电解池原理及其应用

第三节电解池金属的电化学腐蚀与保护目标解读1、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，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3、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一、电解池原理1.定义：(1)直流电源(2)电解质溶液或熔融电解质(3)固体电极材料（活性或惰性）电能转化为化学能的装置为电解池.2.构成3.电极名称：与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极电极的判断方法？例1.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。

例2ⅠⅡe-e-e-e-e-－+阳阴原电池电解池4.电子、离子定向移动方向及反应电解池必发生得电子的还原反应必发生失电子的氧化反应★.电子传递方向:电子从原电池的负极出发,经过导线回到电解池的阴极,再由离子通过电解液传到阳极,离子在阳极失去电子,电子经导线回到原电池的正极电子和离子移动方向①电子：从电源

流向电解池的

；从电解池的

流向电源的

。②离子：阳离子移向电解池的

；阴离子移向电解池的

。负极阴极阳极正极阴极阳极通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？思考3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？2.通电后，离子的运动情况有什么改变？CuCl2=Cu2++2Cl-H2O

H++OH-

阳离子：Cu2+、H+

移向阴极阴离子：Cl-、OH-移向阳极无规则运动定向运动氧化还原反应4、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程式。5、在CuCl2溶液中有自由移动的Cu2+、Cl-、H+、OH-，为什么只有Cu2+、Cl-得失电子，而H+、OH-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？阳极：2Cl-→Cl2

↑+2e-阴极：Cu2++2e-Cu总反应：CuCl2

Cl2

↑+Cu5.离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属作阳极>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞（1）阳极上（氧化反应Pt、Au除外)

）

(2)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，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：

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Fe3+氧化性较Cu2+强。Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+(H+)>

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+H2OOH－（H2O)练习1：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、离子方程式。阳极：阴极：总反应：2Cl--2e-

→Cl2↑2H++2e-→

H2

↑2HCl==H2↑

+Cl2↑通电2H++2Cl-==H2↑

+Cl2↑通电6.电极反应式书写阳极：阴极：总反应：阳极：阴极：总反应：通电4AgNO3+2H2O==4Ag+O2↑

+4HNO3通电2NaBr+2H2O==2NaOH+H2↑

+Br2通电4Ag++2H2O==4Ag+O2↑

+4H+通电2Br-+2H2O==2OH-+H2↑

+Br24OH-

-4e-

O2↑

+2H2OAg++e-

Ag2Br--2e-

Br22H++2e-

H2

↑阳极：阴极：2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通电总反应：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通电阳极：阴极：总反应：2NaCl+2H2O=H2

↑+Cl2↑

+2NaOH通电2Cl-+2H2O=H2

↑+Cl2↑

+2OH-通电Cu2++2e-

Cu4OH-

2H2O+O2

↑+4e-2Cl-

+2e-Cl2↑2H++2e-

H2

↑阳极：阴极：总反应：Na2SO4溶液2H2O==2H2↑+O2↑通电阳极：阴极：2H2O=2H2↑+O2↑通电总反应：H2SO4溶液4OH-

-4e-2H2O+O2

↑4H++4e—

2H2↑4H++4e—2H2↑4OH-

-4e-2H2O+O2

↑NaOH溶液阳极：阴极：总反应：2H2O=2H2↑+O2↑通电

4OH-

-4e-2H2O+O2

↑4H++4e—2H2↑从H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五种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空（使用惰性电极电解）（1）电解过程中溶液的pH增大的有_______（2）电解过程中溶液的pH减小的有

（3）电解过程中溶液的pH不变的有

。

有何规律？CuSO4、H2SO4Na2SO4练习2：NaCl、HCl

CuCl2★电解规律(用惰性材料作电极时)⑴、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。如电解H2SO4、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：4H++4e－＝2H2↑

总反应：2H2O＝＝O2↑+2H2↑

电解电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。HNO3★电解规律(用惰性材料作电极时)⑵、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、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。如电解盐酸、CuCl2溶液等时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(通入一定量的HCl气体)阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极：2H++2e－＝H2↑

