电解池 课件 【基础梳理+考点探究】高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章化学反应与能量第二节电解池

一个能自发进行的氧化还原反应通常可以设计成原电池，对环境作(电)功，如：Cu(s)＋

Cl2(g)＝

CuCl2(aq)∆H＜0；就可以设计成如下图所示的原电池。Cu＋

−e−e−1mol/LCl－1mol/LCu2＋反应的本质：铜氯原电池的正极电势高于负极电势，因此电子从负极向正极转移的过程是一个自发的过程。负极电势

φ(Cu2＋/Cu)＝＋0.34V正极电势

φ(Cl2/Cl−)＝＋1.36V电源电动势

E＝＋1.02V新课导入

一个能自发进行的氧化还原反应通常可以设计成原电池，对环境作(电)功，如：Cu(s)＋

Cl2(g)＝

CuCl2(aq)∆H＜0；就可以设计成如下图所示的原电池。Cu＋

−e−e−1mol/LCl－1mol/LCu2＋反应的本质：铜氯原电池的正极电势高于负极电势，因此电子从负极向正极转移的过程是一个自发的过程。新课导入Cu(s)＋Cl2(g)＝Cu2＋(aq)＋2Cl−(aq)自发的电子转移电子的转移是非自发的思考：如何使CuCl2分解，这一非自发的过程得以实现？环境必须对该体系做功Cu2＋＋Cl－Cu＋Cl2Cu＋Cl2Cu2＋＋Cl－(a)自发过程的实现(b)非自发过程的实现自发与非自发过程的实现新课导入Cu2＋＋Cl－Cu＋Cl2Cu＋Cl2Cu2＋＋Cl－(a)自发过程的实现(b)非自发过程的实现自发与非自发过程的实现谁是CuCl2分解为Cu和Cl2这个过程中的水泵呢？

我们所需的这个“泵”做功的对象不是“水流”而是“电子流”，因此直流电源正是我们需的“电子泵”，将直流电源接入则可能实现非自发氧化还原反应的实现。新课导入Cu2＋＋Cl－Cu＋Cl2Cu＋Cl2Cu2＋＋Cl－(a)自发过程的实现(b)非自发过程的实现自发与非自发过程的实现新课导入Cu(s)＋

Cl2(g)＝

Cu2＋(aq)＋

2Cl−(aq)

真实情况是否如我们想象的一样呢？实验验证−

＋一、电解原理1、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解

在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2溶液，插入两跟石墨棒作电极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。实验现象生成气体使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝析出红色固体溶液蓝色褪去一、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解实验现象阳极阴极阴极：溶液的蓝色逐渐褪去，石墨棒上逐渐覆盖一层红色的物质阳极：有气泡产生，湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色(铜)(Cl2)一、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解现象分析OH-Cl-Cl-Cu2+Cu2+H+Cl-Cl-通电前CuCl2溶液中的主要离子有Cu2＋、Cl−、H＋和OH−，在溶液中做无方向性的热运动通电后由于阳极的电势比阴极的电势高，溶液中的阴离子(Cl−和OH−)主要向阳极移动、阳离子(Cu2＋和H＋)主要向阴极移动OH-Cl-Cl-Cu2+Cu2+H+Cl-Cl-离子迁移方向“＋－、－＋”一、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解现象分析OH-Cl-Cl-Cu2+Cu2+H+Cl-Cl-电解过程中，在阴极附近大量的Cu2＋和少量H＋都有得到电子的趋势，但由于Cu2＋比H＋具有更强的氧化性且占据浓度优势，因此阴极表面Cu2＋优先得电子OH-H+OH-H+Cl2阴极：Cu2＋

＋2e−＝Cu(还原反应)一、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解现象分析OH-Cl-Cl-Cu2+Cu2+H+Cl-Cl-同理在阳极附近，大量的Cl−和少量OH−都有失去电子的趋势，但由于Cl−比OH−具有更强的还原性且占据浓度优势，因此阳极表面Cl−优先失电子。OH-H+OH-H+Cl2阳极：2Cl−−2e−＝

