电，不参与反应活性电极(除铂、金外的金属)：既可以导电、又可以参与电极反应,惰性电极与活性电极,阴极,阳极,阴极,阳极,练习,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,一、电解原理：,4、电子的流向:,电子的流向: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。(注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动),一、电解原理：,5、离子定向移动的方向:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动.,阴阳相吸,阳氧化、阴还原,6、电极反应：,正、负极,阴、阳极,原 电 池,电 解 池,负极发生氧化反应正极发生还原反应,阳极发生氧化反应阴极发生还原反应,构成的三个条件,有外加电源,比较,一、电解原理：,名词解释：阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电,7.产物的判断,溶液中存在多种阴、阳离子，通过判断放电顺序来判断产物,7.产物的判断,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。金属活动顺序的反顺序,阴极,阳离子得电子，被还原，比较阳离子氧化性,7.产物的判断,阳极：,S2-I-Br-Cl OH-含氧酸根 F-,除Pt、Au,失电子，被氧化，比较还原性,金属,阳极放电优先考虑电极材料：若阳极材料为活泼金属，则阳极放电溶解；若为惰性材料，则溶液中的阴离子放电,阴极,阳极,阴极,阳极,阴极：Cu2+2e-Cu 阳极：2Cl-2e-Cl2,阴极：Cu2+2e-Cu 阳极：Fe-2e-Fe 2+,例,阴极,阳极,氯气,铜,阳极：2Cl-2 e-=Cl2,阴极：Cu2+2e-=2Cu,减小,接近7,CuCl2,CuCl2溶液,1、电解电解质型(不活泼金属的无氧酸盐、无氧酸),二、电解规律(用惰性电极电解时),阳极,阴极,氧气,氢气,阳极:4OH-4e-=2H2O+O2,阴极:4H+4e-=2H2,变大,不变,加H2O,Na2SO4溶液,2H2O 2H2+O2,2、电解水型(活泼金属的含氧酸盐、强酸、含氧酸),比单纯电解水速度快还是慢？,阳极,阴极,氯气,氢气,阳极:2Cl-2e-=Cl2,阴极:2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,减小,增大,加HCl,NaCl溶液,3、放氢生碱型(活泼金属的无氧酸盐),阴极,阳极,阴极,氧气,铜,阳极:4OH-4e-=2H2O+O2,阴极：Cu2+2e-=Cu,减小,减小,加CuO,CuSO4溶液,4、放氧生酸型(不活泼金属的含氧酸盐),阳极,电解规律（惰性电极）小结,阳极：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根 F-,与区：电解本身型 如CuCl2、HCl与区：放氢生碱型 如NaCl、ZnCl2与区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3与区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4、NaOH,阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+,阳极,阴极,总电极反应,AgNO3溶液,C,C,4Ag+4e-=4Ag,总反应式：4AgNO3+2H2O=4Ag+O2+4HNO3,练习：书写电解硝酸银溶液的电极反应式及总方程式,电解,4OH-4e-=O2+2H2O,阳极,阴极,Cu-2e-=Cu2+,2H+2e-=H2,练习：设计电解池Cu+H2SO4=CuSO4+H2写出电极反应式,电解,电解质溶液：H2SO4溶液,阳极：金属铜,原电池与电解池的结合,有一极能与电解液反应则该极为原电池负极，与之相连的为电解池的阴极。若都能反应，则活泼性最强的或两极差距最大的为原电池,电解池,原电池,1、如右图是电解氯化铜溶液的装置,其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是A、a为负极，b为正极 B、a为阳极，b为阴极C、电解过程中，d电极质量增加 D、电解过程中，氯离子浓度不变,【亲 身 体 验】,+,阴极,阳极,阴极d：,阳极c：,2Cl 2e Cl2,Cu2+2e Cu,C,CuCl2溶液,2、右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（）,A,小结,解答有关电解问题步骤,1.首先观察是否有外接电源,2.分析电解质水溶液的组成,找全离子分两组.,3.观察阳极是否为金属,金属作阳极失电子,4.根据阴阳两极放电顺序写出两极反应式.,5.合并两极反应写出电解反应式.,电解池与原电池有哪些异同,两电极接直流电源电解质溶液形成闭合回路,活泼性不同的两电极电解质溶液形成闭合回路,形成条件,将电能 转变成化学能的装置,将化学能 转变成电能的装置,定义,装置实例,电解池,原电池,装置,自发的氧化还原反应,不自发的氧化还原反应,要在外加电场作用下才可发生,电解池与原电池有哪些异同(续),电源负极电解池阴极电解池阳极电源正极,电子流向,阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子,负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子,电极反应,阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连,负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）,电极名称,电解池,原电池,装置,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阴极:4H+4e-=2H2阳极:4OH-4e-=O2+2H2O,减小,增大,不变,H2O,阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2H+2e-=H2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:Cu2+2e-=Cu,增大,CuCl2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2H+2e-=H2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO4,阳极:4OH-4e-=O2+2H2O阴极:2Cu2+4e-=2Cu,减小,CuO,放氢生碱,放氧生酸,巩固练习,1、电极反应方程式及电解总反应方程式的书写(惰性电极，溶液)：H2SO4HClNaOH K2SO4CuCl2CuSO4 NaCl KMnO42、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，阴极析出的物质是_；阳极产物是_。3、两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，阳极的产物是_；阴极的产物是_。,练习,4、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。,石墨 石墨,CuSO4溶液,CuSO4溶液,(A),(B),纯铜 铁,练习,5、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。,6.写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液PH值的变化。,7.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为12的是 甲 乙 A B C D甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3,D,8.