第四章 电化学基础 第三节电解池ppt课件.ppt

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1、第四章 电化学基础,第 三节 电解池,探究实验1,甲,无 现 象,没有且不能自发发生原电池反应,甲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。,CuCl2溶液,实践探究,1、向氯化铜溶液中通入直流电,A：理论先行,思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？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？,阳离子：Cu2+ H+ 阴离子：Cl- OH-,Cu2+ H+向阴极区移动； Cl-

2、OH-向阳极区移动,Cl-Cl2 OH-O2,H2O H+ + OH-,CuCl2 Cu2+2Cl-,阴极区：,Cu2+Cu H+H2,阳极区：,实验结果交流,B. 实验记录,有气泡逸出,有红色固体析出,氯气,铜,不能使带火星木条复燃,使淀粉碘化钾试纸变蓝,氧气？,氢气？,阴极,阳极,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；,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。,阴离子失去电子,阳

3、离子得到电子的过程叫放电。,一、电解原理,影响离子放电的因素：,4.放电能力,阴极：氧化性强的离子先得电子,电解质在水溶液中放电顺序,掌握,Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+ Pb2+ Sn2+ Fe2+Zn2+ H+ Al3+Mg2+Na+Ca2+K+,（指酸溶液中的 H + ）,（指水溶液中的 H + ）,金属越不活泼，对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。,用金属电极(除Pt、石墨)时：阳极金属直接失电子而放电，阴离子不放电。,用惰性电极(Pt、石墨)时：溶液中阳极阴离子的放电顺序（由易到难）是：,S 2-I -Br -Cl -OH -NO3 -SO42-(等含氧酸根离子）F-,阳极：还原

4、性强的离子先失电子,金属 S2IBrClOHNO3SO42（等含氧酸根离子）F,除Pt、Au,实验分析：,（1）确定电极名称： 阳极（接电源正极） 阴极（接电源负极）,（2）判断离子的放电顺序： 阳离子：Cu2+H+ 阴离子：Cl-OH-,（3）判断电极产物并书写电极反应: 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极：2Cl- 2e =Cl2 氧化反应 阴极：Cu2+2e = Cu 还原反应总式：,1、HCl溶液2、CuBr2溶液,想一想、做一做,以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式、离子方程式：,Cu2+,ooooooooooooooo

5、ooooo, , ,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,5、电解池中离子和电子的移动方向,小结：,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,总结：分析电解反应的一般思路：,明确溶液中存在哪些离子,根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物,判断阳极材料及阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序,先电离,后电解,电 解 原 理 并 不 难，惰 性 材 料 做 极 板；两 板 接 通 直 流 电，阳 极 氧 化 阴 极 还。,练习,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池,2、(2003上海)如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c

6、、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是()Aa为负极、b为正极Ba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,C,3、能用电解原理说明的问题是()电解是把电能转变成化学能电解是化学能转变成电能电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生ABC D答案D,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：,书写电解方程式的注意事项,2.电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写

7、的影响；要注意两边的电荷要守恒（电子看作负电荷）,3.标明条件：通电或电解。若电解的H+或OH-来自于H2O，在方程式中要以H2O形式存在，不能书写H+或OH-作为反应物,1.首先看阳极材料，若阳极是活性电极阳极本身失去电子被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电。,以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式、离子方程式：1、NaOH溶液2、H2SO4溶液3、Na2SO4溶液4、HCl溶液5、CuBr2溶液6、NaCl溶液7、CuSO4溶液,想一想、做一做,电解饱和食盐水反应原理,思考:（1）电解池的两极各产生什么现象?若在两极附近均滴加酚酞试

8、液，会有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象的原因。,在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源,实验装置,实验,电解饱和食盐水,现象：阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉KI溶液变蓝阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红,阳极：2Cl-2e Cl2阴极：2H+2e H2总式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(条件:通电),实验装置,阴极放电：H+Na+阳极放电：Cl-OH-,电解饱和食盐水,阴极放电：H+Na+阳极放电：Cl-OH-,2Cl- + 2H2O 2OH- + H2 + Cl2,总反应离子方程式： 2Cl-+2

