高中化学《电解池》课件

2有关电解有关电解 金属钠是在金属钠是在18071807年通过电解氢氧化钠制得的，这个年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在原理应用于工业生产，约在18911891年才获得成功。年才获得成功。19211921年年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。沿用电解氢氧化钠的方法。 电解是电解是将电能转化为将电能转化为化学能化学能的一种重要方法。的一种重要方法。CCCuCl2溶液溶液思考右图原电池的电极反应、电池总反应。思考右图原电池的电极反应、电池总反应。负极：负极：Zn 2e- = Zn2+正极：正极： Cu2+ 2e- = Cu电池总反应：电池总反应：Zn + CuCl2 = ZnCl2 + CuCuCl2溶液溶液问题：如果把两根石墨棒作电极插入问题：如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2溶液中，外接直流电源，这还是溶液中，外接直流电源，这还是原电池装置吗？会发生怎样的现象呢？原电池装置吗？会发生怎样的现象呢？原电池是把化学能转变成电能的装置。原电池是把化学能转变成电能的装置。检查复习检查复习 G Zn Cu思考思考1 1：氯化铜溶液中含有哪些微粒：氯化铜溶液中含有哪些微粒? ?思考思考2 2：在通电时这些微粒各向什么区移动？：在通电时这些微粒各向什么区移动？思考思考3 3：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么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？样的电极反应？产物可能是哪些？阳离子：阳离子：CuCu2+2+ 、H H+ + 阴离子：阴离子：ClCl- - 、OHOH- -CuCu2+2+ 、H H+ +向阴极区移动；向阴极区移动； ClCl- - 、OHOH- -向阳极区移动向阳极区移动ClCl- -ClCl2 2 OH OH- -OO2 2阴极区：阴极区： CuCu2+2+Cu HCu H+ +HH2 2阳极区：阳极区：通电前：通电前：CuClCuCl2 2 = Cu = Cu2+2+ + 2Cl + 2Cl， CuCu2+2+、ClCl为自由移动的离子；为自由移动的离子；通电后：通电后：CuCu2+2+移向阴极得到电子，移向阴极得到电子， ClCl移向阳极失去电子；移向阳极失去电子；电极反应：电极反应：阳极：阳极：2Cl2Cl- - 2e2e- -= Cl= Cl2 2（氧化反应）（氧化反应）阴极：阴极：CuCu2+2+ 2e2e = Cu= Cu（还原反应）（还原反应）总反应式：总反应式：CuClCuCl2 2 Cu + ClCu + Cl2 2 电解电解有气泡，刺激性气味，并能使湿润的有气泡，刺激性气味，并能使湿润的 KIKI淀粉试淀粉试纸变蓝纸变蓝碳棒上有一层红色物质析出碳棒上有一层红色物质析出阳极阳极阴极阴极氯氯气气铜铜阳极：阳极：阴极：阴极：一、电解原理一、电解原理电解：电解：电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起在阴、阳两极引起氧化还原氧化还原反应的过程。反应的过程。理解：理解：电解质溶液导电的过程就是电解质溶液导电的过程就是 过程过程。电解电解电流是直流电；电流是直流电；电解是电解是非非自发地将自发地将 能转化为能转化为 能。能。电电化学化学1、电解池（槽）：、电解池（槽）：电能转化为化学能的装置。电能转化为化学能的装置。2、构成电解池的条件：、构成电解池的条件：（1）直流直流电源、两个电极；电源、两个电极；（2）电解质溶液或熔融的电解质；）电解质溶液或熔融的电解质；（3）闭合回路。）闭合回路。发生氧化反应发生氧化反应阴离子移向阴离子移向电源正极电源正极 (阳极阳极)3. 电源、电极、电极反应关系电源、电极、电极反应关系电源负极电源负极 (阴极阴极)发生还原反应发生还原反应阳离子移向阳离子移向离子放电：离子放电： 阴离子失电子、阳离子得电子的过程。阴离子失电子、阳离子得电子的过程。装置装置原电池原电池电解池电解池实例实例 原理原理 形成条件形成条件 电极名称电极名称 电子流向电子流向 电流方向电流方向 电极反应电极反应 能量转化能量转化 应用应用 发生氧化还原反应，从而形成电流发生氧化还原反应，从而形成电流电流通过引起氧化还原反应电流通过引起氧化还原反应两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应自发发生氧化还原反应电源、电极（惰性或非惰性）、电解质电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）（水溶液或熔融态） 由电极本身决定由电极本身决定正极正极：流入电子：流入电子 负极负极：流出电子：流出电子 由外电源决定由外电源决定阳极阳极：连电源正极：连电源正极 阴极阴极：连电源负极：连电源负极（外电路）负极（外电路）负极 正极正极 电源负极电源负极阴极阴极阳极阳极电源正极电源正极（外电路）正极（外电路）正极负极负极电源正极电源正极阳极阳极阴极阴极电源负极电源负极负极：负极：Zn - 2eZn - 2e- - =Zn=Zn2+2+（氧化反应）（氧化反应） 正极：正极：2H2H+ + + 2e+ 2e- - =H =H2 2（还原原应）（还原原应） 阳极：阳极：2 Cl2 Cl- - - 2e - 2e- - = Cl= Cl2 2 ( (氧化反应氧化反应) )阴极阴极: Cu: Cu2+2+ + 2e + 2e- - = Cu ( = Cu (还原反应还原反应) )化学能化学能 电能电能电能电能化学能化学能设计电池、金属防腐设计电池、金属防腐氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼铜锌原电池铜锌原电池电解氯化铜电解氯化铜4 4、离子放电顺序：、离子放电顺序：（1 1）阳离子放电（得电子）顺序）阳离子放电（得电子）顺序：AgAg+ + Hg Hg2+ 2+ FeFe3+3+ Cu Cu2+ 2+ H H+ +（酸）（酸） Pb Pb2+ 2+ Sn Sn2+ 2+ FeFe2+2+ ZnZn2+ 2+ H H+ +（水）（水） AlAl3+ 3+ Mg Mg2+ 2+ Na Na+ + Ca Ca2+ 2+ Ba Ba2+ 2+ K K+ + （2 2）阴离子放电（失电子）顺序：）阴离子放电（失电子）顺序：氧化性氧化性还原性还原性S S2 2 I I Br Br Cl Cl OH OH ( (水水) (NO) (NO3 3、SOSO4 42 2 等等) )含氧酸根含氧酸根 F F注意：注意：若若阳阳极是活性电极极是活性电极( (铂、碳、金之外铂、碳、金之外）阳极本身失）阳极本身失去电子被氧化，阴离子不在阳极放电去电子被氧化，阴离子不在阳极放电; ;若阳极是惰性电极，若阳极是惰性电极，还原性强的阴离子在阳极放电，阴极材料不发生任何变化。还原性强的阴离子在阳极放电，阴极材料不发生任何变化。总结：分析电解反应的一般思路：总结：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据阳极氧化、阴极还原阳极氧化、阴极还原分析得出产物分析得出产物判断判断阳极材料阳极材料及阴阳两极附近及阴阳两极附近离子种类离子种类及离子放电顺序及离子放电顺序先电离先电离后电解后电解13电解规律电解规律阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原CuCl2 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小减小减小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解电解1、电解电解质型电解电解质型14阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PHPH值值复原复原NaNa2 2SOSO4 4 阳极阳极: : 4OH4OH- - -4e-4e- - = 2H2H2 2O+OO+O2 2阴极阴极: 4H : 4H + + 4e+ 4e- - = 2H 2H2 2 变大变大不不变变 加加H H2 2O ONaNa2 2SOSO4 4溶液溶液2H2H2 2O 2HO 2H2 2 +O+O2 2电解电解2 2、电解水型电解水型15阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PH值值复原复原NaCl 阳极阳极: 2Cl-2e- =Cl2 阴极阴极: 2H + 2e- =H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液3 3、放氢生碱型放氢生碱型16阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2阴极：阴极：Cu2+ 2e- =Cu减小减小减小减小 加加CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解电解4 4、放氧生酸型放氧生酸型17电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳极：阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 与与区：电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2 2 、HClHCl与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+5.5.