总反应：2HCl＝＝Cl2↑+H2↑

电解电解盐酸★电解规律(用惰性电极电解时)⑶、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，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。(放氧生酸型）阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e－＝2Cu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，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。如：电解CuSO4、AgNO3溶液等★电解规律(用惰性材料作电极时)⑷、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NaCl溶液等。

(放氢生碱型）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HCl。阳极(C)：2Cl－－2e－＝Cl2↑阴极(C)：2H++2e－＝H2↑总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解以碳棒为电极，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？HCl、CuCl2、H2O2.NaCl、AgNO3、CuSO43.Na2SO4、H2SO4、NaOH实质电解的只是溶质本身实质电解的是溶质和H2O实质电解的就是H2O（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH

。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH

。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH

，②若碱性溶液，则溶液的pH

，③若为中性，则pH

。增大减小减小增大不变7.电解过程中溶液pH的变化规律练习3、下图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽．接通电路后发现B上的c点显红色．为实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路．下列叙述正确的是（）A．a为直流电源的负极B．c极发生的反应为2H＋＋2e－＝H2↑C．f电极为锌板D．e极发生氧化反应BD练习4．下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是()A．X是正极，Y是负极B．X是负极，Y是正极C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．CuSO4溶液的PH值不变a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC练习5：（2007上海）某学生设计了一个“黑笔写红字”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()A.铅笔端作阳极，发生还原反应B.铂片端作阴极，发生氧化反应C.铅笔端有少量的氯气产生D.a点是负极，b点是正极D练习6.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的()A

分析电解反应的一般思路：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、阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子小结3想一想？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，并写出电极反应方程式。阴极——某铁制品阳极——金属银电镀液——含有硝酸银的溶液阳极：Ag→

Ag++e-

阴极：Ag+＋e－→

Ag溶液中离子浓度不变（一）电镀1、定义：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。2、目的：4、电镀的特点：3、电镀材料的选择：

使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变二、电解池原理的应用电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属阴极——镀件（二）铜的电解精炼阳极：Cu→Cu2++2e-阴极：Cu2++2e-

→Cu杂质比铜活泼的Zn、Ni、Fe等：Zn→Zn2++2e-

Ni-2e-=Ni2+Fe→Fe2++2e-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。

(三）氯碱工业（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：

。Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+2Cl--2e-Cl22H++2e-H2总化学方程式：

;总离子方程式:

.(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: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KI淀粉试 纸变蓝色.（四）.电解法冶炼金属：对于活泼的金属单质，如：锂、钠、钙、镁、铝等等，由于难有还原剂从它们的化合物中还原出来,采用电解法几乎是得到它们的唯一方法。

电解2Al2O3(熔融)

====4Al+3O2↑,其中，Na3AlF6在电解时作熔剂，以降低Al2O3的熔化所需要的温度电解电解MgCl2(熔融)==Mg+Cl2

↑NaCl(熔融)==2Na+Cl2↑Na3AlF6化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，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质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。说明：本质是金属原子失去电子被氧化的过程。（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极正极总反应式水膜酸性较强（pH＜4.3)水膜酸性很弱或中性Fe-2e-

=Fe2+2H++2e-

=H2↑O2+2H2O+4e-

=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。2Fe-4e-

→2Fe2+O2+2H2O+4e-→4OH-2Fe+

O2+2H2O

=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O进一步反应：负极：正极：电池反应：2、金属的防护3、金属腐蚀速率大小金属表面覆盖保护层

a、非金属材料：油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料橡胶等

b、电镀：白口铁、马口铁

c、钝化：致密的氧化物薄膜②改变金属内部结构：加入镍和铬---不锈钢③电化学保护法：a、利用原电池原理—牺牲阳极保护法例如：船体四周镶嵌锌块；镀层破损后的白铁皮b、利用电解原理----阴极电保护法（外加电流阴极保护法）电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

。(5)(2)(1)(3)(4)讨论与交流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＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞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+2NaOH=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主要问题:如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？问题讨论：设计成电解池且铁作阴极金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，