高中化学电解池的工作原理及应用苏教选修

会计学1高中化学电解池的工作原理及应用苏教高中化学电解池的工作原理及应用苏教选修选修电流表指针发生偏转电流表指针发生偏转与电源正极相连的电极上有气泡析出，与电源正极相连的电极上有气泡析出，刺激性气味刺激性气味, ,能使湿润淀粉碘化钾试纸变蓝能使湿润淀粉碘化钾试纸变蓝；与电源负极相连的电极上有红色物质析与电源负极相连的电极上有红色物质析出出CuCl2溶液溶液CC思考思考:1.通电前溶液中有哪些离子通电前溶液中有哪些离子?如何运动如何运动?2.通电后如何运动通电后如何运动?3.产生什么现象产生什么现象?为什么为什么? 第1页/共23页一、电解原理一、电解原理电解电解: :使电流通过电解质溶液而在阴、阳两使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。极引起氧化还原反应的过程。电流是发生反应的动力电流是发生反应的动力( (使不能自发进行使不能自发进行的反应顺利进行的反应顺利进行) )阴阳离子做定向移动的导电过程阴阳离子做定向移动的导电过程, ,也就是也就是两极发生氧化还原的过程两极发生氧化还原的过程, ,即电解质溶液的即电解质溶液的导电过程即为电解过程导电过程即为电解过程电流是直流电。电流是直流电。在电解过程中电能转化为化学能。在电解过程中电能转化为化学能。第2页/共23页二、电解池：二、电解池：1、定义：、定义：电能转化为的化学能的装置电能转化为的化学能的装置2、形成电解池的条件：、形成电解池的条件： 与电源相连的两个电极与电源相连的两个电极 电解质溶液或熔化电解质电解质溶液或熔化电解质 形成闭合回路形成闭合回路3、电极名称：、电极名称： 阴极阴极: :与电源负极相连与电源负极相连, ,进电子进电子, ,还原反应还原反应 阳极阳极: :与电源正极相连与电源正极相连, ,出电子出电子, ,氧化反应氧化反应4、电极材料、电极材料 惰性电极：惰性电极：C C、PtPt、AuAu不发生反应不发生反应 活性电极：活性电极：AgAg及以前金属，作阳极则溶解及以前金属，作阳极则溶解第3页/共23页阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷阳离子得电子或阴离子失电子使离子电荷降低的过程叫做放电。降低的过程叫做放电。 5 5、电解时离子放电顺序、电解时离子放电顺序阴极阴极: :阳离子放电，金属活动顺序的反顺序阳离子放电，金属活动顺序的反顺序Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+阳极阳极: :S2IBrCl OH含氧酸根含氧酸根F 活性电极活性电极(Ag以前以前)，电极失电子，电极失电子惰性电极惰性电极(Pt、Au、石墨、石墨)，阴离子放电，阴离子放电注意注意(一一)Fe3+ Cu2+；(二二)电镀时：受离子浓度影响电镀时：受离子浓度影响 Ag+Hg2+Fe3+Cu2+Pb2+Fe2+Zn2+ H+第4页/共23页1、写出以碳棒作电极电解饱和氯化钠溶液、写出以碳棒作电极电解饱和氯化钠溶液的电极反应式的电极反应式2、写出以铜棒作电极电解氯化铜溶液的、写出以铜棒作电极电解氯化铜溶液的电极反应式电极反应式练练习习阳极阳极 (C)(C)： 2Cl 2Cl 2e2eClCl2 2阴极阴极 (C)(C)：2H2H+ + +2e +2e HH2 2 阳极阳极 (Cu)： Cu 2eCu2+ 阴极阴极 (Cu)： Cu2+ +2e Cu 第5页/共23页6 6、电解规律、电解规律( (用惰性电极电解用惰性电极电解) )电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液酸盐溶液 实质是电解水；实质是电解水； 电解后溶液中溶质的质量分数增大，若电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，加水。要恢复原来的浓度，加水。 pHpH值三种变化值三种变化电解质先电离成离子，向两极移动，分电解质先电离成离子，向两极移动，分别在两极得失电子。别在两极得失电子。第6页/共23页电解无氧酸溶液电解无氧酸溶液( (除氢氟酸除氢氟酸) )、不活泼金属、不活泼金属的无氧酸盐溶液。的无氧酸盐溶液。 实质是电解电解质本身实质是电解电解质本身. . 电解后溶质的质量分数减小，若要恢电解后溶质的质量分数减小，若要恢复原来，需加入一定量的溶质复原来，需加入一定量的溶质 pHpH值变化值变化电解不活泼金属的含氧酸盐电解不活泼金属的含氧酸盐是电解水和电解质。是电解水和电解质。电解后溶质的质量分数减小电解后溶质的质量分数减小, ,若要恢复若要恢复原来原来, ,需加入一定量金属氧化物。需加入一定量金属氧化物。 pHpH值减小值减小第7页/共23页电解活泼金属的无氧酸盐溶液电解活泼金属的无氧酸盐溶液是电解水和电解质是电解水和电解质电解后溶质的质量分数减小，若要恢复电解后溶质的质量分数减小，若要恢复原来，需通入一定量的原来，需通入一定量的HXHX等。