电极反应式的书写电极反应式的书写（1）写出用石墨电极电解硫酸铜溶液的电极反应式及）写出用石墨电极电解硫酸铜溶液的电极反应式及总反应式总反应式（2）写出用铜做电极电解）写出用铜做电极电解硫酸铜溶液的电极反应式硫酸铜溶液的电极反应式阳极阳极4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极2Cu2+4e-=2Cu总反应式总反应式2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2 电解电解阳极阳极 ( Cu )：阴极阴极 ( Cu )：Cu 2e Cu2+ Cu2+ + 2e Cu （2 2）电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写的影响；）电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写的影响；要注意两边的电荷要守恒（电子看作负电荷）要注意两边的电荷要守恒（电子看作负电荷）（3 3）标明条件：通电或电解。若电解的）标明条件：通电或电解。若电解的H H+ +或或OHOH- -来自于来自于H H2 2O O，在方程式中要以，在方程式中要以H2O形式存在，不能书写形式存在，不能书写H H+ +或或OHOH- -作为反应物作为反应物（4 4）电解反应是一个氧化还原反应，是被外界强迫发）电解反应是一个氧化还原反应，是被外界强迫发生的反应，所以：生的反应，所以：弱氧化剂弱氧化剂+ +弱还原剂弱还原剂 = = 强氧化剂强氧化剂+ +强强还原剂还原剂的反应形式也很常见的反应形式也很常见（1 1）首先）首先看阳极看阳极材料，若阳极是活性电极阳极本身失材料，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。去电子被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电。5.5.电极反应式的书写电极反应式的书写! !练习练习1 1： 根据电解原理，画出电解根据电解原理，画出电解NaCl水溶液的水溶液的装置图。用碳棒作两极材料，注明哪是阳极哪是阴装置图。用碳棒作两极材料，注明哪是阳极哪是阴极，写出两极反应式及总的电解化学方程式。极，写出两极反应式及总的电解化学方程式。阳极阳极阴极阴极氯化钠溶液氯化钠溶液2NaCl+2H2O=H2+ Cl2+2NaOH电解电解练习练习2 2分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池A A、a a为负极，为负极，b b为正极为正极 B B、a a为阳极，为阳极，b b为阴极为阴极 C C、电解过程中，、电解过程中，d d电极质量增加电极质量增加 D D、电解过程中，氯离子浓度不变、电解过程中，氯离子浓度不变+阴极阴极阳极阳极阴极阴极d：阳极阳极c：2Cl 2e Cu2+ + 2e CuC练习练习3 ：如右图是电解氯化铜溶液的装置：如右图是电解氯化铜溶液的装置,其其中中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的为石墨电极，则下列有关判断正确的是是Cl2二二. 电解原理的应用电解原理的应用1.1.电解饱和电解饱和NaClNaCl溶液溶液（氯碱工业）（氯碱工业）两极材料：两极材料：碳棒或其它惰性电极碳棒或其它惰性电极NaCl = Na+ + ClH2O = H+ + OH阴极：阴极：阳极：阳极：2Cl 2e Cl22H+ + 2e H22NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2+ Cl2总反应：总反应：通电通电阳极产物阳极产物 ClCl2 2 和阴极产物和阴极产物 NaOHNaOH（H H2 2）如何检验？如何检验？ 阳极：阳极：使湿润的使湿润的KI淀粉试纸淀粉试纸 变蓝变蓝阴极：阴极： 滴入酚酞，溶液滴入酚酞，溶液变红变红+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液阳离子交换膜阳离子交换膜 阳阳 极极金属金属钛网钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室电解饱和食盐水的原理示意图电解饱和食盐水的原理示意图101.1.电解饱和电解饱和NaClNaCl溶液溶液（1 1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极阴极：碳钢：碳钢 阳极阳极：钛：钛( (惰性惰性) )氯碱工业氯碱工业：离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱（2）离子交换膜离子交换膜的作用：的作用：a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b、避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢、避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量。氧化钠的产量。只允许只允许阳离子阳离子通过通过(Cl、OH离子和离子和 气体不能通过气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。把电解槽隔成阴极室和阳极室。 阳离子交换膜阳离子交换膜：电镀制品电镀制品2、电镀、电镀 定义：定义：利用利用电解原理电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它在某些金属的表面镀上一薄层其它金金属属或是或是合金合金的方法。