电解池及电解原理的应用.ppt
第三节 电解池,（第一课时）,氢气,氧气,电解电解水：2 H2O=2 H2 O2,+,_,思考回忆,1、电解质是指在_能够导电的化合物。2、电离是指电解质在_或_状态下离解成_的过程。3、原电池是_ 的装置。4、构成原电池的条件是,水溶液或熔融状态下,水溶液,熔融,自由移动离子,把化学能转化为电能,两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,探究实验1,无 明显变化,没有且不能自发发生原电池反应,装置不满足构成原电池的条件,分析原因:,探究实验2,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，浸入盛有CuCl2溶液的烧杯中，再接通12V直流电,观察现象。约35min后切断电源。,Cu,Cl2,阴极,阳极,CuCl2溶液,阳极：,阴极:,2Cl-2e-=Cl2,Cu2+2e-=Cu,(氧化反应),(还原反应),总反应：,阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：CuCl2=Cu+Cl2,通电,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子例：CuCl2=Cu2+2Cl-,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,电解与电离比较：,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 还原反应,阳极:与电源正极相连 氧化反应,阴、阳 电极,电解质溶液或熔融电解质；,2.电解池：,电能转变为化学能的装置。,一、电解原理,形成闭合回路。,练习,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,161110,4、电子的流向:,5、离子定向移动:,异性相吸,阳氧化、阴还原,6、电极反应：,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）,阳离子向 阴极移动,阴离子向 阳极移动.,阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电。,影响离子放电的因素：,7.产物的判断,要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+浓度大时才先放电 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。,阴极：电子，发生_反应，离子 越强，放电越容易。,阳离子得,还原,氧化性,用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序是：,阳极：,活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。,阳极：电子，发生_反应，离子 越强，放电越容易,阴离子失,氧化,还原性,金属 S2-I-Br-Cl OH-含氧酸根 F-,除Pt、Au,（无氧酸根 氢氧根 含氧酸根）,（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,8.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,阳极,阴极,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,（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）,先电离,后电解,三、电解规律(用惰性电极电解时),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,电解后溶液中溶质的质量分数，pH不变。若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的 即可。,实质：电解水,例如：电解Na2SO4溶液,增大,水,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，pH增大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：电解盐酸溶液,实质：电解质本身被电解,减小,溶质,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。,阳极：4OH4e2H2O+O2,阴极：2Cu2+4e2Cu,pH 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,实质：电解质和水均被电解,电解活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解如电解NaCl溶液等。,pH 增大，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,总反应方程式：2Cl-+2H2O=Cl2+H2+2OH-,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.,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,111016,2、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,与电源正极相连,阳极,阴极,与电源负极相连,发生氧化反应,阳离子移向,阴离子移向,发生还原反应,电源、电极、电极反应关系,小结,结一结：,电极反应：,阳氧化、阴还原,离子流向：,异性相吸,电子流向：,电子从负极流向阴极，经溶液离子导电，再从阳极流回正极,(阳氧),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,三、电解原理的应用：,1、电解饱和NaCl溶液,（氯碱工业）,两极材料：碳棒或其它惰性电极,NaCl=Na+Cl,阴极：,阳极：,2Cl 2e Cl2,2H+2e H2,2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2,总反应：,通电,阳极产物和阴极产物能接触吗？,阳极产物Cl2和阴极产物NaOH如何检验？,阳极：,使湿润的KI淀粉试纸变蓝。,阴极：,滴入酚酞，溶液。,变红,离子交换膜,1110,(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,电解饱和食盐水的原理示意图,10,（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b、避免Cl2和NaOH反应生成，而影响NaOH的产量。,氯碱工业：离子交换膜法制烧碱,16,提示：,第二个问题：精制食盐水,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-,2、电镀,定义：,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的方法。,电镀材料的选择：,阴极镀件阳极镀层金属电镀液含有镀层金属离子的溶液,装置：,铜,镀件,CuSO4溶液,阳极,阴极,（电镀铜）,阳极：,阴极：,Cu 2e=Cu2+,Cu2+2e=Cu,电镀的特点：,电镀液的浓度基本不变。,阳极参加反应的电解，,3、铜的电解精炼,粗铜：含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等）,阳极：,Zn 2e=Zn2+Fe 2e=Fe2+Ni 2e=Ni2+Cu 2e=Cu2+,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极：,阳极泥,粗铜,纯铜,硫酸铜溶液,阳极,阴极,Cu2+2e=Cu,若把阴极纯铜换成铁棒，电解过程变吗？,不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。,电解法（活泼金属）,热还原法（大部分金属）,热分解法（极少数不活泼金属）,不同金属冶炼方法的选择,4、电冶金,冶炼活泼金属 K Al,2Al2O3(熔融)=4Al+3O2,通电,MgCl2(熔融)=Mg+Cl2,2NaCl(熔融)=2Na+Cl2,AlCl3？,通电,通电,冰晶石,111016,AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。,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,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,小试牛刀,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,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。,课后作业：比较电解池和原电池的异同（列表格）,【原电池与电解池的结合】,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 AgNO32、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 粗铜 纯铜 纯铜 铁,CuSO4溶液,CuSO4溶液,CuSO4溶液,(A)(B)(C),5.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,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。,2用石墨作电极，电解 1mol/L 下列物质的溶液，溶液的pH值保持不变的是（）AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl,C,3下列关于铜电极的叙述，正确的是（）A铜锌原电池中铜是负极 B用电解法精炼粗铜时，纯铜作阳极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极,C,4串联电路中的四个电解池分别装有0.1molL-1的下列 溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是（）ACuCl2 BNaCl CAgNO3 DKNO3,C,
