化学电解池详解

化学电解池详解第1页/共41页〖复习回顾〗原电池：将化学能转变为电能的装置。想一想：构成原电池的条件是什么?ZnCuCuCl2溶液e－e－⑴两个活性不同的电极⑵电解质溶液(一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应)⑶形成闭合回路(4)自发进行的氧化还原反应第2页/共41页〖复习回顾〗原电池：将化学能转变为电能的装置。原电池的电极如何判断?ZnCuCuCl2溶液e－e－负极正极较活泼金属较不活泼金属或非金属电子流出电子流入氧化反应还原反应第3页/共41页联想*质疑

G

ZnCuCCCuCl2溶液负极：正极：电池总反应：CuCl2溶液〖复习回顾〗写一写：原电池的电极反应式?Zn–2e-=Zn2+Cu2+

＋2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++Cu第4页/共41页

CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2。一、电解原理实验4-2：用惰性(石墨)电极电解氯化铜溶液阴极阳极氯气铜CuCl2溶液

有气泡，气体有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝

碳棒上有一层红色的物质析出现象：

阴极：

阳极：——铜——Cl2

结论：第5页/共41页电解氯化铜溶液微观模拟实验分析：第6页/共41页一、电解原理1、电解：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2、电解池（电解槽）：把电能转化为化学能的装置。注意：（1）直流电源。（2）熔融态的电解质也能被电解。（3）电解是不可逆的。【思考1】电解池的两极是怎样确定的？第7页/共41页３、两个电极及电极反应阴极：与电源负极相连——电子流入——还原反应阳极：与电源正极相连——电子流出——氧化反应⑴、两个电极的确定及电极反应e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极第8页/共41页⑵、两个电极的类型：惰性电极(铂、金、石墨)：

——仅仅导电，不参与反应活性电极(除铂、金外的金属)：

——既可以导电、又可以参与电极反应惰性电极与活性电极【思考2】形成电解池的条件是什么？CuCuCuCl2溶液阴极阳极CCCuCl2溶液阴极阳极第9页/共41页4、形成电解池的条件e－e－CCCuCl2溶液⑴与电源相连的两个电极⑵电解质溶液或熔融的电解质⑶形成闭合回路阴极阳极【思考3】在电解过程中，电子、离子是如何形成闭合回路的？第10页/共41页5、电子的流向:

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。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）6、离子定向移动的方向:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极【思考5】如何书写电极反应方程式和总方程式？第11页/共41页通式：阴极：氧化剂＋ne-

=还原产物阳极：还原剂－ne-

=氧化产物总电解反应式：阴阳极反应式相加所得的式子（考虑电子守恒）7、电极反应式的书写：e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极阴极：Cu2++2e-＝Cu还原反应阳极：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反应总反应式：

CuCl2Cu+Cl2↑电解第12页/共41页加CuCl2溶液变小【思考6】电解后氯化铜的浓度如何变化？【思考7】若要使电解质溶液复原，怎么办？【思考8】什么叫放电？阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。【思考9】为什么Cu2+、Cl-放电，而不是

H+和OH-？阴离子放电：与阴离子的还原性的相对强弱有关阳离子放电：与阳离子的氧化性的相对强弱有关【思考10】阴阳离子的放电顺序是什么？第13页/共41页8、离子放电顺序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(H+浓度较大时）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（浓度较小时）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

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。阴极:

①活性材料作电极时：活性电极失去电子。

②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：S

2->SO32->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3->SO42-(等含氧酸根离子）>F-阳极：阴离子的还原性顺序是：阳离子的氧化性顺序是：第14页/共41页【思考11】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2＋和Cl－放电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？原溶液变为纯水，实际上是电解水的过程，所以：阴极：4H++4e—=2H2↑阳极：4OH—－4e—=2H2O+O2↑总反应：2H2O=2H2↑+O2↑【思考12】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。电解第15页/共41页

阴极：2H++2e—=H2↑阳极：2Cl—

－2e—=Cl2↑总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑【思考13】氯化钠溶液换成熔融的氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。电解第16页/共41页阴极：2Na++2e-=2Na

（还原反应）阳极：2Cl--2e-=Cl2↑

（氧化反应）总式：

2NaCl2Na+Cl2↑电解阴极阳极氯气钠熔融NaCl【思考14】分析电解反应（用惰性电极时）的一般思路是什么？第17页/共41页小结1：分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路：明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子【思考15】电解与电离有哪些异同呢？

第18页/共41页阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：CuCl2==Cu+Cl2↑电离电解条件过程特点联系通电电解质溶于水或受热融化状态