的方法。 电镀材料的选择：电镀材料的选择：阴极阴极 装置：装置：铜铜镀件镀件CuSO4溶液溶液阳极阳极阴极阴极（电镀铜）（电镀铜）阳极：阳极： 阴极：阴极：Cu 2e = Cu2+ Cu2+ + 2e = Cu 电镀的特点：电镀的特点：电镀液的浓度基本不变。电镀液的浓度基本不变。阳极参加反应阳极参加反应镀件镀件阳极阳极 镀层金属镀层金属电镀液电镀液 含有含有镀层金属离子镀层金属离子的溶液的溶液1. a 1. a 、b b哪一极为正极？哪一极为正极？2. 2. 若要给铁叉镀银，若要给铁叉镀银， a a极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？【思考思考】e+阳极阳极阴极阴极3、铜的电解精炼、铜的电解精炼粗铜：含杂质（粗铜：含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等）等）阳极：阳极： Zn 2e = Zn2+Fe 2e = Fe2+Ni 2e = Ni2+Cu 2e = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极：阴极：阳极泥阳极泥粗铜粗铜纯铜纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液阳极阳极阴极阴极Cu2+ + 2e = Cu思考：思考：若把阴极纯铜换成铁棒，电解过程变吗？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。不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。 电解完后，电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？基本不变，但变小基本不变，但变小 32阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al通电通电总式：总式：2Al2O3（熔融）（熔融） 4Al+3O2 冶炼铝冶炼铝原理原理:助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?4、电冶金、电冶金冶炼活泼金属冶炼活泼金属 K Al 1、用石墨作电极电解、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，的混合溶液时， 阴极析出的物质是阴极析出的物质是 ；阳极产物是；阳极产物是 。2、两极都用银片作电极电解、两极都用银片作电极电解AgNO3时，阳极的产物时，阳极的产物 是是 ；阴极的产物是；阴极的产物是 。练习练习1:CuCl2Ag+Ag3、试写出下列装置中所发生的电极反应式。、试写出下列装置中所发生的电极反应式。石墨石墨 石墨石墨 粗铜粗铜 纯铜纯铜 纯铜纯铜 铁铁CuSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液(A) (B) (C) 练习练习2.2.请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。电解池电解池电镀池电镀池 NaCl溶液溶液 硫酸溶液硫酸溶液原电池原电池CuSO4溶液溶液精炼池精炼池ABCDCuSO4溶液溶液电解池电解池原电池原电池 阴极阴极阳极阳极练习练习3、判断下列装置各属于什么池？、判断下列装置各属于什么池？正极正极负极负极总结：原电池、电解池、电镀池判定规律总结：原电池、电解池、电镀池判定规律1 1、无外接电源，、无外接电源， 可能是原电池：可能是原电池：依据原电依据原电池的形成条件判定，池的形成条件判定， “ “三看三看” 电极：电极：两极为导体且活泼性不同两极为导体且活泼性不同 电解液：电解液：两极插入电解液中两极插入电解液中 回路：回路：形成闭合回路或两极接触形成闭合回路或两极接触2 2、有外接电源，两极插入电解质溶液中，、有外接电源，两极插入电解质溶液中，可能是电解池或电镀池：可能是电解池或电镀池：当阳极金属与电解当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，为电镀池，其质溶液中的金属阳离子相同，为电镀池，其余情况为电解池。余情况为电解池。下列描述不正确的是（下列描述不正确的是（ ） 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与电源负极相连的是电解槽的阴极B练习练习4:下图所示装置中，下图所示装置中，a a、b b都是惰性电极，通电一段时间都是惰性电极，通电一段时间后，后，b b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )( )A AX X是正极，是正极，Y Y是负极是负极B BX X是负极，是负极，Y Y是正极是正极C CCuSO4溶液的溶液的PHPH值逐渐减小值逐渐减小D DCuSO4溶液的溶液的PHPH值不变值不变a X Y bPtCuCuSOCuSO4 4溶液溶液NaClNaCl和酚酞溶液和酚酞溶液A C +阳阳阴阴阳阳阴阴练习练习5: