电解池原理及其应用

1、目标解读目标解读 1、了解电解池的构成，理解电解原理、了解电解池的构成，理解电解原理 2、掌握常见离子在阴阳两极上的放电顺序，、掌握常见离子在阴阳两极上的放电顺序，能够准确判断两极的产物及变化，能够正能够准确判断两极的产物及变化，能够正确书写电极反应及总反应方程式确书写电极反应及总反应方程式 3、了解氯碱工业的反应原理，了解电镀池、了解氯碱工业的反应原理，了解电镀池及铜的电解精炼的工作原理及铜的电解精炼的工作原理一、电解池原理一、电解池原理1.定义：定义：(1)直流电源直流电源(2)电解质溶液或熔融电解质电解质溶液或熔融电解质(3)固体电极材料（活性或惰性）固体电极材料（活性或惰性） 电能转化

2、为化学能的装置为电解池电能转化为化学能的装置为电解池.2.构成构成3.电极名称：电极名称：与电源负极相连的电极为与电源负极相连的电极为阴极阴极与电源正极相连的电极为与电源正极相连的电极为阳极阳极电极的判断方法？电极的判断方法？例例1.1.判断下列装置属于电解池的是判断下列装置属于电解池的是Cu指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应式，一段时间后电解质溶液中两极附近离子有何式，一段时间后电解质溶液中两极附近离子有何变化？并表示出电子移动方向。变化？并表示出电子移动方向。 例例2 e-e-e-e-e-+阳阳阴阴原电池原电池电解池电解池4.电子、离子电子

3、、离子定向移动方向及反应定向移动方向及反应电解池电解池必发生必发生得电子得电子的的还原反应还原反应必发生必发生失电子失电子的的氧化反应氧化反应. 电子传递方向电子传递方向:电子从原电池的负极出发电子从原电池的负极出发,经过导线回到电解池经过导线回到电解池的阴极的阴极,再由离子通过电解液传到阳极再由离子通过电解液传到阳极,离子在阳离子在阳极失去电子极失去电子,电子经导线回到原电池的正极电子经导线回到原电池的正极电子和离子移动方向电子：从电源 流向电解池的 ；从电解池的 流向电源的 。离子：阳离子移向电解池的 ；阴离子移向电解池的 。负极负极阴极阴极阳极阳极正极正极阴极阴极阳极阳极 通电前，溶液中

4、有哪些离子？通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？运动情况如何？思考思考3.3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？什么类型的反应？2.2.通电后，离子的运动情况有什么改变？通电后，离子的运动情况有什么改变？CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- 阳离子：阳离子：Cu2+、H+ 移向阴极移向阴极阴离子：阴离子：Cl-、OH-移向阳极移向阳极 无规则运动无规则运动定向运动定向运动氧化还原反应氧化还原反应4、指出该装置中电解池的阴阳极，、指出该装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方写出电极反应式及总反应的

5、化学方程式。程式。5、在在CuCl2溶液中有自由移动的溶液中有自由移动的Cu2+、Cl-、H+、OH-，为什么只有，为什么只有Cu2+、Cl-得失电子，而得失电子，而H+、OH-却不能或很难在两极上得失电子呢？却不能或很难在两极上得失电子呢？在阴、阳极上，离子的放电顺序又是怎样的？在阴、阳极上，离子的放电顺序又是怎样的？阳极：2Cl- Cl2 + 2e- 阴极：Cu 2+ 2e- Cu总反应：CuCl2 Cl2 + Cu5.离子放电顺序及电解产物的判断离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属作阳极活泼金属作阳极S2-I-Br-Cl-（1）阳极上（氧化反应）阳极上（氧化反应 Pt、Au除外除外) ）

6、 (2)阴极上（还原反应）阴极上（还原反应） 无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：顺序是： 上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较氧化性较Cu2+强。强。Ag+Hg2+Fe3+Cu2+ H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ (H+) Al3+Mg2+Na+Ca2+K+H2OOH（H2O)练习练习1 1：说出下列装置中电解池的阴阳

7、极，写：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。程式。阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2Cl- - 2e- Cl2 2H+2e- H2 2HCl = H2HCl = H2 +Cl+Cl2 通电通电2H2H+2Cl+2Cl- = H = H2 +Cl+Cl2 通电通电6.电极反应式书写电极反应式书写阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：通通 电电4AgNO3+2H2O = 4Ag+O2 +4HNO3通电通电2NaBr+2H2NaBr+2H2O = 2NaOH+HO =

