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第三节第三节 电解池电解池选修选修4-第四章第四章-电化学基础电化学基础(第第一课时一课时)碳棒碳棒碳棒碳棒CuCl2溶液溶液实验实验: 将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入接，浸入CuCl2溶液中溶液中 ，再接通，再接通12V直流电直流电,观察观察现象。约现象。约12min后切断电源。后切断电源。CuCl2溶液溶液碳棒碳棒碳棒碳棒+- 实验现象和结论实验现象和结论 现象：现象：-1. 1. 通电后发生了氧化通电后发生了氧化- -还原反应还原反应 ; ;2.2.外加外加电流的作用是这种化学变化的根本原因。电流的作用是这种化学变化的根本原因。 Cl2 2Cu 与与 结论：结论：实验实验 电解氯化铜溶液（视频实验）电解氯化铜溶液（视频实验）.asf 实验现象实验现象: :阴极：阴极：电流表的指针：电流表的指针：阳极：阳极：石墨棒上逐渐覆盖了一层石墨棒上逐渐覆盖了一层 。石墨棒上有石墨棒上有放出，并可闻到放出，并可闻到，同时看到，同时看到 试试纸变为纸变为色色。发生偏转发生偏转 红色固体红色固体 气泡气泡刺激性的气味刺激性的气味蓝蓝湿润的碘化钾淀粉湿润的碘化钾淀粉P79 实验实验4-2 原理原理分析分析： 阴极：阴极： 阳极：阳极： 电解电解CuClCuCl2 2溶液的化学反应方程式：溶液的化学反应方程式：通电前，通电前，CuCu2 2和和ClCl在水里在水里地移动着；地移动着；电离电离自由自由 通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，改作改作移动。溶液中带正电的移动。溶液中带正电的向向移动，带负移动，带负电的电的向向移动。在阴极，铜离子获得电子而还移动。在阴极，铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而原成铜原子覆盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。 2Cl2Cl 2e2e ClCl2 2 Cu Cu2 2 2e2e CuCuCuClCuCl2 2 = Cu= CuClCl2 2定向定向Cu2阴极阴极氯离子氯离子阳极阳极通直流电通直流电或电解或电解CuClCuCl2 2是强电解质且易溶于水，在水溶液中是强电解质且易溶于水，在水溶液中生生成成CuCu2 2和和ClCl。CuClCuCl2 2 Cu Cu2 2 2Cl2Cl电电离离阴离子失去电子阴离子失去电子, ,阳离子得到电子的过程叫阳离子得到电子的过程叫放电放电。一、电解原理一、电解原理电极反应式电极反应式 阳极：阳极： 阴极阴极: : C Cu2+2+ + 2Cl Cu + Cl2电解电解2Cl2Cl-2e-2e = Cl= Cl2 2 CuCu2+2+ 2e+ 2e = Cu = Cu总反应：总反应：离子化合价升高或失去电子离子化合价升高或失去电子 离子化合价降低或得到电子离子化合价降低或得到电子 ( (氧化氧化还原反应还原反应) ) 区别电离：区别电离： CuCl2 Cu2+ + 2Cl电电离离( (氧化反应氧化反应) ) ( (还原反应还原反应) ) 或或 CuCl2 Cu +Cl2电解电解 电解原理电解原理 1、电解的概念、电解的概念 使使通过电解质溶液而在通过电解质溶液而在引引起起反应反应的过程叫做电解。的过程叫做电解。 注意：注意： 电流必须是电流必须是而不是交流电。而不是交流电。 的电解质也能被电解。的电解质也能被电解。电流电流阴、阳两极阴、阳两极氧化还原氧化还原直流电直流电熔融态熔融态 2 2、电解池、电解池: :借助于借助于引起引起的装置，的装置，也就是把也就是把转变为转变为的装置叫做电解池的装置叫做电解池或电解槽。或电解槽。 3 3、构成电解池的、构成电解池的条件条件 （1 1）电源。电源。 （2 2）两个电极。其中与电源的）两个电极。其中与电源的相连的电极相连的电极叫做叫做，与电源的，与电源的相连的电极叫做相连的电极叫做。 （3 3）电解质）电解质或或电解质电解质。电流电流氧化还原反应氧化还原反应电能电能化学能化学能直流直流正极正极阳极阳极负极负极阴极阴极溶液溶液熔融态熔融态 (4)(4)形成闭合回路。形成闭合回路。4、电极：、电极：（1）依据外电源：）依据外电源： 与电源负极相连的为与电源负极相连的为 极极 与电源正极相连的为与电源正极相连的为 极极（2）依据电极应：）依据电极应： 发生还原反应的一极为发生还原反应的一极为 极极 发生氧化反应的一极为发生氧化反应的一极为 极极惰性电极：石墨、惰性电极：石墨、Pt Au只作导体不发生反应，只作导体不发生反应， 称之为称之为惰性电极。惰性电极。活性电极：活性电极： Pt 、 Au除外金属做阳极易失去电除外金属做阳极易失去电 子被氧化称子被氧化称之为活性电极。之为活性电极。阴阴阳阳阴阴阳阳规规定定分分类类e-e-e-e-e-e-5、电解池中离子和电子的移动方向电解池中离子和电子的移动方向 Cu2+ H+OH- Cl- -小结小结与电源正极相连与电源正极相连阳极阳极阴极阴极与电源负极相连与电源负极相连发生氧化反应发生氧化反应阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向发生还原反应发生还原反应电源、电极、电极反应关系电源、电极、电极反应关系电极反应：电极反应：阳氧化、阴还阳氧化、阴还原原(阳氧阳氧)离子流向离子流向:异性相吸异性相吸电极产物反思电极产物反思为什么不是为什么不是氧气呢？氧气呢？为什么不产为什么不产生氢气呢？生氢气呢？