Cl2↑(氧化反应)一、电解原理(1)教材P101·实验4−2CuCl2溶液的电解电极反应阳极(＋)：2Cl−

−2e−＝

Cl2↑

(氧化反应)阴极(－)：Cu2＋

＋2e−＝Cu

(还原反应)化学方程式：Cu2＋

＋2Cl−

===Cu+Cl2↑通电小知识：阴、阳离子在电极表面失去或得到电子的过程叫放电实验结论：在直流电源作用下，溶液中的CuCl2发生了反应，生成了Cu和Cl2。2、电解和电解池(1)电解：

使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池(电解槽)：将电能转化为化学能的装置注意：电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程。是化学变化。一、电解原理(3)电极与电极反应电化学规定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的阴极一、电解原理(3)电极与电极反应电化学规定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极阳极：与直流电源正极相连的电极，阳极上活性电极本身或电解质溶液(或熔融电解质)中还原性强的阴离子失电子，发生氧化反应。阴极：与直流电源负极相连的电极，阴极上电解质溶液(或熔融电解质)中氧化性强的阳离子得电子，发生还原反应。电极材料惰性电极(仅导电不参与反应)活性电极(既导电又能参与反应)如：碳棒、Pt、Au除Pt、Au外金属(5)电子和离子的移动方向①电子的流动方向：电子从电源负极沿导线流入电解池的阴极，阳极失去电子，电子沿导线流回电源正极。(电子不下水)②离子的移动方向：阳离子移向阴极；阴离子移向阳极(“＋－、－＋”或阴阳相吸)(4)电解池的构成条件具有直流电源两个电极电解质溶液或熔融电解质形成闭合回路一、电解原理练、如图是电解氯化铜溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是(

)A.a为负极，b为正极B.a为阳极，b为阴极C.电解过程中，d电极质量增加D.电解过程中，氯离子浓度不变C一、电解原理3、电极反应规律一、电解原理电解过程中离子的放电顺序是受多方面因素影响，即有热力学因素，又有动力学因素，还有电压大小、电极材料等其他因素的影响。一般地，我们讨论离子的放电顺序都是建立在浓度相同、电压恒定的基础上。得出以下一般性的放电顺序。阳极：活性电极

＞

S2−＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−/H2O＞(最高价含氧酸根离子)＞F−水溶液中没有机会失电子阳极：(1)关注电极材料

(2)要记准I−＞Cl−＞OH−/H2O3、电极反应规律一、电解原理阳极：活性电极

＞S2−＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−/H2O＞(最高价含氧酸根离子)＞F−水溶液中没有机会失电子注意：(1)关注电极材料

(2)要记准I−＞Cl−＞OH−/H2O阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H2O＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca＋＞K＋只在熔融状态下放电注意：(1)Fe3＋→Fe2＋

(2)要记准Ag＋

>Fe3＋

>Cu2＋

>H＋温馨提示：这里只介绍离子放电顺序的一般规律，若在试题中出现不符合此规律的提示，应按照试题的引导及客观事实对电极反应进行分析。切勿将此规律生搬硬套。思考1：在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成硫酸铜，其结果又如何呢？写出电极反应。分析:(1)溶液中所含阳离子：Cu2+、H+(2)溶液中所含阴离子：OH−、SO42−放电顺序：Cu2+>H+阴极反应：Cu2+

+2e−

＝

Cu阳极反应：2H2O−4e−＝O2↑+4H＋放电顺序：OH−>SO42−一、电解原理思考2：若电解硫酸铜溶液一小段时间后加_____可复原CuO思考3：若电解硫酸铜溶液一段时间后，Cu2+全部放电，电解还能继续吗？若能继续，试写出两极电极反应式阳极：2H2O−4e−＝O2↑+4H＋阴极：2H2O+2e−＝H2↑+2OH−总反应：2H2O===2H2↑+O2↑电解一、电解原理思考4：此时可向溶液中加____________可复原。CuO和H2O思考5：若用铜作电极电解硫酸铜溶液阳极反应：阴极反应：Cu2++2e−

＝CuCu−2e−

＝Cu2+小结：用惰性电极进行电解时的电解规律电解类型仅溶剂水电解仅溶质电解溶质和溶剂同时电解举例物质类别实例含氧酸强碱活泼金属的含氧酸盐无氧酸不活泼金属的无氧酸盐活泼金属的无氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐

溶液pH

变化溶液复原方法电极反应阳极：阴极：阳极：阴极：阳极：阴极：阳极：阴极：阳极：阴极：H2SO4NaOHNa2SO42H2O−4e−＝O2↑+4H＋2H2O+2e−＝H2↑+2OH−减小增大不变H2OHCl2Cl−−

2e−

＝Cl2↑2H＋+2e−＝H2↑增大HClCuCl22Cl−−

2e−

＝Cl2↑Cu2＋+2e−＝

CuCuCl2NaCl2Cl−−

2e−

＝Cl2↑2H2O+2e−＝H2↑+2OH−增大HClCuSO42H2O−4e−＝O2↑+4H＋Cu2＋+2e−＝

Cu减小CuO练、请写出用惰性电极电解下列溶液的总反应方程式(1)NaCl溶液：(2)CuSO4溶液：(3)AgNO3溶液：2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑电解2CuSO4+2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑电解4AgNO3+2H2O===4Ag+4HNO3+O2↑电解一、电解原理练、用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L(标况)气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为(

)

A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA一、电解原理1、电解饱和食盐水(1)氯碱工业：

用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。(2)电解饱和食盐水的反应原理①通电前：溶液中含有的离子:_____________________

通电时：移向阳极的离子是:____________

移向阴极的离子是:____________Na＋、Cl−、H＋、OH−Cl−、OH−Na＋、H＋二、电解原理的应用——电解饱和食盐水电解前

阴、阳两极的现象

电解后②阳极反应式:_________________

阴极反应式:_________________________2Cl−－2e−

＝

Cl2↑2H2O＋

2e−＝2OH−+H2↑二、电解原理的应用——电解饱和食盐水(2)电解饱和食盐水的反应原理③电解的总反应式化学方程式:_________________________________离子方程式:_________________________________2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑通电2Cl−+2H2O==2OH−+H2↑+Cl2↑通电

在此实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液能与Cl2发生生成NaClO，H2和Cl2混合后遇热或光照会发生爆炸。在工业生产中，为了避免产物的混合，需使反应在特殊的电解槽中进行。二、电解原理的应用——电解饱和食盐水②阳极反应式:_________________

阴极反应式:_________________________2Cl−－2e−

＝

Cl2↑2H2O＋

2e−＝2OH−+H2↑(3)氯碱工业生产流程(离子交换膜法制烧碱)①生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：涂覆有镍涂层的碳钢网；阳极：涂覆着钛、钌等氧化物涂层的金属钛网；阳离子交换膜：只允许阳离子通过(阴离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。离子交换膜的作用：a.防止了产生的H2(阴)和Cl2(阳)相混合而引起爆炸；b.避免氯气与氢氧化钠反应，而影响氢氧化钠产量。二、电解原理的应用——电解饱和食盐水二、电解原理的应用——电解饱和食盐水Cl−Cl−Cl−Cl−Cl2Na＋＋－Na＋Na＋Na＋Na＋OH−H＋＋OH−H2OH＋＋OH−H2OH2H2O(含少量NaOH)精制饱和食盐水淡盐水浓NaOH溶液阳离子交换膜阳极室阴极室H2Cl2阴极阳极离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图②有人利用电解饱和食盐水的原理设计一个制备少量NaClO消毒液的电解装置，如图所示。请补充完整图中的信息，在虚线框中画出电源符号，并写出电解反应方程式。阴极：______________________阳极：______________________总反应：____________________电解法制备NaClO溶液装置导管电极材料:_______电极材料:_______电解质溶液:________－＋石墨石墨NaClNaCl+H2O===NaClO+H2↑通电2H2O＝2OH−+H2↑Cl−－2e−+2OH−＝ClO−+H2O二、电解原理的应用——电解饱和食盐水阳极－－－阳膜阴膜阴膜阳膜阴膜阳膜阴极出口1出口2电渗析法淡化海水装置Na＋Cl－Na＋Cl－Na＋Cl－Na＋Cl－Na＋Cl－③利用隔膜法电解饱和食盐水的原理还可设计一种淡化海水的装置，如图所示。请在图中标出各室中Na＋和Cl−的迁移方向，并在出口处标注“浓盐水”和“淡水”。淡水浓盐水二、电解原理的应用——电解饱和食盐水二、电解原理的应用——电解饱和食盐水(4)氯碱工业产品及其应用电解饱和食盐水NaOH含氯漂白剂Cl2H2HCl有机合成氯化物合成造纸、玻璃肥皂、纺织印染有机合成农药盐酸有机合成金属冶炼液碱湿氯气湿氢气2、电镀(1)概念:

