电解池的工作原理及应用

1、选修四选修四 化学反应原理化学反应原理专题一专题一 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化电解池的工作原理与应用电解池的工作原理与应用你知道吗？你知道吗？ 工业上分别以氯化钠和氧化铝为原料生产工业上分别以氯化钠和氧化铝为原料生产金属钠和金属铝。你知道工业生产中是如何实金属钠和金属铝。你知道工业生产中是如何实现此过程的吗？现此过程的吗？P 17电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠完成完成P17交流与讨论交流与讨论阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl 通电前：分析熔融电解质中的离子情况通电前：分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：阳离子： 阴离子：

2、阴离子：通电后：（必须直流电）通电后：（必须直流电） Na+Cl-交流与讨论交流与讨论1 1：做无规则运动做无规则运动钠离子和氯离子做钠离子和氯离子做定向移动定向移动，钠离子移向钠离子移向阴极阴极附近，附近，氯离子移向氯离子移向阳极阳极附近附近.交流与讨论交流与讨论2 2：e-e-e-e-e-e-电解池中离子和电子的移动方向电解池中离子和电子的移动方向 Cl- -Na+Cl- - 使使电流电流通过通过电解质溶液电解质溶液而在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。电解池电解池: : 把把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置的装置. .电解电解: :电解过程不仅可以

3、在电解过程不仅可以在熔融熔融电解质中进行，电解质中进行，也可以在电解质也可以在电解质溶液溶液中进行。中进行。活动与探究活动与探究现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有刺激性气味，并能有气泡，有刺激性气味，并能使使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸变蓝（粉试纸变蓝（Cl2) 阴极：阴极：碳棒上有一层红碳棒上有一层红色的铜析出色的铜析出活动与探究活动与探究 通电前：分析电解质溶液中的离子情况通电前：分析电解质溶液中的离子情况 阳离子：阳离子：H+、Cu2+ 阴离子：阴离子：OH-、Cl- 做无规则运动做无规则运动 通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电）（1）确定电极名称：）确定电极名称： (与电

4、极材料无关与电极材料无关) 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） 阳离子阳离子：Cu2+H+ 阴离子阴离子：Cl-OH-Cu2+、H+Cl-、OH-（2）判断离子的放电顺序：）判断离子的放电顺序：（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，阳离子移向阴极放电， 阴离子移向阳极放电阴离子移向阳极放电（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：氯化铜溶液浓度降低氯化铜溶液浓度降低离子放电顺序：离子放电顺序： 活性材料作电极时：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，

5、阴离子不容易在电极上放电。成阳离子进人溶液，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（由难到易）是：阴离子的放电顺序（由难到易）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: :交流研讨四交流研讨四3.3.分总结析电极反应的一般思路。分总结析电极反应的一般思路。明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化、阴极

6、还原，结合离子得失电根据阳极氧化、阴极还原，结合离子得失电子能力强弱，分析得出优先放电离子及产物子能力强弱，分析得出优先放电离子及产物通电后阴、阳离子的移动方向通电后阴、阳离子的移动方向3如图所示是电解氯化铜溶液的装置，其中如图所示是电解氯化铜溶液的装置，其中c、d为为石墨电极，下列有关判断正确的是（石墨电极，下列有关判断正确的是（ ）A a为负极，为负极，b为正极为正极B a为阳极，为阳极，b为阴极为阴极C 电解过程中，电解过程中，d电极质量增加电极质量增加D 电解过程中，氯离子的浓度不变电解过程中，氯离子的浓度不变C当堂检测当堂检测原电池与电解池比较原电池与电解池比较课堂小结课堂小结原电池

7、原电池电解池电解池一个概念一个概念将化学能转变为电能的装置将化学能转变为电能的装置 将电能转变为化学能的装置将电能转变为化学能的装置两个电极两个电极负负极极较活泼金属较活泼金属失电子失电子发生发生氧化反应氧化反应阳阳极极与电源正极相连与电源正极相连失电子失电子发生发生氧化反应氧化反应正正极极不活泼金属或非金属导体不活泼金属或非金属导体得电子得电子发生还原反应发生还原反应阴阴极极与电源负极相连与电源负极相连得电子得电子发生发生还原反应还原反应三个三个流向流向电子电子负极负极外电路外电路正极正极阳极阳极外电路外电路阴极阴极电流电流正极正极外电路外电路负极负极阴极阴极外电路外电路阳极阳极离子离子阳离

