电解池的工作原理及应用ing.ppt

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1、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5、电解池是 _的装置，电解池中与电源负极相连的是 极，与电源正极相连的是 极。,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,把电能转化为化学能,阴,阳,电解池的工作原理及应用,电解熔融态氯化钠,在电解池中，电子和离子是怎样移动的？,e-：电源负极阴极阳极电源正极,离子：阳离子阴极阴离子阳极,阳离子阴极，得电子，发生还原反应,阴离子阳极，失电子，发生氧化反应,实

2、例1：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠,现象：阴极：有金属钠析出,阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阴极：2Na+2e-=2Na 还原反应 阳极：2Cl-_2e-=Cl2 氧化反应 总式：,阳极：有黄绿色刺激性气味气体，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝(Cl2),电流通过电解质溶液在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。,借助非自发氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置.,一、电解池,1、定义,电解质溶液导电是个化学过程,电解:,电解池:,2、电极性质,阳极：,阴极：,1）惰性电极：用石墨、金、铂等材料做的 电极，一般通电条件下不发生反应；2）活性电极：用铁、锌、铜等还原性较强 金属做的电极,

3、活性电极作阳极时，优先 发生氧化反应(失去电子)。,与电源正极相连，阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应,与电源负极相连，阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应,一、电解池,说明：,(1)外加电源（与原电池的本质区别）(2)与电源相连的两个电极（可以相同,也可以不同,可为惰性电极C、Pt）(3)电解质溶液(或熔化的电解质)形成闭合回路 本质:被迫进行的氧化还原反应,3、电解池的构成条件：,一、电解池,请书写电解熔融氯化镁及熔融氧化铝的电极反应方程式和总反应方程式,练习1：使用惰性电极电解时,判断下列是否属于原电池或电解池？,按图所示，在U形管中加入了饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极；接通电源，

4、会有何现象？,试一试：,阴极,阳极,石墨棒上覆盖有红色物质,有黄绿色刺激性气味气体，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,Cu 2+2e-Cu（还原反应）,2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）,CuCl2=Cu2+2Cl-,想一想：H+和 OH-为什么没有参与电解？,想一想：CuCl2溶液中除了Cu2、Cl-，还有什么离子？,阴极阳离子得到电子，发生还原反应，根据氧化性强弱 Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）Fe2+Zn2+H+（水）Al3+Mg2+Na+阳极(惰性电极)阴离子失去电子,发生氧化反应，根据还原性强弱 S2IBrClOH含氧酸根离子,4、电解时离子放电顺序,一、电解池,活性电极,（MgA

5、g）,【思考】电解氯化铜溶液时,溶液中Cu2和Cl放电基本完毕后同，电解过程是否也就停止了呢？,溶液中Cu2+和Cl放电完毕后,原溶液变为纯水,此时,在纯水中存在H+和OH,H+在阴极放电,OH在阳极放电,实际上是电解水的过程，所以：阴极：4H+4e-=2H2 阳极：4OH-4e-=2H2O+O2 总反应：2H2O=2H2+O2,电解,（1）溶液中所含阳离子：H+、Na+，放电顺序：H+Na+阴 极：2H+2e=H2,（2）溶液中所含阴离子：OH、Cl，放电顺序：Cl OH 阳 极：2Cl 2e=Cl2,【思考】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。,2

6、H2O+2e-=H2+2OH-,2H+2e-=H2（还原反应）,2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）,有气泡滴加酚酞溶液红色,有气泡，刺激性气味，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,电解饱和食盐水,酚酞,酚酞,阴极阳离子得到电子，发生还原反应，Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）Fe2+Zn2+H+（水）Al3+Mg2+Na+阳极(惰性电极)阴离子失去电子,发生氧化反应，S2IBrClOH含氧酸根离子,回顾：,活性电极,（MgAg）,e-：电源负极阴极阳极电源正极,离子：阳离子阴极阴离子阳极,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，阴极还原及放电先后分析得出产物,阴阳两极附近有