8、2NaOH+H2 +Br+Br2通电通电 4Ag+ + 2H2O = 4Ag +O2 +4H+通电通电2Br2Br-+2H+2H2O = 2OHO = 2OH-+H+H2 +Br+Br24OH- - 4e- O2 +2H2OAg+ + e- Ag2Br- - 2e- Br22H+2e- H2 阳极：阳极：阴极阴极：2CuSO4+2H2O = 2H2 SO4+O2 +2Cu 通电通电总反应：总反应：2Cu2+2H2O = 4H+O2 +2Cu 通电通电阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2NaCl+2H2O = H2 +Cl2 +2NaOH通电通电2Cl-+2H2O = H2 +Cl2 +2

9、OH-通电通电Cu 2+ 2e - Cu4OH- 2H2O+O2 + 4e-2Cl- + + 2e- Cl2 2H+2e- H2 阳极：阳极：阴极阴极：总反应：总反应：Na2SO4溶液溶液2H2O = 2H2 +O2 通电通电阳极：阳极：阴极：阴极：2H2O = 2H2 +O2 通电通电总反应：总反应：H2SO4溶液溶液4OH- - 4e- 2H2O+O2 4H + 4e 2H2 4H4H+ + + 4e+ 4e 2H 2H2 2 4OH- - 4e- 2H2O+O2 NaOH溶液溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2H2O = 2H2 +O2 通电通电 4OH- - 4e- 2H2O

10、+O2 4H + 4e 2H2 从从H+ 、Cu2+ 、Na+ 、Cl-、SO42-五种五种离子中选出两种离子组成电解质，按下离子中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，用电解质的化学式填列要求进行电解，用电解质的化学式填空（使用惰性电极电解）空（使用惰性电极电解）（1）电解过程中溶液的电解过程中溶液的pHpH增大的有增大的有_ （2）电解过程中溶液的）电解过程中溶液的pH减小减小 的有的有 （3）电解过程电解过程中溶液的中溶液的pHpH不变的有不变的有 。 有何规律？有何规律？CuSO4、H2SO4Na2SO4练习练习2：NaCl 、HCl CuCl2电解规律电解规律 (用惰性材料作电

11、极时用惰性材料作电极时)、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。溶液时，实质上是电解水。 如电解如电解H H2 2SOSO4 4、NaOHNaOH、NaNa2 2SOSO4 4等溶液时等溶液时其电极反应式为：其电极反应式为：阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 4H+ +4e2H2 总反应：总反应：2H2O O2 +2H2 电解电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。原来的浓度，只需加入一定量的水即可。HNO3电解规律电解规律(用惰性材

12、料作电极时用惰性材料作电极时)、电解无氧酸溶液、电解无氧酸溶液( (氢氟酸除外氢氟酸除外) )、不活泼金属的、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、如电解盐酸、CuClCuCl2 2溶液等时溶液等时电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质( (通入一通入一定量的定量的HClHCl气体气体) )阳极：阳极： 2Cl 2eCl2阴极：阴极： 2H+ +2e H2 总反应：总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解电解

13、盐酸电解盐酸电解规律电解规律(用惰性电极电解时用惰性电极电解时)、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，有一部分被电解， 如电解如电解CuSOCuSO4 4溶液、溶液、AgNOAgNO3 3溶溶液等。液等。( (放氧生酸型）放氧生酸型）阳极阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极：阴极： 2Cu2+ +4e2Cu总反应：总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4 电解 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。复原来的组成和浓度，需

14、加入一定量金属氧化物。如：电解如：电解CuSO4 、 AgNO3溶液等溶液等电解规律电解规律(用惰性材料作电极时用惰性材料作电极时)、电解活泼金属的无酸盐溶液时，电解质和水、电解活泼金属的无酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解都有一部分被电解，如电解NaClNaCl溶液等。溶液等。 (放氢生碱型）放氢生碱型）电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的复原来的组成和浓度，需通入一定量的HClHCl。阳极阳极 (C)： 2Cl 2eCl2阴极阴极 (C)： 2H+ +2e H2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O2