8、子阳离子正极，阴离子正极，阴离子负极负极阳离子阳离子阴极，阴离子阴极，阴离子阳极阳极四个条件四个条件活动性不同的两个电极活动性不同的两个电极电解质溶液电解质溶液闭合电路闭合电路自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应两个电极两个电极电解质溶液电解质溶液 闭合电路闭合电路外加直流电源外加直流电源相同点相同点氧化还原反应氧化还原反应自发进行自发进行非自发进行非自发进行 以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总反应的化学方程式。反应的化学方程式。(1)CuCl2溶液：溶液：阳极：阳极：阴极：阴极：总反应式总反应式：CuCl2 Cu + Cl2电

9、解电解2Cl- 2e- = Cl2Cu2+ + 2e- = Cu CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-H2O H+ + OH-Cu2+ + 2Cl- Cu + Cl2电解电解牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试 以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总的化学方程式。的化学方程式。(2)NaCl溶液：溶液：阳极：阳极：阴极：阴极：2NaCl+2H2O H2+ Cl2电解电解2Cl- 2e- = Cl22H+ + 2e- = H2NaCl = Na+ + Cl-H2O H+ + OH-+ 2NaOH(OH-)2Cl-+2H2O H2+ Cl2+ 2

10、OH-电解电解总反应式：总反应式：牛刀小试牛刀小试 以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总的化学方程式。的化学方程式。(3)CuSO4溶液：溶液：阳极：阳极：阴极：阴极：2CuSO4+2H2O 2Cu + O2电解电解4OH- 4e- = 2H2O + O2CuSO4 = Cu2+ + SO42-H2O H+ + OH-+ 2H2SO42Cu2+ + 4e- = 2Cu (H+)2Cu2+ +2H2O 2Cu + O2 + 4H+电解电解总反应式总反应式：牛刀小试牛刀小试 以石墨为电极电解下列溶液，请写出电极反应式及总以石墨为电极电解下列溶

11、液，请写出电极反应式及总的化学方程式。的化学方程式。(4)Na2SO4溶液：溶液：阳极：阳极：阴极：阴极：总反应式总反应式：2H2O 2H2 + O2电解电解4OH- 4e- = 2H2O + O2Na2SO4 = 2Na+ + SO42-H2O H+ + OH-4H+ + 4e- = 2H2-*-电解质溶液电解质溶液电解反应总方程式电解反应总方程式CuCl2溶液溶液NaCl溶液溶液CuSO4溶液溶液Na2SO4溶液溶液2H2O 2H2 + O2电解电解2CuSO4+2H2O 2Cu+ O2+2H2SO4电解电解2NaCl+2H2O H2+ Cl2+ 2NaOH电解电解CuCl2 Cu + C

12、l2电解电解通过以上对电解过程的分析，你发现了什么规律？通过以上对电解过程的分析，你发现了什么规律？分解电解质分解电解质放放H2生碱生碱放放O2生酸生酸电解水电解水交流研讨一交流研讨一二、电解规律二、电解规律类型类型电极反应特点电极反应特点实例实例(溶液溶液)电解电解对象对象电解质电解质浓度浓度电解质溶电解质溶液复原液复原电电解电解电解质型解质型放放H2生生碱型碱型放放O2生生酸型酸型电解水电解水型型电解质电离出的阴、阳电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电离子分别在两极放电CuCl2HCl电解质电解质减小减小CuCl2HCl阴极阴极: : 2H+ + 2e- = H2 阳极阳极: :电解质阴

13、离子放电电解质阴离子放电NaCl电解质电解质和水和水生成新生成新电解质电解质HCl阴极阴极: :电解质阳离子放电电解质阳离子放电阳极阳极: :4OH- -4e-=2H2O+O2CuSO4电解质电解质和水和水生成新生成新电解质电解质CuOCuCO3阴极阴极: 4H+ + 4e- = 2H2 阳极阳极:4OH- -4e-=2H2O+O2NaOHH2SO4Na2SO4水水增大增大水水无氧酸无氧酸( (氢氟酸除外氢氟酸除外) )溶液、溶液、不活泼金属的无氧酸盐溶液不活泼金属的无氧酸盐溶液活泼金属的无氧酸盐溶液活泼金属的无氧酸盐溶液不活泼金属的含氧酸盐溶液不活泼金属的含氧酸盐溶液含氧酸溶液、强碱溶液、含

14、氧酸溶液、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液活泼金属的含氧酸盐溶液交流研讨二交流研讨二第二课时第二课时+Cl2Cl2ClH2Na+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）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 ，而影响氢氧化钠的产量，而影响氢氧化钠的产量电解原理的重要应用电解原理的重要应用1 1、电解饱和食盐水、电解饱和食盐水 在在NaCl溶液中溶液中,NaC

15、l电离出电离出 ，H2O电离电离出出 。电后，在电场的作用下，。电后，在电场的作用下， 向阴向阴极移动，极移动， 向阳极移动。向阳极移动。 在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。阳极反应：。阳极反应： ； 在阴极，由于在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 。使使H2O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大，pH 。阴极反应：。阴极反应： 。 2Cl- - 2e- = Cl22H+ + 2e- = H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+交流研讨三交流研讨三