为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是AX是正极，Y是负极BX是负极，Y是正极CCuSO4溶液的PH值逐渐减小DCuSO4溶液的PH值不变,AC,三、电解原理的应用,1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2H+2e-=H2,总反应：,2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2,电极反应：,阴极,阳极,(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.,(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.,第一个问题:,Cl2+2 NaOH=NaCl+NaClO+H2O,混合遇火或遇强光爆炸,解决方法:使用离子交换膜,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,阳离子交换膜,阳极室,阴极室,阳离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应,影响氢氧化钠的产量,提示：,第二个问题：精制食盐水,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-,Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+、引入Ba2+,Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、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-,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,三、电解原理的应用,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导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。,2、粗铜的电解精炼,2、粗铜的电解精炼,粗铜中含有杂质：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,粗铜,精铜,CuSO4,Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+,ZnFeNiCuAgAu,阳极泥,Cu2+2e-=Cu,粗铜中大部分铜在阳极（精铜）附着，比Cu活泼的金属溶解在溶液中，比Cu不活泼的金属以阳极泥的形式沉降；,溶液中铜离子浓度略微降低，引入Zn2+、Fe2+等离子,电解精炼铜,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。电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。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。,3、电镀,电解原理的应用,3、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）,阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品（镀件）电镀液：含有镀层金属阳离子的电解质,镀件镀铜为例,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2Na+2e-=2Na,总反应：,2NaCl(熔融)2Na+Cl2,三、电解原理的应用,4、电冶金,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Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,电解熔融氯化钠制钠,4、电冶金（Al）,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6O 2-12e-=3O2,阴极：,4Al 3+12e-=4Al,总反应：,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,AlCl3为分子晶体，在熔融状态下不电离，不导电，不能被电解。,冶炼铝设备图,烟罩,拓展：金属的防护,金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极,海水,C,Fe,下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢 顺序.,Fe,Fe,C,Fe,Zn,A(海水),B(海水),C(海水),D(海水),F(天然水),E(海水),拓展练习,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,两电极接直流电源电极插人电解质溶液形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极电镀液须含有镀层金属的离子,阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属；阴极：镀件,阳极：氧化反应阴极：还原反应,阳极：氧化反应阴极：还原反应,应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属；阴极：纯金属,阳极：氧化反应阴极：还原反应,形成条件,电极反应,电极名称,例1：铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e-=H2 阳极转移电子的物质的量为:0.54=2mol,消耗OH-2mol,即产生H+2mol.阴极生成0.5molH2,消耗H+1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H2转移的电子:0.5 2=1mol,故还有1mole-用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.,四、电解计算电子守恒法,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式：,例2：用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（）A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol,则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A,例3：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分子质量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：金属M的相对原子质量及 x、n 值；电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,Mx+xe-=M0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：x=2；M=64；n=3,产生H+为0.01mol，pH=1,练习：用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设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)，电极上析出银的质量大约是：A、27mg B、54mg C、108mg D、216mg,B,