第三节 电解池

1、第四章 电化学基础2022-2-52022-2-5第三节 电解池一、电解原理和基本概念一、电解原理和基本概念1 1、电解、电解: :使使电流电流（外力）通过（外力）通过电解质电解质（溶液）而在（溶液）而在阴阳两极阴阳两极引引起起氧化还原反应氧化还原反应的过程。的过程。2 2、电解池、电解池: :借助借助氧化还原反应氧化还原反应，将，将电能电能转化为转化为化学能化学能的装置的装置3 3、构成条件、构成条件: :1 1、外加直流电源、外加直流电源2 2、与电源相连的两个电极：、与电源相连的两个电极：3 3、电解质溶液或熔化的电解质、电解质溶液或熔化的电解质接电源正极的为阳极，发生接电源正极的为阳极

2、，发生氧化反应氧化反应接电源负极的为阴极，发生接电源负极的为阴极，发生还原反应还原反应4 4、电子的流向、电子的流向: :电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴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极，再从阳极流回电源正极。（。（PSPS：电子只在外电路定向移：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）动，不能从溶液中移动）5 5、离子定向移动的方向、离子定向移动的方向: :阳离子向阴极移动阳离子向阴极移动, , 阴离子向阳极移动阴离子向阳极移动6 6、惰性电极与活性电极：、惰性电极与活性电极：惰性电极惰性电极( (铂、金、石墨铂、金、石墨) )：仅导电，不参与反应

3、仅导电，不参与反应活性电极（活性电极（除除铂铂金金钛钛外的金属）：外的金属）：既可导电、又可参与电极反应既可导电、又可参与电极反应离子放电顺序离子放电顺序阴离子失去电子、阳离子得到电子的过程叫阴离子失去电子、阳离子得到电子的过程叫放电放电。 用用活性材料活性材料作电极时：作电极时：金属在阳极失电子被氧化成金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用用惰性材料惰性材料(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )作电极时，溶液作电极时，溶液中阴离子的放电顺序（由易到难）是：中阴离子的放电顺序（由易到难）是：S S 2-2-

4、II - -BrBr - -ClCl - -OHOH - -NONO3 3 - -、SOSO4 42-2-( (等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）FF- - 无论无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反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。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: :Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸中的酸中的H）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(水中）水中）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 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

5、哪些离子根据根据阳极氧化，阴极还原阳极氧化，阴极还原分析得出产物分析得出产物明确阳极材料是活性还是惰性材料明确阳极材料是活性还是惰性材料阴阳两极附近有哪些离子得失电子阴阳两极附近有哪些离子得失电子思考：电解池中电极反应方程式的书写方法？思考：电解池中电极反应方程式的书写方法？一、电解原理一、电解原理（以电解（以电解NaClNaCl为例）为例）实验：用惰性（石墨）电极电解实验：用惰性（石墨）电极电解熔融熔融的氯化钠。的氯化钠。现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有刺有气泡，有刺激性气味，并能使湿润的激性气味，并能使湿润的KI-KI-淀粉试纸变蓝（淀粉试纸变蓝（ClCl2 2) )阴极：阴极：有金属

6、钠析出有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl NaCl 金属钠是在金属钠是在18071807年年通过电解通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在于工业生产，约在18911891年才获得成功。年才获得成功。19211921年电解氯化钠制钠的年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。钠的方法，少数仍沿用电

7、解氢氧化钠的方法。实验分析：实验分析：通电前：通电前：分析熔融电解质中的离子情况分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：阳离子：NaNa+ + 阴离子：阴离子：ClCl- - 均做无规则运动均做无规则运动通直流电后：通直流电后：1 1、确定电极名称：、确定电极名称： 阳极：阳极：连接电源正极连接电源正极 阴极：阴极：连接电源负极连接电源负极 与电极材料无关与电极材料无关 2 2、判断电极产物并书写电极反应、判断电极产物并书写电极反应: :阳离子移向阴极放电（得电子）阳离子移向阴极放电（得电子）阴离子移向阳极放电（失电子）阴离子移向阳极放电（失电子）阳极：阳极：2Cl2Cl- -2e-2e- - =

8、 Cl= Cl2 2 氧化反应氧化反应阴极：阴极：2Na2Na+ + +2e+2e- - = 2Na= 2Na 还原反应还原反应总反应式：总反应式： 222NaClNaCl电解 电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。液中进行。以电解氯化铜为例以电解氯化铜为例实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液现象：现象：阳极：有气泡，有刺激性气味，阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使并能使 湿润的湿润的KI-KI-淀淀 粉试纸变粉试纸变蓝（蓝（ClCl2 2) )阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极

9、：碳棒上有一层红色的铜析出阴阴极极阳阳极极氯氯气气铜铜CuClCuCl2 2溶液溶液实验分析：实验分析：通电前：通电前：分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况阳离子：阳离子：H H+ +、CuCu2+2+ 阴离子：阴离子：OHOH- -、ClCl- -均做无规则运动均做无规则运动3 3、判断电极产物并书写电极反应、判断电极产物并书写电极反应: : 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极阳极：2Cl2Cl- - -2e-2e- - = Cl= Cl2 2 氧化反应氧化反应 阴极阴极：CuCu2+ 2+ + 2e+ 2e- - = Cu =