电解质电离后，再通直流电电解质电离成为自由移动的离子。例：CuCl2=Cu2++2Cl-只产生自由移动的离子

发生氧化还原反应生成了新物质

电解必须建立在电离的基础上【思考16】电解池与原电池有哪些异同呢？

小结2：电解与电离比较：第19页/共41页【思考17】电解池有什么规律？电解池能量转换离子的迁移方向发生氧化反应的电极

发生还原反应的电极反应能否自发

电能转化为化学能阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移原电池化学能转化为电能负极正极阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移相同点(从原理分析)都是氧化还原反应小结3：原电池与电解池的比较:不自发自发第20页/共41页小结4：电解规律（惰性电极）阴极阳极氯气铜实例电极反应

浓度PH值复原CuCl2

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：Cu2++2e-=2Cu减小增大CuCl2CuCl2溶液

CuCl2Cu+Cl2↑电解第21页/共41页阳极阴极氧气氢气实例电极反应

浓度PH值复原Na2SO4

实例电极反应

浓度PH值复原Na2SO4

阳极:4OH--4e-=2H2O+O2

↑阴极:

4H++4e-=2H2↑变大不变

加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑

+O2↑电解第22页/共41页阳极阴极氯气氢气实例电极反应

浓度PH值复原NaCl

阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑电解减小增大

加HClNaCl溶液第23页/共41页实例电极反应浓度PH值复原CuSO4阳极阴极氧气铜阳极:4OH--4e-=2H2O+O2

↑阴极：Cu2++2e-=

Cu减小减小

加CuOCuSO4溶液

2CuSO4+

2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4电解第24页/共41页

电解质溶液用惰性电极电解的示例：电解类型举例电极反应溶液PH变化溶液复原方法物质类别实例仅溶剂水电解

仅溶质电解

溶质和溶剂都电解

含氧酸H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl阴极:4H++4e-=2H2↑阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O减小增大不变H2O阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=

H2↑增大HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极:2Cl-－

2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=

Cu增大CuCl2活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=

H2↑增大HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O阴极:2Cu2++4e-=

2Cu减小CuO放氢生碱放氧生酸第25页/共41页巩固练习1、电极反应方程式及电解总反应方程式的书写(惰性电极，溶液)：

H2SO4 HCl NaOHK2SO4 CuCl2 CuSO4NaCl KMnO42、用石墨作电极电解CuCl2、NaCl的混合溶液时，阴极析出的物质是_____；阳极产物是_____。3、两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，阳极的产物是____；阴极的产物是____。第26页/共41页练习4、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。石墨石墨粗铜纯铜纯铜铁CuSO4溶液CuSO4溶液CuSO4溶液(A)(B)(C)第27页/共41页二、电解原理的应用1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：2Cl-

－2e-==Cl2↑阴极：2H++2e-==H2↑总反应：2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑食盐水中存在的离子：Na+

、Cl-

、H+

、OH-离子放电顺序：阳离子H+

＞Na+

阴离子Cl-

＞OH-电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阳极

氧化反应

还原反应第28页/共41页－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜

阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室第29页/共41页泥沙、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+

、SO42-Na+、Cl-、.Mg2+、Ca2+、Fe3+

、SO42-Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、Fe3+

、引入Ba2+

Na+、Cl-、Ca2+、Ba2+、引入OH-Na+、Cl-、CO32-、OH-Na+、Cl-沉降除泥沙略过量BaCl2

溶液除SO42-略过量Na2CO3

溶液除Ca2+.

Ba2+

略过量NaOH溶液除Fe3+,

Mg2+

适量HCl溶液调节PH除CO32-、OH-第30页/共41页含氯漂白剂有机合成、造纸玻璃、肥皂纺织、印染有机合成氯化物合成农药金属冶炼有机合成HCl盐酸电解饱和食盐水以氯碱工业为基础的化工生产H2NaOH湿氯气湿氢气液碱Cl2第31页/共41页二、电解原理的应用2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）电镀铜原理铜片待镀件硫酸铜溶液阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属离子的电解质阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质（硫酸铜溶液）电镀铜阳极减少质量等于阴极增加质量。第32页/共41页3、粗铜的电解精炼+纯铜粗铜－CuSO4溶液问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-

=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+

ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-=Cu阳极泥第33页/共41页电解精炼铜第34页/共41页电解精炼铜原理：①粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu－2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2++2e-=Cu②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；④电解质溶液中CuSO4的浓度减小。阳极减少质量不等于阴极增加质量。第35页/共41页制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。阳极：2Cl-

－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑4、电冶金冶炼Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。第36页/共41页电解熔融氯化钠制钠第37页/共41页制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-

－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑冰晶石思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?AlCl3为分子晶体，在