人教版化学选修四_电解池

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 电化学基础,第三节 电解池,人教版选修,4,化学反应原理,2H,2,+O,2,=H,2,O,点燃,2H,2,O = 2H,2,+O,2,通电,1,、这两个反应互为可逆反应吗？,2,、哪一个反应能自发进行，哪一个是非自发的？,水的电解,在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的过程或反应，称为,自发反应,。,电解将电能转化为化学能，能使一些非自发进行的氧化还原反应持续进行，因而应用广泛。,G,Zn,Cu,CuCl,2,溶液,C,C,CuCl,2,溶液,Zn,Cu,酒精溶液,复习回顾,判断下列装置那些构成原电池？,两个活性不同的电极,电解质溶液,形成闭合回路,前提：自发进行的氧化还原反应,形成条件,质疑,C,C,CuCl,2,溶液,这还是原电池装置吗？,该装置能发生化学反应吗？,【,实验,4-2】,用惰性电极,(,碳棒,),电解氯化铜溶液,C,C,阴极,阳极,CuCl,2,溶液,实验现象,产物验证,产物确定,有气泡逸出,有红色固体析出,氯气,铜,使淀粉碘化钾试纸变蓝,阴极,阳极,【,实验分析,】,思考,1,：氯化铜溶液中含有哪些微粒,?,阳离子：,Cu,2+,H,+,阴离子：,Cl,-,OH,-,Cu,2+,H,+,向阴极区移动,Cl,-,OH,-,向阳极区移动,Cl,-,Cl,2, OH,-,O,2,阴极区：,Cu,2+,Cu H,+,H,2,阳极区：,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？,思考,2,：在通电时这些微粒各向什么区移动？,电解氯化铜溶液微观模拟,实验分析：,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,阳极,:,与电源,正极,相连,阴、阳,电极,电解质溶液或熔融电解质；,2.,电解池,(,电解槽,),：,电能转变为化学能的装置。,一、电解原理,形成闭合回路。,C,C,CuCl,2,溶液,两个电极的类型：,惰性电极,(,铂、金、石墨,),：,仅仅导电，不参与反应,活性电极,(,除铂、金外的金属,),：,既可以导电、又可以参与电极反应,惰性电极与活性电极,Cu,C,u,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,C,C,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,练习,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,一、电解原理：,4,、电子的流向,:,负极 阴极,阳极 正极,e,-,e,-,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,),一、电解原理：,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,.,阴阳相吸,阳氧化、阴还原,6,、电极反应：,装置名称,电极名称,电极反应,能量转变,判断特征,正、负极,阴、阳极,原 电 池,电 解 池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,化学能 电能,电能 化学能,构成的三个条件,有外加电源,比较,一、电解原理：,名词解释,：,阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电,7.,产物的判断,溶液中存在多种阴、阳离子，通过判断放电顺序来判断产物,7.,产物的判断,Ag,+,Hg,2+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Pb,2+,Sn,2+,Fe,2+,Zn,2+,H,+,Al,3+,Mg,2+,Na,+,Ca,2+,K,+,金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。,金属活动顺序的反顺序,阴极,阳离子得电子，被还原，比较阳离子氧化性,水溶液中不可能放电,7.,产物的判断,阳极：,S,2-, I,-, Br,-, Cl,OH,-,含氧酸根, F,-,除,Pt,、,Au,失电子，被氧化，比较还原性,金属,水溶液中不可能放电,阳极放电优先考虑电极材料：,若阳极材料为活泼金属，则阳极放电溶解；,若为惰性材料，则溶液中的阴离子放电,Fe,Zn,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,C,C,CuCl,2,溶液,阴极,阳极,阴极,：,Cu,2+,+2e,-,Cu,阳极,：,2Cl,-,-2e,-,Cl,2,CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,阴极,：,Cu,2+,+2e,-,Cu,阳极,：,Fe -2e,-,Fe,2+,CuCl,2,+,Fe,Cu+,Fe,Cl,2,电解,例,阴极,阳极,氯,气,铜,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,CuCl,2,阳极：,2Cl,-,-2 