电化学基础第三节电解池.ppt

第三节 电解池,实验现象：,如图所示，将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入U型管的CuCl2溶液中，再接通12V直流电,观察现象。约35min后切断电源。,阳极-,与电源正极相连的碳棒有气泡产生，且有刺激性气味，,与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出.,阴极-,Cl2,Cu,能使湿润的KI淀粉试纸变蓝.,实验探究P79 实验4-2,想一想：,CuCl2溶液在电流的作用下为什么会分解生成Cu和Cl2呢？,【阅读并思考】,问题1：通电前，氯化铜溶液中含有哪些微粒?问题2：在通电时这些微粒各向什么区移动？思考3：通电后在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？,阅读课本p79-80,回答下列问题：,1.离子移动通电前：CuCl2=Cu2+2Cl H2O H+OH-,通电后：Cu2+移向阴极，Cl移向阳极；,2.电极反应：,2Cl 2e=Cl2（氧化反应）,Cu2+2e=Cu（还原反应）,CuCl2电解实验微观解释,阳极：,阴极：,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；,与电源负极相连的电极为阴极,与电源正极相连的电极为阳极,阴、阳电极,电解质溶液或熔融电解质；,一、电解原理,形成闭合回路,比较原电池与电解池电极命名有何区别？,原电池的正负极由电极材料决定电解池的阴阳极由电源决定,练习：判断下列装置中原电池的正负极及电解池的阴阳极,负,正,阳,阴,Cu2+,oooooooooooooooooooo,阴极,阳极,Cu,Cl2,电解氯化铜溶液实验装置,e-,e-,单击电子流动,4.电解池中电子的移动方向,负极,阴极,阳离子,正极,阳极,阴离子,5、电解本质：,阳极：发生氧化反应阴极：发生还原反应,与电源正极连+电源-与电源负极连氧化反应 还原反应2Cl2e-=Cl2 阳极 惰性电极 阴极 Cu2+2e-=Cu 阴离子移向 CuCl2溶液 阳离子移向,电子流出,电子流入,电解的工作原理：,离子放电顺序：物质在电解池的阴、阳两极发生反应的过程叫放电。,Ag+（Fe3+）Cu2+H+酸Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)水（电镀）Al3+Mg2+Na+Ca+K+注：当H+离子浓度很大时酸，放电顺序按H+当H+离子浓度很小时水，放电顺序按（H+）,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。阳离子在阴极上放电顺序是：,阴极:,阳极：(1)当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根 F-(2)当阳极为活性电极(除铂、金以外的金属)时,由电极本身放电,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,（1）惰性电极：（只考虑溶液中离子放电）阴极：阳离子还原 阳极：阴离子氧化（2）活泼电极：阳极为金属（除Pt、Au)阴极：阳离子还原 阳极：金属氧化,7.电极反应式的书写,Cu,Cu,Fe,Cu,CuSO4溶液,稀硫酸溶液,思考:下列两个电解池的电极反应式,阳极,阴极,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,Cu-2e-=Cu2+,2H+2e-=H2,练习：,书写用惰性电极电解下列溶液的电极反应式及总方程式，并找一找有何规律？盐酸 氯化铜溶液 硫酸 氢氧化钠溶液 硫酸钠溶液 氯化钠溶液 硫酸铜溶液,石墨 石墨,盐酸,阳极,阴极,总电极反应,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,2HCl=H2+Cl2,电解,C,C,CuCl2溶液,C,C,2Cl-2e-=Cl2,Cu2+2e-=Cu,CuCl2=Cu+Cl2,电解,两极为惰性电极(如C),两极为惰性电极(如C),NaOH溶液,H2SO4溶液,Na2SO4溶液,阴极,阳极,阳极,阴极,总电极反应式,4OH-4e-=O2+2H2O,4H+4e-=2H2,2H2O=2H2+O2,电解,(1)NaCl溶液(2)CuSO4溶液:,阳极：4OH-4e-2H2O+O2 阴极：2Cu2+4e-2Cu,电解,总反应式：2CuSO4+2H2OCu+O2+2H2SO4,阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2H+2e-=H2,总反应方程式：2NaCl+2H2O=Cl2+H2+2NaOH,电解,NaCl溶液,CuSO4溶液,两极为惰性电极(如C),阴极区,阳极区,思考?,电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果：,离子放电的顺序,H+Na+,OHSO42,4OH4e2H2O+O2,4H+4e2H2,阳极：,阴极：,（包括水的电离，并分 成阳离子组和阴离子组）,明确溶液中存在哪些离子,判断阴阳离子的放电顺序,根据阳极氧化，阴极还原完成电极反应式,书写电极反应式及总方程式的方法小结,判断电极材料,掌握方法事半功倍哟！,（注意得失电子守恒）,由阴阳两电极反应式，合并得总反应式,（弱电解质的须保持分子形式）,二、电解规律(用惰性电极电解时),1.电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：,电解后溶液中溶质的质量分数，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的 即可。,实质：电解水,增大,水,电解后溶液的pH变化如何？,H2SO4溶液pH减小NaOH溶液pH增大Na2SO4溶液pH不变,2.电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液，如电解盐酸、CuCl2溶液等,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，需加入一定量的(通入一定量的HCl气体),阳极：2Cl 2eCl2,阴极：2H+2e H2,例如：电解盐酸,实质：电解质本身被电解,减小,溶质,电解后溶液的pH.,增大,电解后原溶液中溶质的质量分数，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的。,阳极(C)：2Cl 2eCl2,阴极(C)：2H+2e H2,3.电解不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐溶液，如电解CuSO4溶液、NaCl溶液等。,例如：电解NaCl溶液,减小,HCl,电解后溶液的pH.,增大,实质：电解质和水都参与电解,电解不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐溶液，如电解CuSO4溶液、NaCl溶液等。,阳极：4OH4e2H2O+O2,阴极：2Cu2+4e2Cu,电解后原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。,例如：电解CuSO4溶液,实质：电解质和水都参与电解,减小,金属氧化物（CuO）,电解后溶液的pH.,减小,阳极,阴极,总电极反应,AgNO3溶液,C,C,4OH-4e-=O2+2H2O,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,练习：从H+，Cu2+，Na+，SO42-，OH-，Cl-六种离子中恰当地组成电解质，并将其溶于水后按下列要求进行电解。（1）以碳棒为电极，使电解质质量减小，水量不变，应采用的电解质。（2）以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减小，应采用的电解质。（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量均减小，应采用的电解质。,HCl CuCl2,NaOH H2SO4 Na2SO4,NaCl CuSO4,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.,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。,中国最早的氯碱车间,（1）在NaCl溶液中,NaCl电离出，H2O电离出。通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阳极移动。在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成。阳极方程式：;（2）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成 使H2O 电离向右移动，因此阴极 浓度增大，PH。阴极方程式：。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,Na+、Cl-,H+、OH-,Cl-、OH-,Cl-,Cl2,H+,H2,OH-,增大,Na+、H+,思考,总化学方程式：;总离子方程式:.,（3）在电解装置中，可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？（4）溶液中的Na+是否可能被还原为金属钠，为什么？,不能用Cu 做阳极,金属做阳极失电子,不能,活泼金属阳离子在水溶液中不放电,(5)电解过程中NaOH在哪一电极产生?为什么?,解释:,由于电解时,H+在阴极上得电子析出H2,破坏了水的电离平衡,使水电离出的OH-在阴极附近浓度增大,所以在阴极产生NaOH。,(6)如何检验两极上的电解产物？,用湿润的淀粉 KI试纸靠近阳极，若变蓝，证明,在阴极收集一瓶气体，靠近火源能听到“噗”证明,在阴极附近滴加酚酞，溶液能变红证明,Cl2,H2,NaOH,(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:,钛网,碳钢,（阳离子）,离子交换膜法工艺流程,淡盐水,电解槽,Cl2,H2,NaOH溶液,纯水（少量NaOH）,粗盐,精盐,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-,粗盐提纯：,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。,、电镀的目的:增强金属抗腐蚀能力,增加美观和硬度。,思考：如果想在铁制品上镀上铜，该如何设计实验？,阳极：,阴极：,电极反应：,Cu2+2e-Cu,Cu-2e-=Cu2+,(3)、电镀池结构,阴极-待镀金属,阳极-镀层金属,电解液-含镀层金属阳离子的盐溶液,(4)、电镀的特点,电镀液的组成及酸碱性保持不变,一般是在空气或溶液中不易起变化的金属（Cu、Ni、Zn、Ag）,（二）铜的电解精炼,阳极：,Cu-2e-=Cu2+,阴极：,Cu2+2e-=Cu,杂质比铜活泼的Zn、Ni、Fe等：,Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni 2+,Fe-2e-=Fe2+,活泼性在铜之后的银、金等：,还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。