电解池 省赛获奖 优质课比赛一等奖

第四章电化学基础第三节电解池氢气氧气

电解电解水：2H2O====2H2↑＋O2↑+_思考回忆1、电解质是指在_____________能够导电的化合物。2、电离是指电解质在_____________或__________状态下离解成____________的过程。3、原电池是_____________的装置。4、构成原电池的条件是

水溶液或熔融状态下水溶液熔融自由移动离子把化学能转化为电能两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应探究实验1实验步骤如图所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳棒插入盛有CuCl2溶液的U型管中，观察现象。实验现象结论

无明显变化没有且不能自发发生原电池反应装置不满足构成原电池的条件分析原因:探究实验2－－如图所示，将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入盛有CuCl2溶液的烧杯中，再接通12V直流电,观察现象。约3～5min后切断电源。CCCuCl2阴极阳极CuCl2溶液＋－实验现象实验现象产物验证产物确定有气泡逸出有红色固体析出氯气铜不能使带火星木条复燃使淀粉碘化钾试纸变蓝—————氧气？氢气？阴极阳极实验分析思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?阳离子：Cu2+H+

阴离子：Cl-OH-Cu2+H+向阴极区移动；Cl-OH-向阳极区移动Cl-→Cl2↑OH-→O2↑

H2OH++OH-

CuCl2＝Cu2++2Cl-

阴极区：Cu2+→CuH+→H2↑阳极区：思考3：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物可能是哪些？思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？Ⅰ通电前－＋阴极阳极Ⅱ通电后Cu2+氧化性大于H+,故Cu2+得电子变成CuCl-还原性大于OH-,故Cl-失电子生成Cl2实验分析2Cl－

－

2e－

=Cl2↑（氧化反应）Cu2+

＋2e－

=Cu（还原反应）总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑电解阳极：阴极：像这样使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程，叫做电解1.电解：

使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起

氧化还原反应的过程，叫做电解。3.构成电解池的条件：①直流电源；阴极:与电源负极相连[氧化反应]阳极:与电源正极相连[还原反应]②阴、阳电极③电解质溶液或熔融电解质；2.电解池：电能转变为化学能的装置。CC一、电解原理④形成闭合回路。一、电解原理：

4、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：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）5、电流的流向:外加电源的正极流出，流到电解池的阳极，再从阳极经电解质流到电解池的阴极，再流回负极，再流回电源正极。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.(阳离子与电流方向相同，阴离子与电流方向相相反）异性相吸阳氧化、阴还原7、电极反应：一、电解原理：

阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电。影响离子放电的因素：离子得失电子的能力离子的浓度8.产物的判断要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。一、电解原理：

7.产物的判断阴极：氧化性强的离子先得电子Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）

>Pb2+>

Sn2++>Fe2+>Zn2+

浓度大时先于

H+放电

>H+（水）

>

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

水中H+先放电金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。一、电解原理：

7.产物的判断②惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)：溶液中阴离子放电先后顺序是：阳极：①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO3－>SO42－>F－

金属

>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO3－>SO42－>F－

分析电解反应的一般思路：2、明确溶液中存在哪些离子并根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物3、明确阴阳两极离子放电顺序1、明确电极材料4、写出阳极、阴极离子反应，合并写出总离子反应5、根据阳阴离子来源，补充条件电解，确定总离子反应，及化学反应分析用惰性电极电解氯化铜溶液中①电极惰性电极不放电，只有离子放电

H2O

H++OH—

②离子来源CuCl2＝Cu2++2Cl-

③离子放电的顺序阴极：阳离子阳极：惰性电极离子放电Cu2+

>H+Cl->OH－2Cl-－2e－＝

Cl2Cu2++2e－＝Cu④电极反应：阳极：阴极：合并总离子：2Cl-

+Cu2+

＝

Cl2↑+Cu⑤总反应：CuCl2＝＝Cl2↑+Cu

回顾电解思考?用惰性电极电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果：①电极惰性

H2O

H++OH—

②离子来源Na2SO4

＝2Na++SO4

2—③离子放电的顺序阴极：阳离子阳极:阴离子H+

>Na+OH－>SO42－4OH－－4e－＝2H2O+O2↑4H++4e－＝2H2↑④电极反应：阳极：阴极：合并总离子：4OH－+4H+

＝2H2O+O2↑+2H2↑⑤总反应：2H2O＝＝O2↑+2H2↑电解用惰性电极电解硫酸钠溶液中：实质是电解水。[例]写出以碳棒为电极，分别电解下列溶液,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。(1)NaCl溶液:(2)CuSO4溶液:

阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2↑或(4H2O4H++4OH-)

阴极：2Cu2++4e-＝2Cu

电解总反应式：2Cu2++2H2O＝Cu+O2↑+4H+阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑或(2H2O2H++2OH-)总反应方程式：2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-

电解H+应该在哪一极生成？OH-在哪一极生成？消耗H+相当于生成OH-消耗OH-相当于生成H+练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电极反应及电解总反应式。

AgNO3溶液

试一试阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑或(4H2O=4H++4OH-）阴极：4Ag++4e-=4Ag总反应式：4Ag++2H2O==4Ag+O2↑+4H+通电用铜电极电解氯化铜溶液中会有怎样的结果：①电极阳极活性，金属放电，离子放电不放电