失电子能力：失电子能力：Cl-OH-得电子能力：得电子能力：Cu2+H+放电能力放电次序 影响离子放电的因素：影响离子放电的因素：离子得失电子的能力离子得失电子的能力离子的浓度离子的浓度能力能力6 6、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+ +（水）（水） Pb Pb2+ 2+ SnSn2+ 2+ FeFe2+2+ ZnZn2+ 2+ AlAl3+ 3+ Mg Mg2+ 2+ Na Na+ + Ca Ca2+ 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：氧化性减弱氧化性减弱还原性减弱还原性减弱金属金属 S S2 2 I I Br Br Cl Cl OH OH ( (水水)含氧酸根含氧酸根 (NO(NO3 3、SOSO4 42 2 等等) F) F注意：注意：若若阳阳极是活性电极极是活性电极( (石墨、金、铂之外石墨、金、铂之外）阳极本）阳极本身失去电子被氧化，阴离子不在阳极放电身失去电子被氧化，阴离子不在阳极放电; ;若阳极是惰若阳极是惰性电极，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。生任何变化。除Pt、Au 活性材料作电极时：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子在电极上不放氧化成阳离子进人溶液，阴离子在电极上不放电。电。 用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶溶液中阴离子按顺序放电液中阴离子按顺序放电 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。应，发生反应的是溶液中的阳离子。 阳极反应阳极反应（氧化反应）：与电极材料有关（氧化反应）：与电极材料有关阴极阴极反应（还原反应）：与电极材料无关反应（还原反应）：与电极材料无关7、电极反应方程式的书写：、电极反应方程式的书写：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及阴阳两极附近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168.8.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总离写出用石墨电极电解硫酸铜溶液的电极反应式及总离子反应式子反应式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2Cu2+2H2O=2Cu+4H+O2 电解电解阳极阳极 ( Cu )：阴极阴极 ( Cu )：Cu 2e Cu2+ Cu2+ + 2e Cu 9. 9. 书写电解方程式的注意事项书写电解方程式的注意事项2.2.电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写的影响；要注意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）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，在总方程式中要以在总方程式中要以H2O形式存在，不能书写形式存在，不能书写H H+ +或或OHOH- -作为反作为反应物应物4.4.电解反应是一个氧化还原反应，是被外界强迫发生的电解反应是一个氧化还原反应，是被外界强迫发生的反应一反应一 般形式为：般形式为：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去电子材料，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。被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电。三、电解规律三、电解规律( (用惰性电极电解时用惰性电极电解时) )、电解电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液溶液时，如电解时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液等溶液阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极阴极： 4H+ +4e2H2 总反应总反应：2H2O O2 +2H2 电解电解 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的原来的浓度，只需加入一定量的 即可。即可。实质：电解水实质：电解水例如：例如：电解电解Na2SO4溶液溶液增大增大水水、电解、电解无氧酸溶液无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金属的、不活泼金属的无氧酸盐溶液无氧酸盐溶液，如电解盐酸，如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的原来的组成和浓度，需加入一定量的 (通入一通入一定量的定量的HCl气体气体)阳极阳极： 2Cl 2eCl2阴极阴极： 2H+ +2e H2 总反应总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解电解盐酸电解盐酸实质：电解质本身被电解实质：电解质本身被电解减小减小溶质溶质、电解、电解不活泼金属的含氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都时，电解质和水都有一部分被电解，如电解有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、溶液、AgNO3溶液溶液等。