e,-,=Cl,2,阴极：,Cu,2+,+ 2e,-,=2Cu,减小,接近,7,CuCl,2,CuCl,2,溶液,CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,1,、电解电解质型,(,不活泼金属的无氧酸盐、无氧酸,),二、电解规律,(,用惰性电极电解时,),阳极,阴极,氧气,氢,气,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,Na,2,SO,4,阳极,:,4OH,-,-,4e,-,=,2H,2,O+O,2,阴极,: 4H,+,+ 4e,-,=,2H,2,变大,不,变,加,H,2,O,Na,2,SO,4,溶液,2H,2,O 2H,2,+O,2,电解,2,、,电解水型,(,活泼金属的含氧酸盐、强酸、含氧酸,),比单纯电解水速度快还是慢？,阳极,阴极,氯气,氢,气,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,NaCl,阳极,:,2Cl,-,-2e,-,=Cl,2,阴极,: 2H,+,+ 2e,-,=,H,2,2NaCl+2H,2,O,2NaOH+H,2,+ Cl,2,电解,减小,增,大,加,HCl,NaCl,溶液,3,、放氢生碱型,(,活泼金属的无氧酸盐,),阴极,实例,电极反应,浓度,PH,值,复原,CuSO,4,阳极,阴极,氧,气,铜,阳极,:,4OH,-,-,4e,-,=,2H,2,O+O,2,阴极：,Cu,2+,+ 2e,-,=,Cu,减小,减小,加,CuO,CuSO,4,溶液,2,CuSO,4,+,2H,2,O 2,Cu +,O,2,+ 2H,2,SO,4,电解,4,、放氧生酸型,(,不活泼金属的含氧酸盐,),阳极,电解规律（惰性电极）小结,阳极：,S,2-, I,-, Br,-, Cl,-, OH,-,含氧酸根,F,-,与,区：电解本身型 如,CuCl,2,、,HCl,与,区：放氢生碱型 如,NaCl,、,ZnCl,2,与,区：放氧生酸型 如,CuSO,4,、,AgNO,3,与,区：电解水型 如,Na,2,SO,4,、,H,2,SO,4,、,NaOH,阴极：,Ag,+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Fe,2+,Zn,2+,（,H,+,）,Al,3+,Mg,2+,Na,+,阳极,阴极,总电极反应,AgNO,3,溶液,C,C,4Ag,+,+ 4e,-,= 4Ag,总反应式：,4AgNO,3,+2H,2,O= 4Ag +O,2,+4HNO,3,练习：,书写电解硝酸银溶液的电极反应式及总方程式,电解,4OH,-,- 4e,-,= O,2,+2H,2,O,阳极,阴极,H,2,SO,4,溶液,C,Cu,Cu - 2e,-,= Cu,2+,2H,+,+ 2e,-,= H,2,练习：,设计电解池,Cu + H,2,SO,4,= CuSO,4,+ H,2,写出电极反应式,电解,电解质溶液：,H,2,SO,4,溶液,阳极：金属铜,原电池与电解池的结合,有一极能与电解液反应则该极为原电池负极，与之相连的为电解池的阴极。若都能反应，则活泼性最强的或两极差距最大的为原电池,电解池,原电池,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,Cl,2,Cu,2,+,+ 2e,Cu,C,CuCl,2,溶液,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,极,b,极,X,电极,Z,溶液,A,锌,石墨,负极,CuSO,4,B,石墨,石墨,负极,NaOH,C,银,铁,正极,AgNO,3,D,铜,石墨,负极,CuCl,2,A,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,.,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,负极 正极,导线,电解,类型,举 例,电极反应,溶液,PH,变化,溶液,复原,方法,物质类别,实例,仅溶,剂水,电解,仅溶,质电,解,溶质,和溶,剂都,电解,含氧酸,H,2,SO,4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na,2,SO,4,无氧酸,HCl,阴极,:4H,+,+ 4e,-,= 2H,2,阳极,:4OH,-,4e,-,=O,2,+2H,2,O,减小,增大,不变,H,2,O,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:2H,+,+2e,-,=,H,2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl,2,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:Cu,2+,+2e,-,=,Cu,增大,CuCl,2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极,:2Cl,-,2e,-,=Cl,2,阴极,:2H,+,+2e,-,=,H,2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO,4,阳极,:4OH,-,4e,-,=O,2,+2H,2,O,阴极,:2Cu,2+,+4e,-,=,2Cu,减小,CuO,放氢生碱,放氧生酸,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,),：,H,2,SO,4,HClNaOH,K,2,SO,4,CuCl,2,CuSO,4,NaCl