H2O

H++OH—

②离子来源CuCl2＝Cu2++2Cl-

③离子放电的顺序阴极：阳离子阳极：活性电极金属放电Cu2+

>H+Cu→Cu2+

Cu

－2e－＝Cu2+

Cu2++2e－＝Cu④电极反应：阳极：阴极：合并总离子：

Cu

+Cu2+

＝Cu2+↑+Cu⑤总反应：思考电解用活性铜电极电解氯化铜溶液：实质是阳极粗铜溶解，阴极析出纯铜，电解精炼铜。练习：1、用铁作阳极电极电解氯化铜溶液中会有怎样的结果：

试一试阳极：Fe-2e-=Fe2+阴极：Cu2++2e-=Cu总反应式：Fe+Cu2+=Fe2++Cu通电练习：2、用铜作阳极电极电解氯化亚铁溶液中会有怎样的结果：

阳极：Cu-2e-=2Cu2+阴极：

先Fe2++2e-=Fe后Cu2++2e-=Cu总反应式：Fe2++Cu=Fe+Cu2+

电解池与原电池有哪些异同①两电极接直流电源②电解质溶液③形成闭合回路①活泼性不同的两电极②电解质溶液③形成闭合回路形成条件将电能转变成化学能的装置将化学能转变成电能的装置定义装置实例电解池原电池装置归纳电解池与原电池有哪些异同(续)电源负极→电解池阴极电解池阳极→电源正极电子流向阳极：氧化反应，电极金属失电子或溶液中的阴离子失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子电极反应阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）电极名称电解池原电池装置负极正极导线归纳二、电解规律(用惰性电极电解时)⑴、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液阳极：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

，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的

即可。实质：电解水（氢气和氧气出来）例如：电解硫酸钠溶液增大水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，如电解盐酸、CuCl2溶液等

电解后溶液中溶质的质量分数

，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的

(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↑电解电解盐酸实质：电解质本身被电解（氯气和氢气出来）减小溶质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。阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e－＝2Cu总反应：2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4

电解

（铜和氧气出来）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。电解CuSO4溶液⑷、电解活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。（氯气和氢气出来）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↑电解判断溶液的pH变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。（1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；

（2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；（3）如果既产生氢气又产生氧气

①若原溶液呈酸性则pH减小；②若原溶液呈碱性pH增大；③若原溶液呈中性pH不变。3.为下图所示装置中，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

（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：

。

2Cl--2e-=Cl22H++2e-=H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+三、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。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:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.阴极:产生无色、无味气体(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:

.第一个问题: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两个主要问题:（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应，而影响氢氧化钠的产量。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱－+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提示：第二个问题：精制食盐水

由于粗盐中含有泥沙、Ca2+

、Mg2+、

Fe3+、SO42—等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去Ca2+

、Mg2+、Fe3+

、SO42—1、用什么方法除去泥沙？电解饱和食盐水必须解决两个主要问题: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-

一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。2、粗铜的电解精炼+纯铜粗铜－CuSO4溶液三、电解原理的应用问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？阳极：Zn→Zn2+＋2e-Fe→Fe2+＋2e-

Ni

→Ni2+＋2e-Cu→Cu2+＋2e-

ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-

→Cu阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥3、电镀⑴、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程。⑵、电镀池形成条件+镀件镀层金属－含镀层金属离子的盐溶液①、镀件作阴极②、镀层金属作阳极③、含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液⑶、电镀的特点电镀液的组成及酸碱性保持不变三、电解原理的应用铁片铜片硫酸铜溶液电镀铜阳极：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）

溶液中CuSO4的浓度保持不变4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。通直流电后，阳极：2Cl-

－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强有力的氧化还原的手段。电解熔融氯化钠制钠4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）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↑冰晶石助熔剂：冰晶石（Na3AlF6

六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?冶炼铝设备图阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料原电池、电解池、电镀池判定规律

若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”先看电极：两极为导体且活泼性不同再看溶液：两极插入电解质溶液中后看回路：形成闭合回路或两极接触若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情况为电解池。讨论：比较电解池和原电池的异同~~~~~~练习1、分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。2、下列说法或实验现象的描述不正确的是（）A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁C．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快D．与电源负极相连的是电解槽的阴极B3：在50mL0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发)，则：⑴若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶质浓度将怎样变化。⑵若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是⑶如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放电当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重g，阴极上的电极反应式是。不变1.28Zn－2e－＝Zn2+Cu2++2e－＝Cu

4.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A5.根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：

Cu+2H2O=Cu(OH)2↓+H2↑。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是ABCD阳极石墨CuCuCu阴极石墨石墨FePt电解液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液H2OB

例一：铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.解析：阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑

阴极Cu2++2e-=Cu↓2H++2e-=H2↑

阳极转移电子的物质的量为:0.5×4=2mol,消耗OH-2mol,即产生H+2mol.

阴极生成0.5molH2,消耗H+1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/LpH=0

生成H2转移的电子:0.5×2=1mol,故还有1mole-

用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.四、电解计算——电子守恒法O2～2Cu～4Ag～4H＋～2H2～2Cl2～4OH－计算关系式：例二：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阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A例三：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，