15、NaOH+ Cl2 + H2电解电解以以碳棒碳棒为电极，电解下列物质的水溶液时，在阴、阳两为电极，电解下列物质的水溶液时，在阴、阳两极上分别是什么离子放电？总结有什么特点或规律？极上分别是什么离子放电？总结有什么特点或规律？ HClHCl、CuClCuCl2 2、H H2 2O O 2. NaCl2. NaCl、AgNOAgNO3 3、CuSOCuSO4 4 3. Na3. Na2 2SOSO4 4、H H2 2SOSO4 4、NaOHNaOH实质电解的只是溶质本身实质电解的只是溶质本身实质电解的是溶质和实质电解的是溶质和H2O实质电解的就是实质电解的就是H2O（1）电解时，只生成）电解时，只

16、生成H2而不生成而不生成O2，则溶液的则溶液的pH 。 （2）电解时，只生成）电解时，只生成O2而不生成而不生成H2，则溶液的则溶液的pH 。（3）电解时，既生成）电解时，既生成H2又生成又生成O2，则，则实际为电解水。实际为电解水。若为酸性若为酸性 pH ，若碱性溶液，则溶液的若碱性溶液，则溶液的pH ，若为中性，则若为中性，则pH 。增大增大减小减小减小减小增大增大不变不变7.电解过程中溶液pH的变化规律 练习练习3、下图、下图A为直流电源，为直流电源，B为浸透饱和氯化为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽接通为电镀槽接通电路后发现电路后发现B上的上的c点

17、显红色为实现铁上镀锌，点显红色为实现铁上镀锌，接通接通K后，使后，使c、d两点短路下列叙述正确的两点短路下列叙述正确的是是 （ ）Aa为直流电源的负极为直流电源的负极Bc极发生的反应为极发生的反应为2H2eH2 Cf电极为锌板电极为锌板De极发生氧化反应极发生氧化反应BD 练练 习习4下图所示装置中，下图所示装置中，a、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极附近溶液呈红色。下列说极附近溶液呈红色。下列说法正确的是法正确的是 ( )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

18、的PH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 练习练习5 5：（：（2007 2007 上海）某学生设计了一个上海）某学生设计了一个“黑笔黑笔写红字写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是据此，下列叙述正确的是 ( )( )A.A.铅笔端作阳极，发生还原反应铅笔端作阳极，发生还原反应B.B.铂片端作阴极，发生氧化反应铂片端

19、作阴极，发生氧化反应C.C.铅笔端有少量的氯气产生铅笔端有少量的氯气产生D.aD.a点是负极，点是负极，b b点是正极点是正极D练习练习6 6. .右图中右图中x x、y y分别是分别是直流电源的两极直流电源的两极, ,通电后通电后发现发现a a极板质量增加极板质量增加,b,b极极板处有无色无臭气体放出板处有无色无臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的 ( )( )A 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阴阳离子放电顺序及阳极氧化、阴根据阴阳离子放电顺序及阳极氧化、阴极还原分析得出产物极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳

20、两极附近有哪些离子小结小结3想一想？想一想？ 如果要在某铁制品表面镀上一层银，如果要在某铁制品表面镀上一层银，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。出电极反应方程式。 阴极阴极某铁制品某铁制品 阳极阳极金属银金属银 电镀液电镀液含有硝酸银的溶液含有硝酸银的溶液阳极：阳极：Ag Ag+ +e- 阴极：阴极：Ag+e Ag溶液中离子浓度不变溶液中离子浓度不变（一）电镀（一）电镀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金属或是合金的过程。层其它金属或是合金的过程。2 2、目的：、目的：4、

21、电镀的特点：、电镀的特点：3 3、电镀材料的选择：、电镀材料的选择： 使金属增强抗腐蚀的使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。能力，增加美观和表面硬度。1 1）阳极本身参加电极反应阳极本身参加电极反应2 2）电解质溶液的浓度保持不变电解质溶液的浓度保持不变二、电解池原理的应用二、电解池原理的应用电镀液电镀液含有镀层金属离子的溶液含有镀层金属离子的溶液阳极阳极镀层金属镀层金属阴极阴极镀件镀件（二）铜的电解精炼（二）铜的电解精炼阳极：阳极： Cu Cu Cu Cu2+2+ +2e-阴极：阴极：CuCu2+2+ 2e+ 2e- - Cu Cu 杂质比铜活泼的杂质比铜活泼的ZnZn、NiNi、F

22、eFe等：等：Zn Zn ZnZn2+ 2+ + +2e- Ni-2e-= Ni2+Fe Fe Fe Fe2+ 2+ + +2e-活泼性在铜之后的银、金等：活泼性在铜之后的银、金等：还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。留在溶液中，成为阳极泥。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。 (三）氯碱工业三）氯碱工业 （1 1）在在NaClNaCl溶液中溶液中,NaCl,NaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。 通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下， 向阴极移动，向阴极移

