电解铝反应原理课件

电解反应原理朱伶俐2012.3.27授课内容电解反应实际应用电解反应原理1、电解的定义2、电解池电极的判断方法3、电极反应的书写4、发生电解反应的基本条件5、离子的放电顺序1、铝电解反应的电极反应方程式2、何为铝电解3、冰晶石的作用电解原理（以电解CuCl2溶液为例）阴极:石墨棒周围CuCl2溶液绿色变深，石墨棒上逐渐覆盖了一层红色固体（Cu）阳极:石墨棒周围CuCl2溶液绿色变浅，石墨棒上有气泡放出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。CuCl2溶液在电流的作用下被电解生成了Cu和Cl2CuCl2溶液在电流的作用下究竟发生了什么反应？电解氯化铜溶液微观模拟实验分析电解反应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。2、电解池（电解槽）把电能转化为化学能的装置注意：①电流必须是直流而不是交流。②熔融态的电解质也能被电解。与电源正极相连阳极与电源负极相连发生氧化反应阳离子移向阴离子移向发生还原反应阴极３、（1）两个电极及电极反应e－e－CCCuCl2溶液通式：阴极：氧化剂＋ne-=还原产物阳极：还原剂－ne-=氧化产物总电解反应式：阴阳极反应式相加所得的式子（考虑电子守恒）（2）电极反应式的书写：e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极阳离子移向阴极放电，Cu2+,H+阴离子移向阳极放电,Cl-,OH-阴极：Cu2++2e-＝Cu还原反应阳极：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应总反应式：CuCl2=Cu+Cl2↑电解（3）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CuCuCuCl2溶液阴极阳极CCCuCl2溶液阴极阳极4、形成电解池的条件（1）直流电源（3）电解质溶液或熔化的电解质（4）形成闭合回路e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极（2）与电源相连的两极电子的流向: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。注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动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。e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极5、电解池的工作原理电解质溶液导电的实质对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。说明：得失电子的能力不同失电子能力：Cl-＞OH-得电子能力：Cu2+＞H+放电能力放电次序为什么电解过程中Cu2+、Cl-放电，而不是H+和OH-？７、离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阴极：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：阳极：①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序：S2-SO32-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子）F-【思考1】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2＋和Cl－放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？【思考2】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。溶液中Cu2+和Cl—放电完毕后，原溶液变为纯水，此时，在纯水中存在H+和OH—，H+在阴极放电，OH—在阳极放电，实际上是电解水的过程，所以：阴极：4H++4e—=2H2↑阳极：4OH—－4e—=2H2O+O2↑总反应：2H2O=2H2↑+O2↑电解（1）溶液中所含阳离子：H+、Na+，放电顺序：H+Na+阴极：2H++2e—=H2↑（2）溶液中所含阴离子：OH—、Cl—，放电顺序：Cl—OH—阳极：2Cl—－2e—=Cl2↑【思考3】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑电解熔融的氯化钠中有Na+和Cl—，Na+在阴极放电生成金属钠，Cl—在阳极放电生成氯气。阴极阳极氯气钠熔融NaCl阴极：2Na++2e-=2Na（氧化反应）阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（还原反应）总式：NaCl=Na+Cl2↑电解小结：分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路：明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子铝电解反应电解法炼铝电解法炼铝就是冰晶石-氧化铝熔盐电解法，它是以冰晶石为熔剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反应。电解产物阴极上是铝液，阳极上是C02气体（炭素做阳极），这种方法就是电解法炼铝。阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料铝电解原理阴极阳极熔融Al2O3+冰晶石冰晶石—氧化铝熔液中的离子质点有Na+、AlF63-、AlF52-、AlF4-、F-，还有Al-O-F型络合离子。其中Na+是单体离子，Al3+结合在络合离子里。助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）Al3+（络合）=AlF63-、AlF52-、AlF4-......O2-（络合）=Al-O-F型络合离子阳极：O2-（络合）+C－4e-=CO2↑放电顺序：O2-（络合）F-Al3+（络合）Na+2325.1l29605.1l2COACOA℃直流电、熔解、电离总反应：阴极：Al3+（络合）+6e-=2Al铝电解通入直流电的目的（1）要在两极实现电化学反应，也就是说在电解质中使铝离子从阴极上得到电子而析出。（2）利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保持一定的电解温度冰晶石熔剂的作用（1）能够较好的溶解氧化铝，流动性较好。（2）电解温度下，冰晶石—氧化铝熔液密度比铝液密度要小，可以使电解出来的铝液沉积在电解液的下面，减少铝的氧化损失。（3）冰晶石具有良好的导电性。（4）冰晶石中不含有电位顺序比铝更正电性的金属杂质，可以保证铝的质量铝电解电极的选择•电解过程中，冰晶石熔液具有高温，且具有很大的腐蚀性。•炭素材料具有良好的导电性，能耐高温、抗腐蚀，而且价格比较低廉。