等。阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极阴极： 2Cu2+ +4e2Cu总反应总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4 电解电解 电解后原溶液中溶质的质量分数电解后原溶液中溶质的质量分数减小减小，若要恢，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物金属氧化物。电解电解CuSO4溶液溶液、电解、电解活泼金属的无氧酸盐溶液活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水时，电解质和水都有一部分被电解，如电解都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。溶液等。 电解后原溶液中溶质的质量分数电解后原溶液中溶质的质量分数减小减小，若要恢，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。阳极阳极 (C)： 2Cl 2eCl2阴极阴极 (C)： 2H+ +2e H2 总反应总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+ Cl2 + H2 电解电解 电解质溶液用惰性电极电解的示例电解质溶液用惰性电极电解的示例：电解电解类型类型举举 例例电极反应电极反应溶液溶液pH变化变化溶液复原方法溶液复原方法物质类别物质类别实例实例仅溶剂仅溶剂水电解水电解 仅溶质仅溶质电解电解 溶质和溶质和溶剂同溶剂同时电解时电解 含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaOH活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4OH- 4e- = O2+2H2O阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2减小减小增大增大不变不变H2O阳极：阳极：2Cl- 2e- = Cl2阴极：阴极：2H+2e- = H2增大增大HCl不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl- 2e- = Cl2阴极：阴极：Cu2+2e- = Cu增大增大CuCl2活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl- 2e- = Cl2阴极：阴极：2H+2e- = H2增大增大HCl不活泼金属的不活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH- 4e- = O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e- = 2Cu减小减小Cu（OH）2？CuO两电极接直流电源两电极接直流电源电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路形成形成条件条件将电能将电能 转变成化学能的装置转变成化学能的装置将化学能将化学能 转变成电能的装置转变成电能的装置定义定义装置装置实例实例电解池电解池原电池原电池装置装置电源负极电源负极电解池阴极电解池阴极电解池阳极电解池阳极电源正极电源正极电子电子流向流向阳极：阳极：氧化反应，溶液氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电中的阴离子失电子或电极金属失电子极金属失电子阴极：阴极：还原反应，溶液还原反应，溶液中的阳离子得电子中的阳离子得电子负极：负极：氧化反应，金属氧化反应，金属失电子失电子正极：正极：还原反应，溶液还原反应，溶液中的阳离子得电子中的阳离子得电子电极电极反应反应阳极：阳极：与电源正极相连与电源正极相连阴极：阴极：与电源负极相连与电源负极相连负极：负极：较活泼金属较活泼金属正极：正极：较不活泼金属较不活泼金属（或能导电的非金属）（或能导电的非金属）电极电极名称名称电解池电解池原电池原电池装置装置负极负极 正极正极导线导线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: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) （1 1）在在NaClNaCl溶液中溶液中,NaCl,NaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。 通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下， 向阴极移动，向阴极移动， 向阳极移动。向阳极移动。 在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式：阳极方程式： ; ; （2 2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 使使H H2 2O O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大，PHPH 。 阴极方程式：阴极方程式： 。 