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文档简介
电解池的工作原理第1页/共30页1、了解如何判断电解池的阴、阳极2、掌握书写电解池的电极反应式3、熟练掌握阴阳离子的放电顺序(即失或得电子的顺序)4、掌握七类电解质溶液的电解规律第2页/共30页1、问题讨论常温下,金属钠能与氯气发生反应,金属铝能与氧气发生反应,并放出大量的热:工业上分别以NaCl和Al2O3
为原料生产金属钠和铝。如何实现此过程呢?电解在电解过程中,电能转化为化学能,使在通常条件(如高温)下不能发生的反应在电解条件下得以发生。电解是最强的氧化还原手段。第3页/共30页电解熔融氯化钠第4页/共30页2、电解熔融的氯化钠制取金属钠的原理分析(1)离子迁移氯化钠是由Na+和Cl﹣通过离子键形成的离子化合物,其晶体中的离子不能自由移动。将氯化钠晶体变为熔融状态后,NaCl完全电离成为能自由移动的Na+和Cl﹣。若在熔融的氯化钠中插入电极,接通电源,则原来自由移动的Na+和Cl﹣会发生定向移动,Na+移向与电源负极相连的电极即阴极,Cl﹣移向与电源正极相连的电极即阳极。第5页/共30页2、电解熔融的氯化钠制取金属钠的原理分析(2)离子放电
在电场作用下,Na+和Cl﹣分别移向与电源的负极和正极相连的电极。电子由电源负极流入阴极,Na+得到电子被还原为Na,阳极上Cl﹣失去电子被氧化为Cl再结合为Cl2,电子由导线流回电源的正极。电极反应:阴极:还原反应阳极:氧化反应第6页/共30页2、电解熔融的氯化钠制取金属钠的原理分析(3)结论:电解反应:
通电条件下,电能转化为化学能,由熔融氯化钠制得了金属钠和氯气。第7页/共30页3、电解CuCl2溶液的实验探究第8页/共30页3、电解CuCl2溶液的实验探究(1)实验操作在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒电极把湿润的KI淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源,观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。第9页/共30页3、电解CuCl2溶液的实验探究(2)实验现象阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质,阳极石墨棒上有气泡逸出,并可闻到刺激性的气味,同时看到湿润的KI淀粉试纸变蓝色。第10页/共30页3、电解CuCl2溶液的实验探究(3)原理分析CuCl2
是强电解质且易溶于水,在水溶液中电离生成Cu2+和Cl﹣;H2O是弱电解质,微弱电离生成H+和OH﹣。
通电前,离子做自由移动;通电后,这些自由移动着的离子,在电场的作用下改做定向移动。带负电的Cl﹣和OH﹣向阳极移动,带正电的Cu2+和H+向阴极移动。第11页/共30页在阳极,OH﹣、Cl﹣均可能被氧化,由于Cl﹣的放电能力比OH﹣强,Cl﹣优先于OH﹣在阳极上发生反应;在阴极,Cu2+和H+都可能被还原,但Cu2+的放电能力比H+强,Cu2+优先于H+在阴极上发生反应。3、电解CuCl2溶液的实验探究阴极:还原反应阳极:氧化反应第12页/共30页3、电解CuCl2溶液的实验探究电解CuCl2溶液的化学反应方程式为:(4)实验结论在直流电的作用下,电能转化为化学能,CuCl2被电解为Cu
和Cl2,Cu在阴极生成,Cl2
在阳极生成。第13页/共30页4、电解池的相关知识规律(1)定义:在直流电的作用下,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。借助于电流引起氧化还原反应的装置,即把电能转化为化学能的装置称为电解池(或电解槽)。(2)能量转化:电能转化为化学能。电解是最强的氧化还原手段,许多非自发的氧化还原反应在电解条件下得以发生。(3)形成条件:与直流电源相连的两个电极、电解质溶液或熔融态电解质形成闭合回路(凡与外接电源或原电池连接的装置均为电解池)。第14页/共30页4、电解池的相关知识规律(4)电极名称:阳极和阴极。与电源正极相连的电极为阳极,与电源负极相连的电极为阴极。(5)电极反应:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。(6)总反应:将电极反应相加合(消去电子),即得到电解的总反应。书写时应注明条件(通电),产物中的气体要标气体符号(↑)。(7)电子流向:电子由电源的负极流到电解池的阴极,再由电解池的阳极流回电源的正极,通过导线(体)上电子的迁移和电解质溶液(或熔融态电解质)中离子的迁移而形成闭合回路。