16、21结论：结论：氯碱工业发生的电极反应式及总反应方程式：氯碱工业发生的电极反应式及总反应方程式：阳极反应：阳极反应：阴极反应：阴极反应：总反应式总反应式：2Cl- - 2e- = Cl22H+ + 2e- = H22NaCl+2H2O H2+ Cl2+ 2NaOH电解电解2Cl-+2H2O H2+ Cl2+ 2OH-电解电解1.1.电解前向溶液中滴加酚酞溶液，通电后现象是什么？电解前向溶液中滴加酚酞溶液，通电后现象是什么？阴极附近的溶液由无色变为红色。阴极附近的溶液由无色变为红色。阳极：把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，产阳极：把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，产生气体可以使湿润生气体可以

17、使湿润碘化钾碘化钾淀粉试纸变蓝色。淀粉试纸变蓝色。2.2.两极极板上都有气体产生，如何检验两种气体？两极极板上都有气体产生，如何检验两种气体？交流研讨四交流研讨四阴极：收集纯净气体，点燃，并在上方罩一个干冷阴极：收集纯净气体，点燃，并在上方罩一个干冷的烧杯，产生淡蓝色火焰，且烧杯壁上有水珠出现的烧杯，产生淡蓝色火焰，且烧杯壁上有水珠出现。23（1）避免）避免Cl2与与NaOH溶液接触发生反应，使产溶液接触发生反应，使产品不纯，反应方程式：品不纯，反应方程式：Cl2 +2NaOH =NaCl + NaClO + H2O；（2）避免生成物）避免生成物H2和和Cl2混合，因两者混合遇混合，因两者混合

18、遇火或遇强容易发生光爆炸。火或遇强容易发生光爆炸。解决方法：使用离子交换膜解决方法：使用离子交换膜3.3.在氯碱工业中需要注意哪些问题？在氯碱工业中需要注意哪些问题？交流研讨四交流研讨四1 1、定义：、定义： 利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它层其它金属金属或是或是合金合金的过程。的过程。2 2、装置、装置阳极：阳极：Agee- - = = Ag + +阴极：阴极：Ag + + e+ e- - = = Ag 3、电镀材料的选择：、电镀材料的选择：阴极阴极镀件镀件 阳极阳极镀层金属镀层金属电镀液电镀液含有含有镀层金属离子镀层金属离子的溶液的溶液4 4、

19、电镀的结果，、电镀的结果，电镀液电镀液的浓度保持不变的浓度保持不变电解原理的重要应用电解原理的重要应用2、电镀电镀电镀液电镀液Ag阳极阳极阴极阴极e-e-e-e- 已知粗铜中含有已知粗铜中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质，等杂质，试讨论如何通过电解的方法将粗铜提纯？阴、阳极上试讨论如何通过电解的方法将粗铜提纯？阴、阳极上分别发生什么反应？分别发生什么反应？交流研讨五交流研讨五3.铜的电解精炼铜的电解精炼26+纯铜纯铜粗铜粗铜粗铜为阳极，纯铜为阴极，粗铜为阳极，纯铜为阴极， 阳极反应：阳极反应：阴极反应阴极反应：CuSO4溶液为电解液进行电解。溶液为电解液进行电解。Zn 2e-Zn2+ F

20、e2e-Fe2+ Ni 2e-Ni2+ Cu2e-Cu2+ Cu2+ +2e-CuCuSO4溶液溶液交流研讨八交流研讨八 电解饱和电解饱和NaCl溶液能否得到金属钠？如何能通溶液能否得到金属钠？如何能通过电解的方法得到金属钠？过电解的方法得到金属钠？4.电冶金电冶金电解饱和电解饱和NaCl溶液不能得到金属钠，应用电冶金法溶液不能得到金属钠，应用电冶金法。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。阳极反应：阳极反应：2Cl - - 2e- = Cl2阴极反应：阴极反应： 2Na+ + 2e- = 2Na总反应式：总反应式：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 电解电解结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强有力的促进氧化还原反应的手段。有力的促进氧化还原反应的手段。阳极阳极阴极阴极电解质电解质Al2O3Na3AlF3碳块碳块阴极：阴极： 4Al3+ + 12e- = 4Al阳极：阳极： 6O2- - 12e- = 3O2总式：总式： 2Al2O3 = 4Al + 3O2电解电解铝的冶炼铝的冶炼铝铝【原电池与电解池的结合】【原电池与电解池的结合】电解池电解池将电能转化为化学能的装置将电能转化为化学能的装置阳极