7、哪些离子,观察电极材料(阳极是否活性电极),电解规律实例分析：,阴极,阳极,氯气,铜,阳极：2Cl-2 e-=Cl2,阴极：Cu2+2e-=2Cu,减小,CuCl2,CuCl2溶液,C,C,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,电解规律实例分析：,C,C,阳极,阴极,氯气,氢气,阳极:2Cl-2e-=Cl 2,阴极:2H+2e-=H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,增大,加HCl气体,NaCl溶液,电解规律实例分析：,C,C,2H2O+2e-=H2+2OH-,阳

8、极,阴极,氧气,铜,阳极:4OH-4e-=2H2O+O2,阴极：2Cu2+4e-=2Cu,减小,加CuO,CuSO4溶液,电解规律实例分析：,CuCO3,C,C,想一想：以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，有什么特点或规律？,第一组：Na2SO4、H2SO4、NaOH第二组：HCl、CuCl2第三组：KCl、CuSO4、AgNO3,电解质溶液用惰性电极电解的示例小结：,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-=H

9、2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:Cu2+2e-=Cu,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,1、冶炼钠、镁、铝等活泼金属,二、电解原理的应用,2、氯碱工业,Cl2,Cl,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,离子交换膜法,（1）生产设备名称：离子交换膜

10、电解槽 阴极：碳钢 阳极：钛（均为惰性电极）阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl,OH等阴离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极区和阳极区。（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、避免氯气和氢氧化钠反应生成，而影响氢氧化钠的产量。,2、氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,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,Cu2+2e-Cu,阳极泥,问：电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？,精铜,粗铜,阴极：,CuSO4溶液,活性电极作

11、阳极,须定时除杂,4.电镀,电镀可以增强防锈抗腐能力,增加美观和表面硬度,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。,电极材料：阳极镀层金属阴极待镀金属制品(镀件),电镀液：含有镀层金属离子 的电解质溶液。,电镀结束后,溶液中CuSO4的浓度？,保持不变,铁片表面镀铜,例：如何在钥匙表面镀上一层银？,阳极：银阴极：钥匙电解液：AgNO3溶液,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,化学能转化为电能,负极（失去电子）,正极（得到电子）,阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移,都是氧化还原反应,金属阳离子,失e-,氧化反应,化学腐蚀,电

12、化学腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,金属腐蚀,金属原子,是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。,原电池,4.化学腐蚀与电化学腐蚀,化学腐蚀,电化学腐蚀,定义,金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而被消耗,不纯的金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗较活泼金属的过程,电子得失,金属直接将电子转移给氧化性物质,活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质,是否产生电流,无电流产生,有微弱电流产生,腐蚀对象,金属单质,不纯金属中较活泼的金属,实例,金属与氯气、氧气等物质直接反应,钢铁在潮湿的空气中被腐蚀,5.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀

13、比较,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或弱碱性。,电极反应,联系,NaCl溶液润湿,醋酸溶液润湿,铁粉和碳粉混合物,活动与探究,a,b,加入碳粉的作用：,与铁粉构成原电池，作正极,a 为吸氧腐蚀，导管中水柱上升,b 为析氢腐蚀，导管中水柱下降，产生空气柱,二、钢铁腐蚀的防护：,2.金属表面覆盖保护层,3.电化学保护法,原理：,如油漆、油脂等，电镀，Al,Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜(类似钝化)作保护层。,隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,牺牲阳极的阴极保护法：形成原电池反应时，让被保护金属作正极，不反应，起到保护作用；而

14、活泼金属反应受到腐蚀。例如：轮船外壳贴锌块，并及时更换。,外加电源的阴极保护法,让被保护金属接外部电源负极作阴极而受到保护,小结：电解池及原电池的应用-金属的防护,1）金属腐蚀由快至慢的判断,电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有原电池原理保护的腐蚀有电解原理保护的腐蚀同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质,2）金属的防护方法,改变金属内部结构,覆盖保护层,电化学保护法,外加电源的阴极保护法,牺牲负极的正极保护法,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

15、,如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）若液面上升，则溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应式为：负极：_,正极：_；,（2）若液面下降，则溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应式为：负极：_ 正极：_。,中性或碱,吸氧,2Fe 4e-2Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸,析氢,Fe 2eFe2+,2H+2e-H2,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

