电解池工作原理

1、电解池工作原理及应用电解池工作原理及应用 有红色物质析出有红色物质析出 有刺激性气味的气体有刺激性气味的气体 产生，且可产生，且可使湿润的使湿润的 淀粉淀粉 KI变蓝变蓝 生成生成Cu 生成生成Cl2 CC 阴阴 极极 阳阳 极极 CuCl2溶液溶液 实验现象：实验现象： 阴极：阴极： 阳极：阳极： 实验结论：实验结论： 阴极：阴极： 阳极：阳极： 电极反应：电极反应： 阴极：阴极： 阳极：阳极： Cu2+ 2e = Cu 2Cl 2e = Cl2 还原反应还原反应 氧化反应氧化反应 总反应式：总反应式：CuCl2 Cu + Cl2 电解电解 电解可以使电解可以使非自发的氧化还原反应非自发的氧

2、化还原反应得以发生得以发生 小结：小结： 阳离子阳离子（即（即Cu2+）得电子得电子，发生，发生还原反应还原反应 阴离子阴离子（即（即Cl ） ）失电子失电子，发生，发生氧化反应氧化反应 阴极：阴极： 阳极：阳极： 当两极的电极材料是碳棒时：当两极的电极材料是碳棒时： 思考：思考： 在在 CuCl2溶液中，存在溶液中，存在Cu2 、 、Cl 、 、H 和 和 OH ， ，为什么电解时是为什么电解时是Cu2 得电子而不是 得电子而不是 H ， ，Cl 失电子而不是 失电子而不是OH 呢？ 呢？ 离子放电顺序：离子放电顺序： 活性材料作阳极时：活性材料作阳极时：金属在阳极失电子被氧化金属在阳极失电

3、子被氧化 成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶液中溶液中 阴离子的放电顺序（由易到难）是：阴离子的放电顺序（由易到难）是： 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发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。生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子在阴极上放电顺序是：阳离子在阴极上放电顺序是： 阳极：阳极： 阴极阴极: : 分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路： 明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子 根据根据阳极

4、氧化阳极氧化，阴极还原阴极还原分析得出产物分析得出产物 阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子 、； 4OH 4eO2+2H2O （） （） 练习：练习：完成电解下列溶液的电极反应。完成电解下列溶液的电极反应。 (以石墨为电极电解以石墨为电极电解) 硫酸溶液硫酸溶液： 盐酸盐酸： NaOH溶液溶液: CuBr2溶液：溶液： KCl溶液：溶液： CuSO4溶液溶液： Na2SO4溶液：溶液： 用铜为阳极，铁丝网为阴极，用铜为阳极，铁丝网为阴极， 电解电解CuCl2溶液。溶液。 阳极：阳极：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2 总反应：总反

5、应： 通电 2H2O 2H2 + O2 阳极：阳极： 2Cl - - 2e- = Cl2 阴极：阴极： 2H+ + 2e- = H2 2HCl H2 + Cl2 通电 总反应：总反应： 阳极：阳极：Cu 2e- = Cu 2+ 阴极：阴极：Cu 2+ + 2e- = Cu 阳极：阳极：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 阴极：阴极：2Cu 2+ + 4e- = 2Cu 通电 总反应：总反应： 2CuSO4 + 2H2O2Cu + 2H2SO4 + O2 电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳极：阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 与与区：

6、电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2 2 、HClHCl 与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl 与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3 与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH 阴极：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质溶液用惰性电极电解的示例： 电解电解 类型类型 举举 例例 电极反应电极反应 溶液溶液pH 变化变化 溶液复原方法溶液复原方法 物质类别物质类别实例实例 仅溶剂仅溶剂 水电解水电解 仅溶质仅溶质 电解电解 溶质和溶

7、质和 溶剂同溶剂同 时电解时电解 含氧酸含氧酸H2SO4 强碱强碱 NaOH 活泼金属的活泼金属的 含氧酸盐含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸无氧酸HCl 阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O 阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2 减小减小 增大增大 不变不变 H2O 阳极：阳极：2Cl- 2e-=Cl2 阴极：阴极：2H+2e- = H2 增大增大 HCl 不活泼金属不活泼金属 的无氧酸盐的无氧酸盐 CuCl2 阳极：阳极：2Cl- 2e- =Cl2 阴极：阴极：Cu2+2e- = Cu 减少减少CuCl2 活泼金属的活泼金属的 无氧酸盐无氧酸盐 NaCl 阳极：阳极：2Cl- 2e

8、- =Cl2 阴极：阴极：2H+2e- =H2 增大增大 HCl 不活泼金属的不活泼金属的 含氧酸盐含氧酸盐 CuSO4 阳极：阳极：4OH- 4e- =O2+2H2O 阴极：阴极：2Cu2+4e- = 2Cu 减小减小 CuO 4.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液， 电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的 pH值均减小，而在和两极，电极产物电极产物 的物质的量之比为的物质的量之比为12的是的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 甲甲 乙乙 D 5.为下图所示装置中，为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，都是

