高中化学 第四章 电化学基础 第三节 电解池课件 新人教版选修4.ppt

阳极 有气泡 有刺激性气味 并能使湿润的KI 淀粉试纸变蓝 Cl2 阴极 碳棒上有一层红色的铜析出 现象 1 电解 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叫做电解 2 电解池 把电能转化为化学能的装置 3 电解池的构成条件 1 外接直流电源 2 两个电极 可以相同 也可以不同 惰性电极 石墨 Au Pt 活性电极 除石墨 Au Pt 3 电解质溶液或熔融的电解质 4 形成闭合回路 一 电解池 1 分析下图 哪个是原电池 哪个是电解池 原电池 电解池 一 电解池 关键 2Cl 2e Cl2 氧化反应 Cu2 2e Cu 还原反应 阴极吸引阳离子 阳离子得电子 e e 阳极吸引阴离子 阴离子失电子 氧化性强的先得电子 还原性强的先失电子 阴极 阳极 二 电解原理 二 电解原理 1 阴极 得到电子 化合价降低 发生还原反应 被还原阳极 失去电子 化合价升高 发生氧化反应 被氧化2 电解池中电荷移动方向 1 外电路 电子移动方向 外接电源负极 阴极 阳极 外接电源正极 电流方向 外接电源正极 负极 2 内电路 阴离子 阳极阳离子 阴极 3 阴 阳极的判断 1 根据外接电源阴极 与直流电源负极相连 得电子 所含元素化合价降低 发生还原反应阳极 与直流电源正极相连 失电子 所含元素化合价升高 发生氧化反应 2 根据离子定向移动阴离子 阳极阳离子 阴极 3 根据电极现象质量减少的电极一定为阳极质量增加的电极一定为阴极 特别提醒 电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极 与电极材料的金属活动性无关 二 电解原理 活性电极 金属 除Pt Au 石墨等 在阳极失去电子被氧化成阳离子进入溶液 阴离子不容易在电极上放电 惰性电极 Pt Au 石墨等 由溶液中的阴离子放电 溶液中阴离子的放电顺序 由易到难 S2 SO32 I Br Cl OH 包括碱和水电离电离出的OH NO3 SO42 等含氧酸根离子 F Ag Hg2 Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H H2O Al3 Mg2 Na Ca2 K 只有熔融状态才能放电 注 当离子浓度相差较大时 放电顺序会发生变化 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 阳离子在阴极上放电顺序 由易到难 1 阳极 吸引阴离子 2 阴极 吸引阳离子 二 电解原理 4 放电顺序 小结 分析电解反应的一般思路 判断阳极材料 根据阳极氧化 阴极还原分析得出产物 判断阴阳两极附近离子种类判断阴 阳两极离子的放电顺序 先电离 后电解 1 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 2 标明条件 通电或电解 若电解的H 或OH 来自于H2O 在总方程式中要以H2O形式存在 不能书写H 或OH 作为反应物 1 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 2 写出用铜作电极电解硫酸铜溶液的电极反应式 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 2Cu2 4e 2Cu 总反应式 阳极 Cu 阴极 Cu Cu 2e Cu2 Cu2 2e Cu 例题 2 以石墨为电极 电解下列物质的水溶液 写出有关电极反应式和电解总反应式 1 H2SO4 NaOH Na2SO4 2 HCl CuCl2 3 NaCl 4 CuSO4 练习 1 写出用铜作电极电解硫酸溶液的电极反应式和总反应方程式 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 2H 2e H2 总反应式 注 当离子浓度相差较大时 放电顺序会发生变化 三 电解质溶液电解规律 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 2H2O 2H2 O2 通电 变大 变小 加H2O 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 变大 变大 加H2O 2H2O 2H2 O2 通电 1 含氧酸 1 强碱 1 惰性电极的电解 三 电解质溶液电解规律 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 变大 不变 加H2O 2H2O 2H2 O2 通电 消耗H 或生成OH 的电极一定为阴极消耗OH 或生成H 的电极一定为阳极 1 活泼金属含氧酸盐 三 电解质溶液电解规律 阳极 Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 变小 变大 通入适量HCl 2HCl H2 Cl2 通电 CuCl2 Cu Cl2 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e 2Cu 变小 加适量CuCl2晶体 电解 2 无氧酸 2 不活泼金属的无氧酸盐 三 电解质溶液电解规律 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 减小 增大 通入适量HCl 2CuSO4 2H2O 2Cu O2 2H2SO4 阴极 2Cu2 4e 2Cu 