10、 Cu 还原反应还原反应 总式：总式：2 2、判断离子的放电（、判断离子的放电（得失电子能力得失电子能力）顺序：）顺序：阳离子阳离子（得电子）（得电子）：CuCu2+2+HH+ + 阴离子阴离子（失电子）（失电子）：ClCl- -OHOH- -4 4、分析电解质溶液的变化情况：、分析电解质溶液的变化情况：CuClCuCl2 2溶液浓度降低溶液浓度降低通电后通电后1 1、确定电极名称：、确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）（接电源负极） 与电极材料无关与电极材料无关 22CuClCuCl电 解二、电解规律电解规律阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实例实例电极反应

11、电极反应 浓度浓度PH值值复原复原CuCl2 阳极：阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小减小减小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解1 1、电解电解质型电解电解质型阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PHPH值值复原复原NaNa2 2SOSO4 4 阳极阳极: 4OH: 4OH- - - -4e4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2阴极阴极: : 4H 4H + +4e+4e- -= =2H2H2 2变大变大不不变变 加加H H2 2O ONaNa2 2SOSO4 4溶液溶液2H2H2 2O

12、2HO 2H2 2 +O+O2 2电解2 2、电解水型电解水型阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应 浓度浓度PHPH值值复原复原NaClNaCl 阳极阳极: 2Cl: 2Cl- - -2e-2e- - = =ClCl 2 2阴极阴极: : 2H H+ + +2e+2e- -= =H H2 22NaCl+2H2NaCl+2H2 2O 2NaOH+HO 2NaOH+H2 2 + Cl+ Cl2 2 电解减小减小增增大大加加HClHClNaClNaCl溶液溶液3 3、放氢生碱型放氢生碱型实例实例电极反应电极反应浓度浓度PHPH值值复原复原CuSOCuSO4 4阳极阳极阴极阴极氧氧

13、气气铜铜阳极阳极: 4OH: 4OH- - -4e4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2阴极：阴极：CuCu2+2+2e+2e- -= =CuCu减小减小减小减小加加CuOCuOCuSOCuSO4 4溶液溶液 2CuSOCuSO4 4+ + 2H2H2 2O 2O 2Cu +Cu +O O2 2 + 2H+ 2H2 2SOSO4 4电解4 4、放氧生酸型放氧生酸型（ A A ）（B B）（C C）（D D）CuSOCuSO4 4AgNOAgNO3 3AgNOAgNO3 3NaHSONaHSO4 4AgAgCuCuCuCuC CPtPtPtPtAgAgFeFe1.1.写出下列装置的电极反

14、应式，并判断写出下列装置的电极反应式，并判断A A、B B、C C溶液溶液PHPH值的变化。值的变化。巩固练习巩固练习2.2.如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有关，对该装置的有关叙述正确的是叙述正确的是 A.PA.P是电源的正极是电源的正极B.FB.F极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH- - - 4e- 4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，其余两极外，其余 电极均参加了反应电极均参加了反应D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而

15、乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变B 3.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，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、乙两池中溶液的电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pHpH值均减小，而在值均减小，而在和和两极，电极产物两极，电极产物的物质的量之比为的物质的量之比为1 12 2的是的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 D D4.4.右图中右图中x x、y y分别是直流电分别是直流电源的两极源的两极, ,通电后发现通电后发现a a极板极板质量增加质量增加,b,b极板处

16、有无色无极板处有无色无臭气体放出臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 5. 5. 根据金属活动顺序表，根据金属活动顺序表，CuCu不能发生如下反应：不能发生如下反应： Cu + 2HCu + 2H2 2O=Cu(OH)O=Cu(OH)2 2+ H+ H2 2。但选择恰当电极材料。但选择恰当电极材料 和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四 种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是A AB BC CD D阳极阳极石墨石墨CuCuCuCuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FeFePtPt

17、电解液电解液CuSOCuSO4 4溶液溶液NaNa2 2SOSO4 4溶液溶液H H2 2SOSO4 4溶液溶液H H2 2O OB6.6.在下图所示装置中，在下图所示装置中，a a、b b都是惰性电极，都是惰性电极，通电一段时间后，通电一段时间后，b 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A AX X是正极，是正极，Y Y是负极是负极B BX X是负极，是负极，Y Y是正极是正极C CCuSOCuSO4 4溶液的溶液的PHPH值逐渐减小值逐渐减小D DCuSOCuSO4 4溶液的溶液的PHPH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶

18、液和酚酞溶液AC 三、电解原理的应用三、电解原理的应用实验装置实验装置应用一：氯碱工业应用一：氯碱工业电解饱和食盐水电解饱和食盐水现象：现象：阳极：有气泡产生，使阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉湿润的淀粉KIKI溶液溶液变蓝变蓝阴极：有气泡产生，滴阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红加酚酞溶液变红阳极：阳极：2Cl2Cl- -2e-2e- - =Cl =Cl2 2阴极：阴极：2H2H+ +2e+2e- - =H =H2 2总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O=2NaOH+HO=2NaOH+H2 2+Cl+Cl2 2( (条件条件: :通电通电) )（1 1）生产设备名称：离子交

