化学选修4：《电解池》课件

重庆市巫溪县中学校高2015级化学备课组第四章电化学基础第三节电解池【复习回顾】原电池：将化学能转变为电能的装置。想一想：构成原电池的条件是什么?ZnCuCuCl2溶液e－e－⑴两个活性不同的电极⑵电解质溶液(一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应)⑶形成闭合回路(4)自发进行的氧化还原反应【复习回顾】想一想：原电池的电极如何判断?ZnCuCuCl2溶液e－e－负极正极较活泼金属较不活泼金属或非金属导体电子流出电子流入氧化反应还原反应联想*质疑GZnCuCCCuCl2溶液负极：正极：电池总反应：CuCl2溶液如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2溶液中，外接直流电源，这还是原电池装置吗？【复习回顾】写一写：原电池的电极反应式?Zn–2e-=Zn2+Cu2+＋2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++CuCuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2一、电解原理（以电解氯化铜为例）实验4-2：用惰性(石墨)电极电解氯化铜溶液阴极阳极氯气铜CuCl2溶液有气泡，气体有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝碳棒上有一层红色的物质析出现象：阴极：阳极：——铜——Cl2结论：电解氯化铜溶液微观模拟实验分析：一、电解原理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电流必须是直流电而不是交流电。②熔融态的电解质也能被电解。【思考1】电解池的两极是怎样确定的？３、两个电极及电极反应阴极：与电源负极相连——电子流进——还原反应阳极：与电源正极相连——电子流出——氧化反应⑴、两个电极的确定及电极反应e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极⑵、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【思考2】形成电解池的条件是什么？CuCuCuCl2溶液阴极阳极CCCuCl2溶液阴极阳极4、形成电解池的条件e－e－CCCuCl2溶液⑴与电源相连的两个电极⑵电解质溶液或熔化的电解质⑶形成闭合回路阴极阳极【思考3】在电解过程中，电子、离子是如何形成闭合回路的呢？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。【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极5、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。【思考5】如何书写电极反应方程式和总方程式？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）６、电极反应式的书写：（以电解CuCl2为例）e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阴极：Cu2++2e-＝Cu还原反应阳极：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑电解加CuCl2固体变小【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化？【思考7】若要使电解质溶液复原，怎么办？【思考8】什么叫放电？阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。【思考9】为什么Cu2+、Cl-放电，而不是H+和OH-？阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关【思考10】阴阳离子的放电顺序是什么？Ag+﹥Hg2+﹥Fe3+﹥Cu2+﹥【H+】﹥Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥【H+】﹥Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+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是：阴极:阳离子放电顺序7:离子放电顺序【说明】：水溶液中只考虑：Ag+﹥Hg2+﹥Fe3+﹥Cu2+﹥【H+】浓度很大时排在【H+】前面：Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥【H+】只在熔融状态下放电：Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+钾（K+)钙Ca2+)(钠Na+)，镁(Mg2+)和铝Al3+)；锌(Zn2+)亚铁(Fe2+)，锡(Sn2+)铅(Pb2+)氢(H+)；铜(Cu2+)三铁(Fe3+)，汞(Hg2+)和银(Ag+)。得电子，难到易。阴极阳离子放电顺序口诀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，溶液中的阴离子不能在电极上放电。②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：则看溶液中的阴离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断：阴离子的放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子）F-阳极：放电顺序说明：在水溶液中只考虑：S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-阳极放电论材料，活性优于阴离放，惰性电极作阳极，阴离放电顺序为：硫(S2-)碘(I-)溴(Br-)，氯(Cl-)氢氧(OH-)；含氧酸根硝(NO3-)硫(SO42-)碳(CO32-）；失电子，易到难；氟（F-)失电子最困难。阳极阴离子放电顺序口诀【思考11】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？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↑【思考12】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。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↑总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑【思考13】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。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：2Na++2e-=2Na（还原反应）阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）总式：2NaCl2Na+Cl2↑电解阴极阳极氯气钠熔融NaCl【思考14】分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？小结1：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【思考15】电解与电离有哪些异同呢？阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：CuCl2==Cu+Cl2↑电离电解条件过程特点联系通电电解质溶于水或受热融化状态电解质电离后，再通直流电电解质电离成为自由移动的离子。如：CuCl2=Cu2++2Cl-只产生自由移动的离子发生氧化还原反应生成了新物质电解必须建立在电离的基础上【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢？小结2：电解与电离比较：【思考17】电解池有什么规律？电解池能量转换离子的迁移方向发生氧化反应的电极发生还原反应的电极反应能否自发电能转化为化学能阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移原电池化学能转化为电能负极正极阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移相同点(从原理分析)都是氧化还原反应小结3：原电池与电解池的比较:不自发自发小结4：电解规律阴极阳极氯气铜实例电极反应浓度PH值复原CuCl2阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：Cu2++2e-=2Cu减小增大CuCl2CuCl2溶液CuCl2Cu+Cl2↑电解1：电解电解质型：阳极阴极氧气氢气实例电极反应浓度PH值复原Na2SO4阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:4H++4e-=2H2↑变大不变加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑+O2↑电解2：电解水型：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-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑电解减小增大加HClNaCl溶液3：放氢生碱型：实例电极反应浓度PH值复原CuSO4阳极阴极氧气铜阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极：Cu2++2e-=Cu减小减小加CuOCuSO4溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4电解4：放氧生酸型：电解规律（惰性电极）小结阳极：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-ⅠⅡⅢⅣⅠ与Ⅲ区：电解本身型如CuCl2、HClⅠ与Ⅳ区：放氢生碱型如NaCl、KClⅡ与Ⅲ区：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区：电解水型如Na2SO4、H2SO4、NaOH阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+电解质溶液用惰性电极电解的示例：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H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl阴极:4H++4e-=2H2↑阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O减小增大不变H2O阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=Cu↓增大CuCl2活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O阴极:2Cu2++4e-=2Cu↓减小CuO放氢生碱放氧生酸（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。增大减小减小增大不变小结5：电解过程中溶液pH的变化规律二、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-==Cl2↑阴极：2H++2e-==H2↑总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电（1）原理：食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：阳离子H+＞Na+阴离子Cl-＞OH-电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阳极氧化反应还原反应OHHClOHCl222222电解•若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：___________，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？阴极附近的溶液由无色变为红色阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.阴极:产生无色、无味气体(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为:.(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.第一个问题:Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O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Ⅰ生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阳极：钛阳离子交换膜：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。Ⅱ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生成，而影响氢氧化钠的产量。（2）氯碱工业:离子交换膜法制烧碱－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金