16、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含待提纯金属的离子,阳极：不纯金属；阴极：纯金属,阳极：氧化反应阴极：还原反应,想一想、做一做：若以铜和石墨为电极,电解硫酸溶液，情况会如何？并写出电极反应式。,（1）阳极：石墨 阴极：铜,4OH-4e-=2H2O+O24H+4e-=2H2,总反应：,（2）阳极：铜 阴极：石墨,Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu,练习：分别用惰性电极电解下列物质的水溶 液，写出有关的电极反应式和总反应式,（1）稀硫酸（2）NaOH（3）盐酸

17、,阴极：4H+4e-=2H2,（1）阳极：4OH-4e-=2H2O+O2,总反应式：,（3）,阴极：2H+2e-=H2,阳极：2Cl-2e-=Cl2,总反应式：,（4）KCl（5）Na2SO4（6）CuCl2（7）AgNO3（8）CuSO4,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,阴极：4H+4e-=2H2,阳极：4OH-4e-=2H2O+O2,总反应式：,（6）CuCl2,阴极：Cu2+2e-=Cu,阳极：2Cl-2e-=Cl2,（5）Na2SO4,（7）AgNO3,4Ag+4e-=4Ag,4OH-4e-=2H2O+O2,阴极：2Cu2+4e-=2Cu,阳极：4OH-4e-=2H2O+O

18、2,（8）CuSO4,想一想：以碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，有什么特点或规律？,第一组：Na2SO4、H2SO4、NaOH第二组：HCl、CuCl2第三组：KCl、CuSO4、AgNO3,5、电解规律（惰性电极）小结,电解电解质型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如：HCl、CuCl2）,电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液（如：NaOH、H2SO4、Na2SO4）,电解质和水同时被电解型 A、放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(如：NaCl、MgBr2)B、放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如：CuSO4、AgNO3),练习：用铜作电极电解硫酸铜溶液，写出电极反应式,阳极:C

19、u-2e-=Cu2+,阴极:Cu2+2e-=Cu,用活泼性电极作阳极，电极本身被氧化。若再用含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变。铜的电解精炼,二、电解原理的应用,纯铜,Zn、Ni、Ag、Au,阴极:Cu2+2e-=Cu阳极:Cu-2e-=Cu2+,1、铜的电解精炼,电解铜，纯度高(99.9%)、导电性好,(1)定义：应用电解的原理在某些金属或非金属 材料表面镀上一层其他金属或合金的过程。,(2)目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观 和表面硬度。,2、电镀,(3)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,(4)电镀特点：阳

20、极本身参加电极反应,例：如何在铁片表面镀上一层铜？,阳极：铜片阴极：铁片电解液：CuSO4溶液,定向移动方向：电子、离子,电解池,必发生得电子的还原反应,必发生失电子的氧化反应,3.电镀铜,(1)电镀是利用电解原理在某些镀件上镀上一层其他金属或合金的过程，是电解的一个重要应用。,(2)电镀池的形成条件 阴极：待镀金属制品 阳极：镀层金属电镀液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液,电镀池的要求：,1、镀件做阴极,3、含有镀层金属阳离子的盐溶液为电镀液。,2、镀层金属做阳极,特点：电镀液的组成和酸碱性保持不变,实验现象,阳极：阴极：,铜变小,有红色固体产生,反应方程式,Cu2e-Cu2+,Cu2+2

21、e-Cu,电镀液的组成及酸碱性不会变化,4、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,长时间电解后必须补充电解液,注意：与电离的区别,条件,特征,阴阳离子无规则地自由运动，无明显的化学变化,阴阳离子作定向运动，在两极发生氧化还原反应,关系,先电离后电解,电离,电解,电解池中，电解质溶液的导电过程就是电解过程,直流电的作用,受热或极性分子的作用,阴极,阳极,阳离子,阴离子,得电子还原反应,失电子氧化反应,4、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）,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。,一、电解池,电解原理的应用电冶金,2、铝的冶炼 电解熔融的Al2O3,阴极：4Al3+12e-=4Al阳极：6O2-12e-=3O2总反应：2Al2O3(熔融)=4Al+3O2,铝电解槽,冶炼铝设备图,烟罩,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,阳极室,阴极室,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,