化学选修4：《电解池》课件

第四章电化学基础第三节电解池【复习回顾】想一想：构成原电池的条件是什么?原电池的电极如何判断?ZnCuCuCl2溶液e－e－写一写：原电池的电极反应式?负极：正极：电池总反应：Zn–2e-=Zn2+Cu2+＋2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++CuCCCuCl2溶液联想*质疑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?CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2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：电流必须是直流电【思考1】电解池的两极是怎样确定的？３.两个电极阴极：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e－e－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？【思考2】形成电解池的条件是什么？电子流向:从负极→阴极，再从阳极→正极。（注：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？5.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极：Cu2++2e-＝Cu还原反应阴离子移向阳极放电阳极：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑电解【思考5】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6】为什么Cu2+、Cl-放电，而不是H+和OH-Ag+﹥Hg2+﹥Fe3+﹥Cu2+﹥[H+]﹥Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥[H+]﹥Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+阴极:阳离子放电:6.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+CCCuCl2溶液阴极阳极e－e－阴极：Cu2++2e-＝Cu还原反应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：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：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应阴极：Cu2++2e-＝Cu还原反应电解电解质型电解CuCl2Cu+Cl2↑总反应：CCCuCl2溶液e－e－阴极阳极（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—、SO42—，放电顺序：OH—SO42—阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑总反应：2H2O2H2↑+O2↑CCNa2SO4溶液e－e－电解水型电解阴极阳极（1）溶液中所含阳离子：H+、Cu2+，放电顺序：Cu2+H+阴极：Cu2++2e—=CuCCCuSO4溶液e－e－放氧生酸型（2）溶液中所含阴离子：OH—、SO42—，放电顺序：OH—SO42—阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑总反应：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4电解阴极阳极（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↑电解CCNaCl溶液e－e－放氢生碱型阴极阳极【思考7】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。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8】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e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极CuCuCuCl2溶液阴极阳极惰性电极(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阳极：2Cl--2e-＝Cl2↑阴极：Cu2++2e-＝Cu阳极：Cu-2e-＝Cu2+阴极：Cu2++2e-＝Cue－e－【思考9】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↑电解【思考10】电解池与原电池有哪些异同呢？【思考11】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2：原电池与电解池的比较:不自发自发小结3：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4：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-放电：阳离子H+＞Na+阴离子Cl-＞OH-电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阳极还原反应氧化反应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b.避免生成物H2和Cl2混合,因为:.a.避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:.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主要问题(2)氯碱工业:离子交换膜法制烧碱Ⅰ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，而影响NaOH的产量。－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。阴极——镀件电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变二、电解原理的应用2、电镀(1)定义：(2)目的：(3)电镀材料的选择：(4)电镀的特点：3、粗铜的电解精炼+纯铜粗铜－CuSO4溶液问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-=Cu阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥二、电解原理的应用电解精炼铜电解精炼铜原理：①粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu－2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2++2e-=Cu②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；④电解质溶液中CuSO4的浓度变小（略小）。制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电二、电解原理的应用4、电冶金制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑通电冰晶石助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?AlCl3为分子晶体，在熔融状态下不电离，不导电，不能被电解。冶炼铝设备图阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解精炼池电镀池定义形成条件电极名称电极反应将电能转变成化学能的装置。应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。①两电极接直流电源②电极插人电解质溶液③形成闭合回路①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极②电镀液须含有镀层金属的离子阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阴极：镀件阳极：氧化反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阴极：还原反应应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极②