23、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 。 阳极方程式：阳极方程式： ; ; （2 2）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H H2 2O O 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PHPH 。 阴极方程式：阴极方程式： 。Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+2Cl- - 2e- Cl22H+ + 2e- H2 总化学方程总化学方程式：式： ; ; 总离子方程式总离子方程式: . (3)(3)电解前向溶液中滴加酚

24、酞，通电后现象为：电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为： _ ，两极极板上，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？都有气体产生，如何检验气体的种类？ NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解 阴极附近的溶液无色变为红色阴极附近的溶液无色变为红色阳极阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极 附近附近,产生气体可以使湿润产生气体可以使湿润KI淀粉试淀粉试 纸变蓝色纸变蓝色.（四）（四）. .电解法冶炼金属：电解法冶炼金属： 对于活泼的金属单质，如：锂、钠、钙、镁、铝等对于活泼的金属单质，如：锂、钠、钙、镁、铝等等，由于难有还原剂从

25、它们的化合物中还原出来等，由于难有还原剂从它们的化合物中还原出来, ,采采用电解法几乎是得到它们的唯一方法。用电解法几乎是得到它们的唯一方法。 电解电解2Al2Al2 2O O3 3 ( (熔融熔融) ) = 4Al+3O= 4Al+3O2 2, , 其中，其中，NaNa3 3AlFAlF6 6在电解时作熔剂，以降低在电解时作熔剂，以降低AlAl2 2O O3 3的熔化所需要的温度的熔化所需要的温度 电解电解 电解电解 MgCl MgCl2 2 ( (熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2 NaCl(NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2 Na3AlF6化学腐蚀电化腐蚀条

26、件金属跟非金属金属跟非金属单质直接接触单质直接接触不纯金属或合金跟不纯金属或合金跟电解质溶液接触电解质溶液接触现象无电流产生无电流产生有微弱电流有微弱电流产生产生本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属较活泼金属被氧化被氧化联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍（1）化学腐蚀与电化腐蚀）化学腐蚀与电化腐蚀金属的腐蚀及防腐蚀金属的腐蚀及防腐蚀1、金属的腐蚀：金属或合金的表面与周围的物、金属的腐蚀：金属或合金的表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。说明：说明：本质本质是金属原子是金属原子失去电子被氧化失去电子被氧化的过

27、程。的过程。（2 2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以FeFe为例）为例）析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件电极反应电极反应负负极极正正极极总反总反应式应式水膜酸性较强水膜酸性较强（pH4.3)水膜酸性很弱水膜酸性很弱或中性或中性Fe-2e- =Fe2+2H+2e- =H2O2+2H2O+4e- =4OH-Fe+2H+=Fe2+H22Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2练习：请你根据原电池原理，写出钢铁练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸吸氧腐蚀氧腐蚀的电极反应式的电极反应式及及电池反应方程式。电池反应方程式。2Fe - 4e- 2Fe2+O2 + 2H2O + 4e-

28、4OH-2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O进一步反应：进一步反应：负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：2、金属的防护、金属的防护3、金属腐蚀速率大小、金属腐蚀速率大小 金属表面覆盖保护层金属表面覆盖保护层 a a、非金属材料：油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、非金属材料：油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料 橡胶等橡胶等 b b、电镀：白口铁、马口铁、电镀：白口铁、马口铁 c c、钝化：致密的氧化物薄膜、钝化：致密的氧化物薄膜改变金属内部结构：改变金属内部结构：加入镍和

29、铬加入镍和铬-不锈钢不锈钢电化学保护法：电化学保护法： a a、利用原电池原理、利用原电池原理牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法 例如：船体四周镶嵌锌块；镀层破损后的白例如：船体四周镶嵌锌块；镀层破损后的白铁皮铁皮 b b、利用电解原理、利用电解原理-阴极电保护法（外加电流阴极阴极电保护法（外加电流阴极保护法）保护法）电解池阳极原电池负极化学腐蚀电解池阳极原电池负极化学腐蚀下列各情况下，其中下列各情况下，其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是 。(5)(2) (1)(3)(4)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电

30、池原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀有防腐措施的腐蚀(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: .Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜 如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？不变？问题讨论：问题讨论：设计成电解池设计成电解池且铁作阴极且铁作阴极金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确等杂质，可用电解法制备高