19、换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢网阴极：碳钢网 阳极：金属钛网阳极：金属钛网阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl(Cl、OHOH离子和离子和气体不能通过气体不能通过) )，把电解槽隔成阴极室和阳极室。，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （2 2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a 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 b、避免氯气和氢氧化钠反应，而影响氢氧化钠的产量。、避免氯气和氢氧化钠反应，而影响氢氧化钠的产量。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+ClCl2 2ClCl2 2ClClH

20、 H2 2NaNa+ +H H+ +OHOH淡盐水淡盐水NaOHNaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaClNaCl溶液溶液H H2 2O O（含少量（含少量NaOHNaOH）离子交换膜离子交换膜 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室阴阴极极室室应用二：应用二： 电镀电镀 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属或合金的过程。它是电解原理的又一重要应用。它是电解原理的又一重要应用。电镀可以电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。如，钢铁是人们如，钢铁是人们最常

21、用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他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、铜、铬、镍等。金属，如锌、铜、铬、镍等。FeCu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（CuCu）阴极阴极待镀金属制品（待镀金属制品（FeFe） 电镀液：电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。含有镀层金属离子的电解质溶液。溶液中溶液中CuSOCuSO4 4的浓度基本保持不变的浓度基本保持不变应用二：应用二： 电镀电镀FeCu硫酸铜溶液硫酸铜溶液小结：小结：

22、1 1、电镀池形成的条件：、电镀池形成的条件：镀件金属做阴极镀件金属做阴极镀层金属做阳极镀层金属做阳极含镀层金属阳离子的盐溶液做电解液。含镀层金属阳离子的盐溶液做电解液。2 2、电镀的特点：电镀液的组成及酸碱性保持不变。、电镀的特点：电镀液的组成及酸碱性保持不变。应用三：电解精炼铜应用三：电解精炼铜一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、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制电线，就会大

23、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。精炼粗铜。粗铜：粗铜：含杂质含杂质(Zn(Zn、FeFe、NiNi、AgAg、Au Au 等等) )纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极：Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+Fe-2eFe-2e- -=Fe=Fe2+2+Ni-2eNi-2e- -=Ni=Ni2+2+Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: : CuCu2+2+ + 2e + 2e- - = Cu = Cu阳极泥阳极泥思考：电解完后，思考：电解完后，CuSOCuSO4 4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSOCuS

24、O4 4溶液溶液电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解池电解精炼池电解精炼池电镀池电镀池定义定义形成形成条件条件电极电极名称名称电极电极反应反应将电能转变成化将电能转变成化学能的装置。学能的装置。应用电解原理在某些金应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属表面镀上一层其它金属的装置。属的装置。两电极接直流电源两电极接直流电源电极插人电解质溶液电极插人电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路镀层金属接电源正极镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极待镀金属接电源负极电镀液须含有镀层金电镀液须含有镀层金属的离子属的离子阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连阴极：电源负极相

25、连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阳极：镀层金属；阴极：镀件阴极：镀件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用电解原理将不纯应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。的金属提纯的装置。不纯金属接电源正极不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极纯的金属接电源负极电解质溶液须待提纯电解质溶液须待提纯金属的离子金属的离子阳极：不纯金属；阳极：不纯金属；阴极：纯金属阴极：纯金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用四：电冶金（属）应用四：电冶金（属）电解熔融电解熔融NaClNaCl阳极：阳极：2Cl 2Cl 2e

26、2e- - =Cl =Cl2 2 阴极：阴极：NaNa+ + + e+ e- - =Na =Na原理：原理：M Mn+ n+ + ne+ ne- -= M= M 电解是电解是最强有力最强有力的氧化还原手段，电解法是冶的氧化还原手段，电解法是冶炼金属的一种重要方法。对于冶炼像钠、钙、镁、炼金属的一种重要方法。对于冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。铝等活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。222NaClNaCl总反应：电解阳极：阳极：6O6O2-2-12 e-12 e- - =3O =3O2 2 阴极：阴极：4Al4Al3+3+ + 12e + 12e- - =4

27、Al =4Al应用四：电冶金（属）应用四：电冶金（属）通电通电总式：总式：2Al2Al2 2O O3 3 4Al+3O 4Al+3O2 2 电解熔融电解熔融AlAl2 2O O3 3助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（NaNa3 3AlFAlF6 6 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: : 工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用用AlClAlCl3 3? ?2. 2. 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌，a a极选用极选用什么材料？选择何种溶液？什么材料？选择何种溶液？3. 3. 若要给铁叉镀金，若要给铁叉镀金，a a极选用极选用什么材料？选择何种溶液？什么材料？选择何种溶液？思考思考: :e-1. a1. a、b b分别是电池的哪一极？分别是电池的哪一极？四、电解的有关计算四、电解的有关计算1 1、铂电极电解、铂电极电解1LCu(NO1LCu(NO3 3) )2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液, ,通通电一段时间电一段时间, ,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)11.2L(S.T.P)气体。气体。求电解后溶液的求电解后溶液的pH