KMnO,4,2,、用石墨作电极电解,CuCl,2,、,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,AgNO,3,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,CuSO,4,溶液,CuSO,4,溶液,(A),(B),纯铜 铁,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。,（,A,）,（,B,）,（,C,）,（,D,）,CuSO,4,AgNO,3,AgNO,3,NaHSO,4,Ag,Cu,Cu,C,Pt,Pt,Ag,Fe,6.,写出下列装置的电极反应式，并判断,A,、,B,、,C,溶液,PH,值的变化。,7.,用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的,pH,值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为,12,的是,甲 乙,A B C D,甲,KOH H,2,SO,4,Na,2,SO,4,CuSO,4,乙,CuSO,4,AgNO,3,HCl HNO,3,D,8.,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,A,X,是正极，,Y,是负极,B,X,是负极，,Y,是正极,C,CuSO,4,溶液的,PH,值逐渐减小,D,CuSO,4,溶液的,PH,值不变,a,X Y ,b,Pt,Cu,CuSO,4,溶液,NaCl,和酚酞溶液,AC,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、氯气和氢气的工业）,阳极：,2Cl,-,2e,-,= Cl,2,阴极：,2H,+,+ 2e,-,= H,2,总反应：,2NaCl+2H,2,O,2NaOH +Cl,2,+H,2,电极反应：,阴极,阳极,(2),避免生成物,H,2,和,Cl,2,混合,因为,:,.,(1),避免,Cl,2,接触,NaOH,溶液会反应,使产品不纯,反应方程式,:,.,第一个问题,:,Cl,2,+2 NaOH =NaCl + NaClO + H,2,O,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,+,Cl,2,Cl,2,Cl,H,2,Na,+,H,+,OH,淡盐水,NaOH,溶液,精制饱和,NaCl,溶液,H,2,O,（含少量,NaOH,）,阳离子交换膜,阳 极,金属钛网,阴 极,碳钢网,阳极室,阴极室,阳离子交换膜的作用：,a,、防止氢气和氯气混合；,b,、避免氯气和氢氧化钠反应,影响氢氧化钠的产量,提示：,第二个问题：,精,制,食盐水,由于粗盐中含有泥沙、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2,等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？,3,、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个,合理的顺序逐一除杂吗？,2,、用什么试剂除去,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,1,、用什么方法除去泥沙？,电解饱和食盐水必须解决两个主要问题,泥沙,、,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,SO,4,2-,Na,+,、,Cl,-,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Fe,3+,、,引入,Ba,2+,Na,+,、,Cl,-,、,Ca,2+,、,Ba,2+,、,引入,OH,-,Na,+,、,Cl,-,、,CO,3,2-,、,OH,-,Na,+,、,Cl,-,沉降,除泥沙,略过量,BaCl,2,溶液,除,SO,4,2-,略过量,Na,2,CO,3,溶液,除,Ca,2+,.,Ba,2+,略过量,NaOH,溶液,除,Fe,3+,Mg,2+,适量,HCl,溶液,调节,PH,除,CO,3,2-,、,OH,-,含氯漂白剂,有机合成、造纸,玻璃、肥皂,纺织、印染,有机合成,氯化物合成,农药,金属冶炼,有机合成,HCl,盐酸,电解饱和食盐水,以氯碱工业为基础的化工生产,H,2,NaOH,湿氯气,湿氢气,液碱,Cl,2,三、电解原理的应用,一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的,导电性,远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用,电解的方法精炼粗铜,。