第15页/共30页4、电解池的相关知识规律(8)电流方向:与电子流向相反。(9)离子迁移:阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。(10)电极类型:电极分两类:本身不参与电极反应,只起到导电作用的电极叫惰性电极,如铂电极、石墨电极等;因还原性较强而自身能参与反应的电极叫活泼电极(或金属电极),Ag及金属活动性顺序表中Ag前面的金属(如Zn、Fe、Ni、Pb、Cu等)作电极均为活泼电极。第16页/共30页4、电解池的相关知识规律若阳极为惰性电极,则电极反应为溶液中的阴离子放电;若阳极为活泼电极,则阳极反应一定是阳极金属本身溶解。阴极无论是惰性电极还是活泼电极,电极反应均为溶液中的阳离子放电。阴极上发生还原反应,无论金属活动性强还是弱的金属均不可能在阴极上失去电子。做笔记第17页/共30页4、电解池的相关知识规律(11)放电能力顺序阳极:活泼电极(Ag及金属活动性顺序表中排在Ag前面的金属)>S2﹣>I﹣>Br﹣>Cl﹣>OH﹣>含氧酸根。阴极:Ag+>Hg+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+。解读:①Ag
及在金属活动性顺序表中排在Ag
前面的金属作阳极时,均是阳极金属本身溶解。第18页/共30页4、电解池的相关知识规律放电能力解读:②金属单质或阴离子的还原性越强,则在阳极上的放电能力越强(电解含有I﹣、Cl﹣的混合溶液,阳极先析出I2,后产生Cl2);金属阳离子的氧化性越强(对应金属的还原性越弱),则在阴极上的放电能力越强(电解含有Cu2+、Ag+的混合溶液,阴极先析出Ag,后析出Cu)。第19页/共30页4、电解池的相关知识规律③电解水溶液时:铝前(含铝)离子不放电,氢后离子先放电,氢前铝后看条件。放电能力解读:
金属活动性顺序表中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+这5种离子及Ba2+、Li+、Rb+等不可能在阴极放电而析出金属单质;
Cu2+、Hg2+、Ag+这3种离子总是优先于H+放电
一般情况下H+优先于Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+放电,当金属离子浓度很大及控制其他电解条件时,Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+等离子也可以优先于H+放电。第20页/共30页4、电解池的相关知识规律放电能力解读:④最常用、最重要的放电顺序是:阳极:Cl﹣>OH﹣;阴极:Ag+>Cu2+>H+。⑤电解质溶液或熔融态电解质的导电过程,就是电解质溶液或熔融态电解质被电解的过程。第21页/共30页七类电解质溶液的电解规律电解质主要包括酸、碱、盐。将酸分为含氧酸和无氧酸;碱分为强碱和弱碱,由于弱碱均难溶于水而不予分析;将盐按金属的活动性和酸根的类型可分为活泼金属的含氧酸盐、不活泼金属的无氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐和不活泼金属的含氧酸盐四类,活泼金属指K、Ca、Na、Mg、Al及其他ⅠA、ⅡA族金属,不活泼金属指金属活动性顺序表中位于H以后的Cu、Hg、Ag等金属。可以归纳出“一碱二酸四类盐”这七类电解质溶液的电解规律(电极均为惰性电极)。第22页/共30页七类电解质溶液的电解规律——强碱(NaOH)阳极反应:阴极反应:总反应:溶液浓度:溶液pH:电解类型:电解质溶液复原:增大变大电解水加适量的水第23页/共30页七类电解质溶液的电解规律——含氧酸(H2SO4)阳极反应:阴极反应:总反应:溶液浓度:溶液pH:电解类型:电解质溶液复原:增大变小电解水加适量的水第24页/共30页七类电解质溶液的电解规律——活泼金属的含氧酸盐(Na2SO4)阳极反应:阴极反应:总反应:溶液浓度:溶液pH:电解类型:电解质溶液复原:增大不变电解水加适量的水第25页/共30页七类电解质溶液的电解规律——无氧酸(HCl)阳极反应:阴极反应:总反应:溶液浓度:溶液pH:电解类型:电解质溶液复原:减小变大电解电解质加适量的HCl第26页/共30页七类电解质溶液的电解规律——不活泼金属的无氧酸盐(CuCl2)阳极反应:阴极反应:总反应:溶液浓度:溶液pH:电解类型:电解质溶液复原:减小变大(不考虑Cl2溶于水及与水反应)电解电解质加适量的CuCl2第27页/共30页七类电解质溶液的电解规律——活泼金属的无氧酸盐(NaCl)阳极反应:阴极反应:总反应:溶
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