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加工工艺。(3)电镀实验装置(电镀池)二、电解原理的应用——电镀(2)目的:使金属增强防锈抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观＋﹣

电镀原理示意图直流电源ZnSO4溶液锌片待镀铁制品待镀金属(镀件)：作阴极镀层金属：作阳极电镀液：含有镀层金属离子(3)电镀实验装置(电镀池)二、电解原理的应用——电镀＋﹣

电镀原理示意图直流电源ZnSO4溶液锌片待镀铁制品待镀金属(镀件)：作阴极镀层金属：作阳极电镀液：含有镀层金属离子阳极反应式:_______________阴极反应式:_______________Zn－2e−＝Zn2＋Zn2＋+2e−＝Zn温馨提示：离子的放电顺序主要取决于离子本身性质，阴极还与离子浓度、溶液pH有关；阳极与电压(电流密度)有关。(4)特点：阳极溶解、阴极沉积、电镀液的浓度保持不变3、金属的电解精炼粗铜：火法炼铜得到的粗铜纯度约为98%左右，含有Ni、Fe、Zn、Au、Ag等杂质，不能满足电气工业的要求，经过电解精炼可以得到纯度在

99.95%~99.98%的电解铜。粗铜CuSO4溶液精铜(2)试设计一个电解精炼铜装置阳极：粗铜板阴极：纯铜板电解液：硫酸酸化的CuSO4溶液

(加硫酸以增强溶液导电性)二、电解原理的应用——金属的电解精炼阳极：Cu－2e−＝Cu2＋(主)Zn－2e−＝Zn2＋(次)

Ni－2e−＝Ni2＋(次)

Fe－2e−＝Fe2＋

(次)(3)电解过程说明：金属活动顺序表中位于Cu前的Zn、Ni、Fe等金属杂质也会同时失去电子，是阳极的副反应。而位于Cu后的Au、Ag等金属因失电子能力较弱，难以变成阳离子而溶解，当阳极上的Cu失电子溶解后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部形成“阳极泥”，阳极泥是提炼金、银等贵金属的原料。二、电解原理的应用——金属的电解精炼阴极：Cu2＋＋2e−＝Cu(3)电解过程二、电解原理的应用——金属的电解精炼说明：溶液中大量的Cu2＋、一定量的H＋和少量Zn2＋、Ni2＋、Fe2＋等离子，均具有得电子能力，但Cu2＋浓度最大且得电子能力最强，因此在阴极得电子还原为Cu附着阴极上，阴极上就得到了精铜。思考：当外电路通过0.2mol电子时，阳极减重6.4g()，阴极增重6.4g()，电解质溶液中Cu2＋浓度保持不变()。√╳╳练、金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是()(已知：氧化性Fe2＋

<Ni2＋

<Cu2＋)A.阳极发生还原反应，其电极反应式:Ni2＋＋2e−＝NiB.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂D二、电解原理的应用——金属的电解精炼4、电冶金金属冶炼的本质：Mn＋＋ne−

＝M电解是最强有力的氧化还原手段，因此电解法是冶炼金属的一种重要方法。对于像Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解几乎是唯一可行的工业方法。二、电解原理的应用——电冶金(1)电解熔融NaCl制取金属钠阳极:阴极:总反应:2Cl−﹣2e−

＝Cl2↑2Na++2e−

＝2Na2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑通电(2)电解冰晶石(Na3AlF6)−氧化铝共熔物制取铝Al2O3的熔点很高，难熔化，而熔融的冰晶石能够溶解氧化铝。冰晶石−氧化铝熔盐的熔点相对较低，这样有利于工业化的生产。二、电解原理的应用——电冶金4、电冶金(2)电解冰晶石−氧化铝