,电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、钾、钙、镁、铝等）,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,通直流电后，,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2Na+2e-=2Na,总反应：,2NaCl(熔融)2Na+Cl2,结论：电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是最强有力的氧化还原的手段。,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）,制取金属Al,电解熔融状态的氧化铝。,通直流电后,阳极：,6O 2-12e-=3 O2,阴极：,4Al3+12e-=4Al,总反应：,2Al2O3(熔融)4Al+3O2,原电池、电解池、电镀池判定规律,若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情况为电解池。,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,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,典 型 例 题,练习：,1.分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,2.在铜制品上电镀银时,应选择作为阳极的材料是()。A.Ag B.Cu C.Pt D.石墨,3.将分别盛有熔融的KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽进行串联,用石墨电极进行电解,通电一段时间后,三个电解槽中分别析出K、Mg、Al的物质的量之比为()。A.1:2:3 B.3:2:1 C.6:3:2 D.6:3:1,A,C,4.用电解法分析水的组成时,为增强水的导电性,需在电解时在水中加入某种电解质,下列各物质中不宜加入的物质是()。A.NaOH B.NaCl C.H2SO4 D.Na2SO4,B,5.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极质量增加,b极上产生无色无味气体。符合这一情况的是（）。,.,Y.,X,a,b,Z 溶液,A,6.用Pt 电极电解CuSO4溶液的化学方程式是:2CuSO4+2H2O=2Cu+O2+2H2SO4,电解到Cu2+离子浓度减少50%时停止通电,若使电解液恢复到原浓度、原体积，应加入的适量物质是（）。A.CuSO4 B.Cu(OH)2 C.CuO D.CuSO4.5H2O,电解,C,7.用Pt 电极电解AgNO3溶液，当阴极析出0.027g Ag时,溶液体积为250mL,则电解后溶液的PH为()。A.2 B.3 C.4 D.5,B,8.在水中加入等物质的量的Ag+、Na+、Pb2+、NO3-、Cl-、SO42-，用惰性电极电解该溶液片刻，氧化产物与还原产物的质量比为（）A.8:1 B.2:27 C.35.5:108 D.108:35.5,A,9.A、B、C是三种金属，根据下列两个实验，确定它们的还原性强弱顺序为。将A和B浸在稀硫酸溶液中用导线相连，A上有气泡产生，B逐步溶解用惰性电极电解物质的量浓度相同的A、C的硝酸盐混合溶液时，阴极上先析出C,BAC,9.用铂做电极电解某金属氯化物MCln的水溶液，当阳极产生amol气体时，阴极析出mg金属，则金属的相对原子量是（）A.2ma/n B.2na/m C.mn/2a D.an/m,C,CuSO4,H2SO4,C,Pt,Zn,Cu,10.根据下图所示,填写空格:,判断;甲池是 池,乙池是 池。,甲池,乙池,写出各个电极的电极反应式：,C电极,Pt电极,Zn电极,Cu电极,写出两极总反应式甲池，乙池。,电解,原电,Zn-2e=Zn2+,2H+2e=H2,2Cu2+4e-=2Cu,4OH-4e-=2H2O+O2,2CuSO4+2H2O=2Cu+O2+2H2SO4,Zn+2H+=Zn2+H2,11.此图是以惰性电极进行电解的装置：,A,D,C,B,CuCl2,AgNO3,写出各电极上的电极反应式；,A.B.C.D.,电解时在各电极上析出生成物的物质的量之比为,Cu2+2e=Cu,2Cl-2e=Cl2,4Ag+4e=4Ag,4OH-4e=2H2O+O2,2:2:4:1,将化学能转变成电能的装置,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他金属或合金的装置,1活动性不同 的两极2.导线（导电子）2电解质溶液（导自由离子）,1两极（材料可同可不同）2.直流电源3电解质溶液（导自由离子）,1镀层金属做阳极，镀件做阴极2电镀液必须含有镀层金属的离子,负极：较活泼金属（发生氧化反应）正极：较不活泼金属或能导电的非金属（发生还原反应）,阴极：与电源负极相连（发生还原反应）阳极：与电源正极相连（发生氧化反应）,阴极：镀件（发生还原反应）阳极：镀层金属（发生氧化反应）,负极正极,负极阴极阳离子正极阳极阴离子,负极阴极阳离子正极阳极,变化,变化,无变化,在两极发生氧化还原,