9、惰性电极， 通电一段时间后，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下极附近溶液呈红色。下 列说法正确的是列说法正确的是 AX是正极，是正极，Y是负极是负极 BX是负极，是负极，Y是正极是正极 CCuSO4溶液的溶液的pH值逐渐减小值逐渐减小 DCuSO4溶液的溶液的pH值不变值不变 a X Y bPt Cu CuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液 AC 装置原电池 电解池 实例 原理 形成条 电极名称 电子流向 电流方向 电极反应 能量转化 应用 发生氧化还原反应，从而形成电流发生氧化还原反应，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

10、质、形两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形 成闭合回路、成闭合回路、自发发生氧化还原反应自发发生氧化还原反应 电源、电极（惰性或非惰性）、电电源、电极（惰性或非惰性）、电 解质（水溶液或熔融态）解质（水溶液或熔融态） 由电极本身决定由电极本身决定 正极正极：流入电子：流入电子 负极负极：流出电子：流出电子 由外电源决定由外电源决定 阳极阳极：连电源正极连电源正极 阴极阴极：连电源负极连电源负极 （外电路）负极（外电路）负极 正极正极 电源负极电源负极阴极阴极阳极阳极电源正极电源正极 （外电路）正极（外电路）正极负极负极 电源正极电源正极阳极阳极阴极阴极电源负极电源负极 负极：负极：Zn -

11、2e- =Zn2+（氧化反应）（氧化反应） 正极：正极：2H+ + 2e- =H2（还原原应）（还原原应） 阳极：阳极：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反应氧化反应) 阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应还原反应) 化学能化学能 电能电能电能电能化学能化学能 设计电池、金属防腐设计电池、金属防腐氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼 铜锌原电池铜锌原电池 电解氯化铜电解氯化铜 二、电解原理的应用二、电解原理的应用 1.电解食盐水电解食盐水 思考思考: （1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?这些离子的运动情况这

12、些离子的运动情况 怎样？怎样？ （2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？ （3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？ （4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？ （5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？怎样初怎样初 步检验两极产物的生成步检验两极产物的生成? 阳极：湿润的淀粉阳极：湿润的淀粉KI试纸试纸 阴极：酚酞试液阴极：酚酞试液 现象：现象： 阳极：有气泡产生，使湿

13、阳极：有气泡产生，使湿 润的淀粉润的淀粉KI试纸试纸变蓝变蓝 阴极：有气泡产生，滴加阴极：有气泡产生，滴加 酚酞溶液酚酞溶液变红变红 实验装置实验装置 阳极：阳极：2Cl-2e- =Cl2 阴极：阴极：2H+2e- =H2 总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 通电通电 电解饱和电解饱和食盐食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。水可以制造烧碱、氯气和氢气。 （1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽 阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛 阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl 、 、OH 离子和气体不能通过离子和气体不能通

14、过)，把电解槽隔成阴极室，把电解槽隔成阴极室 和阳极室。和阳极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、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、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢，而影响氢 氧化钠的产量。氧化钠的产量。 氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱 + Cl2 Cl2 Cl H2 Na+ H+ OH 淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液 精制饱和精制饱和 NaCl溶液溶液 H2O（含少量（含少量 NaOH） 阳离子交换膜阳离子交换膜 阳阳 极极 金属钛网金属钛网 阴阴 极极 碳钢网碳钢网 阳阳 极极 室

15、室 阴阴 极极 室室 粗盐的成份：粗盐的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42 杂质，会与 杂质，会与 碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜 精制食盐水精制食盐水 杂质的除去过程：杂质的除去过程： 粗盐水粗盐水 含少量含少量 Ca2+.Mg2+ 精制精制 盐水盐水 )SO( BaCl 2 4 2 除 过量 )(除泥沙及沉淀 过滤 )Ba.Ca( CONa 22 32 除 过量 )CO( 2 3 除 适量盐酸 )Mg.Ca( 22 除 阳离子交换塔 )Fe.Mg( NaOH 32 除 过量 2.2.铜的电解精炼铜的电解精炼 一般火法冶炼得到

16、的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种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。导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。 粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等) 纯铜纯铜 粗铜粗铜 阳极：阳极： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e- Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni Cu Ag Au 阴极阴极: Cu2+ +

17、2e- Cu 阳极泥阳极泥 问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？ CuSO4溶液溶液 阳极泥阳极泥: 相对不活泼的金相对不活泼的金 属以单质的形式沉积在电属以单质的形式沉积在电 解槽底解槽底,形成阳极泥形成阳极泥 3. 3. 电电 镀镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合 金的过程，它是电解原理的又一重要应用。金的过程，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更电镀可以使金属更 加美观耐用，增强防锈抗腐能力加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的。例如，钢铁是人们

18、最常用的 金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁 发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、 铜、铬、镍等。铜、铬、镍等。 电镀：电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀 上一薄层其他金属或合金的过程上一薄层其他金属或合金的过程， 铁铁 片片 铜铜 片片 硫酸铜溶液硫酸铜溶液 电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品 电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液

19、。 溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小 4、电冶金、电冶金 制取金属钠制取金属钠 电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。 阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2 阴极：阴极： 2Na+ + 2e- = 2Na 总反应：总反应： 2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通电 阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al 冶炼铝冶炼铝 通电通电 总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理: 助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠） 阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充 思考思考:工业