等。pHpH值增大值增大第8页/共23页1、用两支惰性电极插入、用两支惰性电极插入500mLAgNO3 溶液中溶液中，通电电解。当电解液的，通电电解。当电解液的PH值从值从6.0变为变为3.0时时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在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解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银，电极上析出银的质量大约是的质量大约是 （ ） A、27mg B、54mg C、108mg D、216mgBA 2、用石墨作电极电解、用石墨作电极电解 100mLH2SO4和和 CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到到2.24L气体（标准状况下），原混合溶液中气体（标准状况下），原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为的物质的量浓度为 （ ） A1mol/L B2mol/L C3 mol/L D4 mol/L第9页/共23页三、电解原理的应用三、电解原理的应用1 1、铜的电解精炼、铜的电解精炼粗铜含的杂质粗铜含的杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等等+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液粗铜的精炼粗铜的精炼 粗铜做阳极，纯铜做阴极，粗铜做阳极，纯铜做阴极， CuSOCuSO4 4溶液做电解液溶液做电解液(3)(3)电极反应式电极反应式(4)(4)阳极上比铜不活泼的金属，沉积于阳极底阳极上比铜不活泼的金属，沉积于阳极底部，成为阳极泥，可以提炼金、银等贵重金属部，成为阳极泥，可以提炼金、银等贵重金属第10页/共23页2 2、电镀、电镀概念：概念：应用电解原理在某些金属表面镀上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。一层其它金属或合金的过程。电镀池形成条件电镀池形成条件+镀件镀件镀层金属镀层金属含镀层金属离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液镀件作阴极镀件作阴极镀层金属作阳极镀层金属作阳极含镀层金属阳离子含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液的盐溶液作电解液电镀的特点电镀的特点电镀液的组成及酸碱性基本保持不变电镀液的组成及酸碱性基本保持不变第11页/共23页为了使镀层致密、坚固、光滑，还要采取一些措施为了使镀层致密、坚固、光滑，还要采取一些措施：(1)镀件进行抛光和清洗，使镀件洁净、光滑；镀件进行抛光和清洗，使镀件洁净、光滑；(2)电镀液的离子浓度始终保持恒定，常将电镀液制电镀液的离子浓度始终保持恒定，常将电镀液制成络合物；成络合物；(3)电镀时，要不断搅拌，并控制温度、电流、电压电镀时，要不断搅拌，并控制温度、电流、电压，使电镀液，使电镀液pH在一定范围内。在一定范围内。 在电镀工业的废水中常含有剧毒物质，如氰化在电镀工业的废水中常含有剧毒物质，如氰化物、重金属离子等，物、重金属离子等， 减少电镀污染的途径：减少电镀污染的途径： (1)电镀废水经过处理，回收其中有用成分，把有电镀废水经过处理，回收其中有用成分，把有毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准毒有害物质的浓度降低到符合工业废水的排放标准.(2)改进电镀工艺改进电镀工艺,尽量使用污染少的原料尽量使用污染少的原料.如采用无如采用无氰电镀等氰电镀等阅读了解阅读了解第12页/共23页稀稀3、电解饱和氯化钠溶液、电解饱和氯化钠溶液电解前应除去食盐溶液中的电解前应除去食盐溶液中的Ca2+、Mg2+、SO42- 等杂质离子等杂质离子第13页/共23页4、铝的冶炼、铝的冶炼（1）电解）电解AlCl3溶液能否得到单质铝？溶液能否得到单质铝？（2）电解熔融状态的）电解熔融状态的AlCl3能否得到单质铝？能否得到单质铝？（3）为了降低）为了降低Al2O3的熔点，加入什么？的熔点，加入什么？（4）电解）电解Al2O3的电极反应和电解总式？的电极反应和电解总式？冶炼其它活泼金属（钾、钙、钠、镁等）冶炼其它活泼金属（钾、钙、钠、镁等）第14页/共23页练习练习1：在：在50mL 0.2mol/L的硫酸铜溶液中插的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解入两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发不考虑水分蒸发)，则，则：若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶质浓度将怎样变化溶质浓度将怎样变化 。