减小 加适量CuO CuCO3固体 阳极 4OH 4e 2H2O O2 减小 电解 电解 3 活泼金属的无氧酸盐 4 不活泼金属的含氧酸盐 三 电解质溶液电解规律 全品 二轮复习 电解CuSO4溶液 加入碱式碳酸铜复原 2 非惰性电极的电解 1 用铜做电极电解电解AgNO3溶液 写出电极反应方程式及总反应方程式 三 电解质溶液电解规律 2 用铜做电极电解电解稀H2SO4溶液 写出电极反应方程式及总反应方程式 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 2Ag 2e 2Ag 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 2H 2e H2 2 非惰性电极的电解 三 电解质溶液电解规律 3 用铜做电极电解电解Na2SO4溶液 写出电极反应方程式及总反应方程式 拓展 对比用惰性电极电解Na2SO4溶液的不同 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 2H 2e 2H2 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 2H2O 2H2 O2 通电 1 用惰性电极实现电解 下列说法正确的是 A 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液pH不变B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗OH 故溶液pH减小C 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 2D 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 1 D 2 用石墨作电极电解CuSO4和KCl的混合溶液 电解初期阴极和阳极分别析出的物质是 A H2 Cl2B Cu Cl2C H2 O2D Cu O2 B 练习 3 下图为电解水的实验装置示意图 闭合开关S后 观察到电压表的示数为6 0V 毫安表的示数为100mA 1 现只有一根石墨电极和一根铁电极 该实验中 A极应选择 做电极 B极的电极反应式为 铁 4OH 4e 2H2O O2 2 为了加快电解水的速率 有很多方法 其中可在水中加入某些电解质 如 填编号 A Na2SO4B HClC CuSO4D NaCl A 练习 4 用质量均为100g的铜做电极 电解AgNO3溶液 一段时间后 两电极质量相差28g 此时两电极质量分别为 阳极93 6g 阴极121 6g阳极100g 阴极128g阳极91 0g 阴极119 0g阳极86 0g 阴极114 0g A 三 电解质溶液电解规律 练习 1 根据得失电子守恒法 其依据是电路中转移的电子数相等 两极得失电子数相等 借助得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 2 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式的计量关系列比例式计算 常见微粒间的计量关系式为 4e 4H 4OH 4Cl 4Ag 2Cu2 2H2 O2 2Cl2 4Ag 2Cu 2H2O 四 关于电解的基本计算方法 四 关于电解的基本计算方法 1 单一溶液的电解 2 用两个惰性电极插入500mLCuSO4溶液中 通电电解 当电极上析出固体质量6 4g 设阴极没有氢气逸出 且电解液体积变化可以忽略 生成氧气体积为多少升 标况下 生成硫酸物质的量浓度为多少 1 用石墨电极电解2L饱和NaCl溶液 当电源供给0 2mol电子时 所得溶液中NaOH的浓度为 0 1mol L 1 12L 0 2mol L 1 在100mLH2SO4和CuSO4的混合液中用石墨做电极电解 两极均收集到2 24L气体 标况 则原混合液中Cu2 的物质的量浓度为 A 1moL LB 2moL LC 3moL LD 4moL L 阴极Cu2 2e Cu2H 2e H20 1mol0 2mol0 2mol0 1mol阳极4OH 4e 2H2O O20 4mol0 1mol 拓展 若全为CuSO4溶液呢 四 关于电解的基本计算方法 2 混合溶液的电解 A 拓展 用石墨做电极电解一定浓度的CuSO4溶液 通电一段时间后 向所得溶液中加入0 1molCu2 OH 2CO3后恰好恢复电解前的浓度和pH 不考虑CO2的溶解 则电解过程中共转移的电子的物质的量为 A 0 4molB 0 5molC 0 6molD 0 8mol 四 关于电解的基本计算方法 2 混合溶液的电解 C 2 将0 2moLAgNO3 0 4moLCu NO3 2 0 6moLKCl溶于水 配成100mL的溶液 用石墨做电极电解一段时间后 在一极析出0 3moLCu 此时在另一极收集到气体体积为 标况 A 4 48LB 5 6LC 6 72LD 7 84L B 四 关于电解的基本计算方法 四 关于电解的基本计算方法 3 某混合溶液中只含有两种溶质NaCl和H2SO4 且n NaCl n H2SO4 3 1 若以石墨电极电解该溶液 下列推断不正确的是 A 阴极产物为H2B 阳极先析出Cl2 后析出O2C 电解液的pH不断增大 最终大于7D 整个电解的过程实质是电解水 阴极 2H 2e H22mol阳极 2Cl 2e Cl22mol 2H 2e H21mol2Cl 2e Cl21mol 4H 4e 2H24OH 4e 2H2O