9、H2O = Cl2+H2+2OH-,OH-在哪一极生成？,阳极: 4OH- 4e 2H2O+O2 ,阴极: 4H + 4e 2H2 ,变大,变小,加H2O,2H2O 2H2 + O2 ,电解硫酸溶液,阴极放电：H+ 阳极放电： OH- SO42-,实为电解水,阳极: 4OH- 4e- 2H2O+O2,阴极：Cu2+ 2e- Cu,减小,减小,加CuO,电解硫酸铜溶液,阴极放电：Cu2+H+阳极放电： OH- SO42-,总反应离子式： 2Cu2+2H2OCu+O2+4H+,想一想，H+应该在哪一极生成？,AgNO3溶液,阳极：4OH-4e-=2H2O+O2阴极：4Ag+4e-=4Ag总反应式：

10、4Ag+2H2O=4Ag +O2 +4H+,通电,想一想，H+应该在哪一极生成？,1、池型的判断,有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池。,二、原电池与电解池的比较及判断,3、电解池放电顺序的判断,阳极放电： 惰性电极：则溶液中阴离子放电。,阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。,2、电极的判断,原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。,4、判断溶液的pH变化：,先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。,（1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；,（2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；,（3）如果既产生氢气又产生氧气,若原溶液呈酸性则pH减小；,若原溶液呈碱性pH增大；,若

11、原溶液呈中性pH不变。,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,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

12、池,装置,铅蓄电池既可放电又可充电，它的放电过程相当于原电池提供电能的过程，那么充电过程又是怎样的呢？,原电池,电解池,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l),Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s),正极：,PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l),氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,回顾铅蓄电池工作原理,2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),充电过

13、程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),还原反应,阴极：,阳极：,2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的充放电过程：,还原剂 + 氧化剂 还原产物 + 氧化产物,(升价),(降价),(升价),(降价),负极,阳极,正极,阴极,原电池、电解池的联系,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

14、、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液,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,例如：电解硫酸钠溶液,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 ，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 ,电解盐酸,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：

15、2Cu2+ +4e2Cu,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,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。,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 ,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与区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3与区：电解水型 如Na2SO4

16、、H2SO4 、NaOH,阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+,电解质溶液用惰性电极电解的示例：,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阳极：4OH-4e O2+2H2O阴极：4H+ + 4e 2H2,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,

17、CuSO4,阳极：4OH- 4e O2+2H2O阴极：2Cu2+4e 2Cu,减小,CuO,（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+,四、电解原理的应用,1、氯碱工业 电解饱和食盐水以

18、制造烧碱、氯气和氢气。,总化学方程式： ;总离子方程式: .(3)电解前向溶液中滴加酚酞，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？,阴极附近的溶液无色变为红色,阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.,阴极:产生无色、无味气体,(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:,阳极：2Cl- - 2eCl2（氧化反应） 阴极：2H+ +

19、2eH2 （还原反应）,2、铜的电解精炼,粗铜所含的杂质,Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,粗铜的精炼,以粗铜为阳极，以纯铜为阴极， 以CuSO4溶液为电解液进行电解,阳极： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2+,阴极： Cu2+ +2eCu,3、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,电镀液的组成及酸碱性保持不变,电镀银,阴极：镀件,阳极：镀层金属,电解液：含镀层金属离子,电镀的特点：a阳极本身溶解b同种金属被氧化和还原，即阳极

20、上的金属镀在阴极上，无法写出总的电解方程式。c电解质溶液的量，浓度均不变,电镀,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,通直流电后，,实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠,现象： 阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝（Cl2),阴极：有金属钠析出,熔融态氯化钠通电前后离子的运动,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（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法

21、）,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：,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。电镀池属于电解池。,讨论：比较电解池和原电池的异同,练习1,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池,2、下列说法或

22、实验现象的描述不正确的是（ ）A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快D与电源负极相连的是电解槽的阴极,B,不变,1.28,Zn 2eZn2+,Cu2+ +2eCu,问题四：,1。用铂电极电解 0. 0 5mol/LCuSO4溶液10 0mL,完全 电解后， 阴极质量增加多少？ 标准状况下产生气体多少？ 完全电解后，溶液的PH为多少？,2。用铂电极电解 CuSO4 溶液5 0 0 mL,经过一段时间后， 标准状况下两极均产生 11.2L 的气体，则原溶液中 CuSO4 的物质的量浓度为多少？,