2Cl- - 2e- = Cl22H+ + 2e- = H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+四、电解原理的应用四、电解原理的应用1、电解饱和食盐水以制烧碱、氯气和氢气电解饱和食盐水以制烧碱、氯气和氢气(氯碱工业氯碱工业 )总化学方程式：总化学方程式： ; ;总离子方程式总离子方程式: . (3)(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：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，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？体产生，如何检验气体的种类？ NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解 阴极附近的溶液无色变为阴极附近的溶液无色变为红色红色阳极阳极:产生产生刺激刺激气体使湿润气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色淀粉试纸变蓝色. 阴极阴极: :产生产生无色、无味气体无色、无味气体思考思考:利用电解原理，用铁、铜、硫酸铜溶液利用电解原理，用铁、铜、硫酸铜溶液能否实现在铁上镀铜？怎样能否实现在铁上镀铜？怎样实现？实现？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属金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电镀液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+阳阳极极阴极阴极3、铜的、铜的电解精炼电解精炼粗铜：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：阳极泥阳极泥思考：电解完后，思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？粗铜粗铜纯铜纯铜硫酸铜溶硫酸铜溶液液阳极阳极阴极阴极Cu2+ + 2e = Cu基本不变，但变小基本不变，但变小 若把阴极纯铜换成铁棒，电解过程变若把阴极纯铜换成铁棒，电解过程变吗？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。 4.电冶金电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）铝土矿铝土矿食盐晶体食盐晶体4、电冶金、电冶金 冶炼活泼金属冶炼活泼金属 K Al 2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2通电通电MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl22NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2AlCl3 ？MgO ？ 为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？通电通电通电通电冰晶石冰晶石盐溶液则相当于电解水中的盐溶液则相当于电解水中的H+得到氢得到氢气气 巩固应用：巩固应用：AC1、电解饱和食盐水时，阴极区生成的产物、电解饱和食盐水时，阴极区生成的产物为（为（ ） A、氢气、氢气 B、氯气、氯气 C、氢氧化钠、氢氧化钠 D、以上都有、以上都有2、在铁制品上镀一定厚度的铜层，以下方案设计、在铁制品上镀一定厚度的铜层，以下方案设计正确的是（正确的是（ ）A、铜作阳极，镀件作阴极，溶液中含有铜离子、铜作阳极，镀件作阴极，溶液中含有铜离子B、铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有铜离子、铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有铜离子C、铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子、铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D、铜作阴极，镀件作阳极，溶液中含有铜离子、铜作阴极，镀件作阳极，溶液中含有铜离子A3、下列关于电解精炼铜的说法中不正确的是、下列关于电解精炼铜的说法中不正确的是（ ）A、电解质溶液中要含有、电解质溶液中要含有Cu2+B、粗铜作阳极，精铜作阴极、粗铜作阳极，精铜作阴极C、电解时，阳极发生氧化反应，阴极发生、电解时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应还原反应D、粗铜中所含、粗铜中所含Zn、Fe、Ni等杂质电解后以等杂质电解后以单质形式沉积于阳极泥中单质形式沉积于阳极泥中D4 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，通电一都是惰性电极，通电一段时间后，段时间后，b b极附近溶液呈红色。下列说法正确的极附近溶液呈红色。下列说法正确的是是( )( )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和酚酞溶和酚酞溶液液A C +阳阳阴阴阳阳阴阴5、用铂电极电解、用铂电极电解 1L Cu(NO3)2 和和 KNO3 混合混合溶液溶液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)气气体体. 求：求： （1）电解后溶液的电解后溶液的pH（2）确定析出铜的物质的量确定析出铜的物质的量0.5molPH=0
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