O2 D 1 把两个电解槽串联起来如下图所示 电解一段时间后 铜阴极的质量增加了0 192g 金属X阴极质量增加了0 195g 已知X的相对原子质量为65 求X离子所带电荷数 X的硫酸盐 CuSO4 为X2 四 关于电解的基本计算方法 3 串联电路的电解 2 如右图装置 用惰性电极电解 通直流电一段时间后在a b c d四个电极上析出物质的物质的量之比为 A 2 2 4 1B 1 4 2 2C 2 2 3 1D 4 1 2 2 A 四 关于电解的基本计算方法 Cu Cl2 O2 Ag 3 如图装置 用惰性电极电解 一段时间后 若甲杯的阴极析出气体的体积在标准状况下为0 448L时 则乙杯的阴极产物是 质量是 g 丙杯的阳极产物是 其物质的量是 mol Ag 4 32 O2 0 01 常用关系式 4e 4H 2Br2 2Cl2 O24e 2H2 2Cu 4Ag 4OH 四 关于电解的基本计算方法 H2 Cl2 O2 Ag O2 H2 四 关于电解的基本计算方法 1 单池判断 有外加电源一定为电解池 无外加电源一般为原电池 4 池型的判断 X是直流电源 Y槽中c d为石墨棒 Z槽中e f是质量相同的铜棒 接通电路后 发现d附近显红色 阴极 阳极 阳极 阴极 1 用如图所示的装置进行电解 A中盛有AgNO3溶液 B中盛有饱和Na2SO4溶液 通电一会儿 发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色 电源的F端为 极 A中发生反应的化学方程式为 在B中观察到的现象是a b c 正 石墨极有气泡产生 Cu极周围变蓝色 溶液中有蓝色沉淀生成 阳极 阴极 阴极 阳极 阴极 阳极 AgNO3 饱和Na2SO4 四 关于电解的基本计算方法 四 关于电解的基本计算方法 2 多池组合判断 含有活泼性不同电极的池为原电池 含相同电极的池为电解池 4 池型的判断 Cu 原电池 电解池 e e e e e e 一般含最活泼金属的池为原电池 其余都是在原电池带动下的电解池 若最活泼的电极相同时 则两极间活泼性差别最大的是原电池 其余为电解池 四 关于电解的基本计算方法 1 铅蓄电池工作原理为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 研读下图 下列判断不正确的是 A K闭合时 d电极反应式为PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 B 当电路中转移0 2mol电子时 中消耗的H2SO4为0 2molC K闭合时 中SO42 向c极移动D K闭合一段时间后 可单独作为原电池 d电极为正极 当用该电池电解CuSO4溶液时 均用惰性电极 阴极上析出铜32g时 蓄电池内消耗H2SO4的物质的量为 mol C 1 2 如图装置 左边烧杯为 装置 右边烧杯为 装置 装置中会出现什么现象 完成电极反应式和总反应式 当Zn减轻0 65g时 左边烧杯的碳棒增重 g 右边烧杯的左边碳棒为 极 产生的气体为 mol 右边烧杯的右边碳棒为 极 在标况下产生的气体为 mL 四 关于电解的基本方法 原电池 电解池 0 64 阳 0 01 阴 224 五 电解原理的应用 1 氯碱工业 电解饱和食盐水2 电镀池3 冶炼金属4 保护金属 五 电解原理的应用 1 氯碱工业 电解饱和食盐水 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 电解 1 生产设备名称 离子交换膜电解槽 电极 阳极 钛 阴极 碳钢 均为惰性电极 阳离子交换膜 只允许阳离子通过 Cl OH 离子和气体不能通过 把电解槽隔成阴极室和阳极室 2 离子交换膜的作用 防止氢气和氯气混合 避免氯气和氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量 阳极 镀层金属阴极 待镀金属制品电镀液 含有镀层金属离子的电解质 阳极 镀层金属 纯铜板 阴极 待镀金属制品电镀液 含有镀层金属离子的电解质 硫酸铜溶液 电镀液浓度基本不变 五 电解原理的应用 2 电镀 电镀池 1 电镀铜 2 精炼铜 纯铜 粗铜含杂质 ZnFeNiAgAu等 阳极 Zn 2e Zn2 Fe 2e Fe2 Ni 2e Ni2 Cu 2e Cu2 ZnFeNiCuAgAu 阴极 Cu2 2e Cu 阳极泥 思考 电解完后 阳极减少的质量和阴极增加的质量哪个大 CuSO4溶液的浓度有何变化 CuSO4溶液 五 电解原理的应用 阳极 粗金属 粗铜 阴极 纯金属 精铜 电镀液 含有金属离子的电解质 五 电解原理的应用 3 电解法冶炼金属 离子化合物 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2Na 2e 2Na 总反应 2NaCl 熔融 2Na Cl2 1 电解熔融状态NaCl 2 电解熔融状态Al2O3 阳极 6O2 12e 3O2 阴极 4Al3 12e 4Al 总反应 思考 能否用电解熔融状态AlCl3制备Al 以石墨为电极 由于高温 电极可能反应产生CO2 CO 五 电解原理的应用 4 金属防护 外加电源的阴极保护法被保护的金属连接外接电源的负极 作为阴极 1 下列各情况中 Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 5 2 1 3 4 规律 在同一电解质溶液中 金属腐蚀的快慢 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