高中化学 第四章 第三节 电解池（第2课时） 新人教版选修4

1、第四章 电化学基础,第三节 电解池,第2课时,选修4 化学反应原理,1）在NaCl溶液中,NaCl电离出 ，H2O电离出 。 通电后，在电场的作用下， 向阴极移动， 向阳极移动。 在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式： ; （2）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成 使H2O 电离向右移动，因此阴极 浓度增大，PH 。 阴极方程式：,2Cl- - 2e- = Cl2,2H+ + 2e- = H2,Na+、Cl,H+、OH,Cl-、OH,Cl,Cl2,H,H2,OH,增大,Na+、H,1、氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气,电解原理的应用,总化学方程式： ; 总离子

2、方程式: 。 (3)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,电解原理的应用,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 +2 NaOH =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,电解原理的应用,1）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(C

3、l、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： a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸； b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量,氯碱工业:离子交换膜法制烧碱,电解原理的应用,Cl2,Cl2,Cl,H2,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,阳极室,阴极室,电解原理的应用,提示,第二个问题：精制食盐水,电解原理的应用,泥沙、Na+、 Cl-、Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、SO42,Na+、 Cl-、 .Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42,Na+、 Cl-、 Mg2+、 Ca2+

4、、 Fe3+ 、引入Ba2,Na+、 Cl-、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引入OH,Na+、 Cl-、CO32-、OH,Na+、 Cl,沉降,除泥沙,略过量BaCl2 溶液,除SO42,略过量Na2CO3 溶液,除Ca2+. Ba2,略过量NaOH 溶液,除Fe3+ , Mg2,适量HCl溶液,调节PH 除CO32- 、OH,电解原理的应用,2、铜的电解精炼,粗铜所含的杂质,Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,粗铜的精炼,以粗铜为阳极，以纯 铜为阴极， 以CuSO4溶液 为电解液进行电解,阳极： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2,阴极： Cu2+ +2eCu

5、,电解原理的应用,2.铜的电解精炼,一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜,粗铜 含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等,纯铜,粗铜,阳极,Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e- Cu Cu2+2e,Zn Fe Ni CuAg Au,阴极: Cu2+ + 2e- Cu,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化,CuSO4溶液,电解原理的应用,3、电镀,概念：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,电

6、镀池形成条件,镀件作阴极,镀层金属作阳极,含镀层金属阳离子 的盐溶液作电解液,电镀的特点,电镀液的组成及酸碱性保持不变,电解原理的应用,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠,通直流电后,阳极,2Cl - 2e- = Cl2,阴极,2Na+ + 2e- = 2Na,总反应,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2,结论：电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是最强有力的氧化还原的手段,电解原理的应用,电解熔融氯化钠制钠,电解原理的应用,4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的 方法,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝,阳极,6O 2- 12e- = 3O2,阴

7、极,4Al 3+ + 12e- = 4Al,总反应,电解原理的应用,阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：4Al3+ + 12e- =4Al,冶炼铝,原理,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,电解原理的应用,冶炼铝设备图,烟罩,电解原理的应用,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au,冶炼 方法,关于金属冶炼的补充知识,1、电解法(KAl,2、还原法(ZnCu,常用还原剂有：C、CO、H2、Al等,3、热分解法(HgAg,电解原

8、理的应用,原电池、电解池、电镀池判定规律,若无外接电源， 可能是原电池，然后依据原 电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看” 先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中， 则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质 溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情 况为电解池,讨论：比较电解池和原电池的异同,电解原理的应用,发生氧化还原反应，从而形成电流,电流通过引起氧化还原反应,两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应,电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态,由电

9、极本身决定 正极：流入电子 负极：流出电子,由外电源决定 阳极：连电源正极 阴极：连电源负极,外电路）负极 正极,电源负极阴极阳极电源正极,外电路）正极负极,电源正极阳极阴极电源负极,负极：Zn - 2e- =Zn2+（氧化反应） 正极：2H+ + 2e- =H2（还原原应,阳极：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反应) 阴极: Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应,化学能 电能,电能化学能,设计电池、金属防腐,氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼,铜锌原电池,电解氯化铜,电解原理的应用,电解池、电解精炼池、电镀池的比较,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

10、金属的装置,两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路,镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 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,不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯金属的离子,阳极：不纯金属； 阴极：纯金属,阳极：氧化反应 阴极：还原反应,电解原理的应用,1、池型的判断,有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含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,小结：一、原电池

11、与电解池的比较及判断,3、电解池放电顺序的判断,阳极放电： 1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。 2）非惰性电极：电极材料首先失电子,阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电,2、电极的判断,原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极,电解原理的应用,4、判断溶液的pH变化,先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物,1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大,2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小,3）如果既产生氢气又产生氧气,若原溶液呈酸性则pH减小,若原溶液呈碱性pH增大,若原溶液呈中性pH不变,电解原理的应用,电极： 阳极镀层金属 阴极待镀金属制品,小结：二、电解池的应用-电镀及氯碱工业,电镀液

12、：含有镀层金属离子的电解质溶液,电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变,1、电镀,电解原理的应用,氯碱工业原理,电解原理的应用,电解计算电子守恒法 例1：铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量,解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗4OH- 2mol,即产生H+ 2mol. 阴极生成0.5molH2,消耗H+ 1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H

13、2转移的电子:0.52=1mol,故还有1mole- 用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol,电解原理的应用,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,计算关系式,例2 ：用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L,A,阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol,则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A,电解原理的应用,例3：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量为242，将1.21g该晶

14、体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求： 金属M的相对原子质量及 x、n 值； 电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL,Mx+ + xe- = M 0.005mol 0.01mol 0.32g,所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3,产生H+为0.01mol，pH=1,电解原理的应用,2）对该装置的有关叙述正确的是 A. P是电源的正极 B. F极上发生的反应为：4OH- - 4e-=2H2O+O2 C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电 极均参加了反应 D.通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变,B,1、如图所示： 通电后A极上析出