若阳极为。若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是 。如果两极均为铜片且不考虑如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放在阴极上放电，当电路中有电，当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增电子通过时，阴极增重重 g，阴极上的电极反应式是，阴极上的电极反应式是 。不变不变0.32Zn 2eZn2+Cu2+ +2eCu第15页/共23页2 2、利用反应，设计一个原电池装置。、利用反应，设计一个原电池装置。（1 1）画出装置图）画出装置图（2 2）标明电极材料和电解质溶液）标明电极材料和电解质溶液（3 3）写出电极反应）写出电极反应第16页/共23页3 3、将两支惰性电极插入、将两支惰性电极插入500mL CuSO500mL CuSO4 4溶液中溶液中，接通电源，接通电源（1 1）写出电极反应式：）写出电极反应式： 阳极：阳极： 阴极：阴极：（2 2）当两极上析出）当两极上析出1.6g Cu1.6g Cu时（设电解时阴时（设电解时阴极没有氢气放出，且电解液在电解前后体积极没有氢气放出，且电解液在电解前后体积变化忽略不计），则电解后溶液的变化忽略不计），则电解后溶液的 pHpH是是（3 3）经一段时间后，两极均能得到）经一段时间后，两极均能得到11.2L11.2L气气体（标准状况），则原体（标准状况），则原CuSOCuSO4 4溶液的物质的量溶液的物质的量浓度是浓度是 （4 4）若将经过（）若将经过（3 3）以后的溶液恢复原来的）以后的溶液恢复原来的浓度，需要向溶液中加入浓度，需要向溶液中加入 molmol的的（1）1mol/L0.5CuO第17页/共23页全国以惰性电极电解全国以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极溶液，若阳极上产生的气体的物质的量为上产生的气体的物质的量为0.0100 mol，则，则阳极上析出阳极上析出Cu的质量为的质量为( ) A0.64 g B1.28 g C2.56 g D5.12g广东科学家近年来研制出一种新型细菌燃广东科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为池负极反应为:()A H22OH2H2O2e B O24H4e2H2OC H22H2e D O22H2O4e4OHBC第18页/共23页江苏某同学按右图所示的装置进行电解实江苏某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是验。下列说法正确的是( ) A电解过程中，铜电电解过程中，铜电 极上有极上有H2产生产生 B电解初期，主反应电解初期，主反应方程式为：方程式为：Cu+H2SO4 CuSO4+H2 C电解一定时间后，电解一定时间后， 石墨电极上有铜析出石墨电极上有铜析出 D整个电解过程中，整个电解过程中，H的浓度不断增大的浓度不断增大B C第19页/共23页广东三氧化二镍（广东三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调调NiCl2溶液溶液pH至至7.5，加放适量硫酸钠后进行电，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生在弱碱性条件下生成成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是正确的是( )A 可用铁作阳极材料可用铁作阳极材料B 电解过程中阳极附近溶液的电解过程中阳极附近溶液的pH升高升高C 阳极反应方程式为：阳极反应方程式为：2Cl2eCl2D 1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了中通过了1mol电子。电子。C D第20页/共23页【原电池与电解池的结合原电池与电解池的结合】池及电极的判池及电极的判断方法断方法有一极能与电有一极能与电解液反应则该解液反应则该极为原电池、极为原电池、该极负极，与该极负极，与之相连的为电之相连的为电解池的阴极。解池的阴极。若都能反应，若都能反应，则活泼性最强则活泼性最强的或两极差距的或两极差距最大的为原电最大的为原电池池第21页/共23页原电池、电解池、电镀池判定规律原电池、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。第22页/共23页