,2,、粗铜的电解,精炼,2,、粗铜的电解,精炼,粗铜中含有杂质：,Zn,、,Fe,、,Ni,、,Ag,、,Au,等,粗铜,精铜,CuSO,4,Zn-2e,-,= Zn,2+,Fe -2e,-,= Fe,2+,Ni,-2e,-,= Ni,2+,Cu-2e,-,= Cu,2+,Zn,Fe,Ni,Cu,Ag,Au,阳极泥,Cu,2+,+ 2e,-,= Cu,粗铜,中大部分铜在阳极（精铜）附着，比,Cu,活泼的金属溶解在溶液中，比,Cu,不活泼的金属以阳极泥的形式沉降；,溶液,中铜离子浓度略微降低，引入,Zn,2+,、,Fe,2+,等离子,电解精炼铜,电镀是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，它是电解原理的又一重要应用。,电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力,。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。,3,、电镀,电解原理的应用,3,、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）,阳极：,镀层金属,阴极：,待镀金属制品（镀件）,电镀液：,含有镀层金属阳离子的电解质,铜,镀件,硫酸铜溶液,镀件镀铜为例,铁片,铜片,硫酸铜溶液,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl,-,2e,-,= Cl,2,阴极：,2Na,+,+ 2e,-,= 2Na,总反应：,2NaCl(,熔融,),2Na + Cl,2,三、电解原理的应用,4,、电冶金,由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像,Na,、,Ca,、,Mg,、,Al,这样活泼的金属，,电解法,几乎是唯一可行的工业方法。,电解熔融氯化钠制钠,4,、电冶金（,Al,）,制取金属铝,电解熔融状态的,氧,化铝。,阳极：,6O,2,-,12e,-,= 3O,2,阴极：,4Al,3,+,+ 12e,-,= 4Al,总反应：,2Al,2,O,3,(,熔融,),4Al + 3O,2,冰晶石,助熔剂：冰晶石（,Na,3,AlF,6,六氟合铝酸钠）,阳极材料,(,碳,),和熔融氧化铝需要定期补充,思考,:,工业上为什么用电解熔融,氧,化铝的方法冶炼铝而不用,Al,Cl,3,?,AlCl,3,为分子晶体，在熔融状态下不电离，不导电，,不能被电解。,冶炼铝设备图,阳极,C,电解质,烟罩,熔融态铝,钢壳,钢导电棒,阴极,C,耐火材料,拓展：金属的防护,金属腐蚀的快慢程度：,电解池的阳极,原电池的负极,化学腐蚀,原电池的正极,电解池的阴极,海水,C,Fe,+,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,Fe,Zn,Fe,Sn,A(,海水,),B(,海水,),C(,海水,),D(,海水,),Fe,Sn,F(,天然水,),E(,海水,),D,E,F,A,C,B,拓展练习,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,电解池,电解精炼池,电镀池,定义,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,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,阳极：氧化反应,阴极：还原反应,形成条件,电极反应,电极名称,例,1,：,铂电极电解,1LCu(NO,3,),2,和,KNO,3,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,-,=2H,2,O+O,2,阴极,Cu,2+,+2e,-,=Cu 2H,+,+2e,-,=H,2,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,0.5molH,2,消耗,H,+,1mol;,所以溶液中,C(H,+,)=1mol/L pH=0,生成,H,2,转移的电子,:0.5 2=1mol,故还有,1mole,-,用于还原,Cu,2+,可析出铜为,0.5mol.,四、电解计算,电子守恒法,O,2,2Cu,4Ag,4H,2H,2,2Cl,2,4OH,计算,关系式：,例,2,：,用石墨电极电解,100mL H,2,SO,4,与,CuSO,4,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,Cu,2+,的物质的量浓度为（ ）,A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极,O,2,为,0.1mol,，电子为,0.4mol,则,H,2,为,0.1mol,，所以,Cu,为,0.1mol,，浓度为,A,例,3,：,某硝酸盐晶体化学式为,M(NO,3,),x,n,H,2,O,，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,）。,M,x,+,+,x,e,-,= M,0.005mol 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,50mLAgNO,3,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,