电解池及应用

关于电解池及应用

1.a今有2H2+O2=2H2O反应,KOH为电解质溶液构成燃料电池,则负极应通入___气,正极通入___气,电极反应为:负极_______________

正极_____________b如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极____________正极____________a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_________________c.如把H2改CH4,

KOH作导电物质则电极反应为:负极_______________

正极____________

总反应式______________氢氧2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-

=

4H+O2+4H++4e-=2H2Oa变小b变大CH4+10OH--8e-

=CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O第2页,共59页，2024年2月25日，星期天氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：

1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极CD第3页,共59页，2024年2月25日，星期天4.

有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-②负极上CH4失去电子，电极反应式：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③正极上是O2获得电子，电极反应式为：

O2+2H2O+4e-=4OH-④电池放电后，溶液pH升高

A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④A

第4页,共59页，2024年2月25日，星期天例1.判断下列装置的性质、现象、产物第5页,共59页，2024年2月25日，星期天上述各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

。讨论与交流注.在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解池阳极的腐蚀＞原电池阴极的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀5、2、1、3、4第6页,共59页，2024年2月25日，星期天电离

电解

条件过程特点联系

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。CuCl2=Cu2++2Cl-通电阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。CuCl2==Cu+Cl2↑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小结1电解与电离的区别与联系第7页,共59页，2024年2月25日，星期天写出下列物质的电离方程式

CuCl2

H2ONaHSO4CH3COONH4

结论：电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作______________运动；在外电源的作用下（直流电)，改作_________移动而导电。在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化—还原反应，即被电解，电离是__________的前提。

自由定向电解而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。第8页,共59页，2024年2月25日，星期天电解池电极反应规律（阳氧阴还）(1)阴极：得电子，还原反应

①电极本身不参加反应②一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子(2)阳极：失电子，氧化反应

①若为金属（非惰性）电极，电极失电子②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子第9页,共59页，2024年2月25日，星期天例.(2008江苏13)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（）A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1D第10页,共59页，2024年2月25日，星期天

【思考】“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化如下图曲线：（1）电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是什么？（2）“实验派”的实验结论是

，该观点的理由是（从化学原理上加以简述）:随着电解的进行,溶液的pH下降.生成的氯气溶于水使溶液酸性增强.氯化铜为强酸弱碱盐,铜离子水解使溶液呈酸性.第11页,共59页，2024年2月25日，星期天（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液PH值的变化。巩固练习第12页,共59页，2024年2月25日，星期天2.如上图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是

A.P是电源的正极B.F极上发生的反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑C.电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应D.通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变

B第13页,共59页，2024年2月25日，星期天用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在①和④两极，电极产物的物质的量之比为1︰2的是甲乙

ABCD甲KOHH2SO4Na2SO4CuSO4乙CuSO4AgNO3HClHNO3

D第14页,共59页，2024年2月25日，星期天为下图所示装置中，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第15页,共59页，2024年2月25日，星期天5.用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：

A、27mgB、54mgC、108mgD、216mgB第16页,共59页，2024年2月25日，星期天二、电解原理的应用第17页,共59页，2024年2月25日，星期天电解饱和食盐水反应原理

思考:（1）电解池的两极各产生什么现象?若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成?（3）结合教材，分析产生这种现象的原因。在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源实验装置第18页,共59页，2024年2月25日，星期天1.电解食盐水现象：阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉－KI溶液变蓝阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑(条件:通电)实验装置第19页,共59页，2024年2月25日，星期天（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阳极：钛钢网阳离子交换膜：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而引起爆炸；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成，而影响氢氧化钠的产量。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱第20页,共59页，2024年2月25日，星期天－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）阳离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室第21页,共59页，2024年2月25日，星期天提示：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:第22页,共59页，2024年2月25日，星期天泥沙、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-、OH-

、引入CO32-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+

过滤，加适量HCl溶液调节PH除CO32-、OH-第23页,共59页，2024年2月25日，星期天2.铜的电解精炼

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。粗铜含杂质(ZnFeNiAgAu等)纯铜粗铜阳极：

Zn→Zn2+＋2e-Fe→Fe2+＋2e-

Ni

→Ni2+＋2e-Cu→Cu2+＋2e-（主要）

ZnFeNiCuAgAu阴极:

Cu2++2e-→Cu阳极泥电解完后，CuSO4溶液的浓度会略有减小CuSO4溶液第24页,共59页，2024年2月25日，星期天（08天津高考12）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt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只有Cu和PtD第25页,共59页，2024年2月25日，星期天3、电解原理的应用--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：阴极——镀件电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属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第26页,共59页，2024年2月25日，星期天阳极：6O2--12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al4.冶炼铝通电总式：2Al2O34Al+3O2↑原理: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?第27页,共59页，2024年2月25日，星期天装置原电池电解池实例

原理

形成条

电极名称

电子流向

电流方向

电极反应

能量转化

应用

发生氧化还原反应，从而形成电流电流通过引起氧化还原反应两个电极、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电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）

由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子

由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极（外电路）负极→正极

电源负极→阴极→阳极→电源正极（外电路）正极→负极电源正极→阳极→阴极→电源负极负极：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e-

=H2↑（还原原应）

阳极：2CI--2e-=CI2↑(氧化反应)阴极:Cu2++2e-=Cu(还原反应)化学能→电能电能→化学能设计电池、金属防护氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼铜锌原电池电解氯化铜第28页,共59页，2024年2月25日，星期天电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池电解精炼池电镀池定义形成条件电极名称电极反应将电能转变成化学能的装置。应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。①两电极接直流电源②电极插人电解质溶液③形成闭合回路①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极②电镀液须含有镀层金属的离子阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阳极：镀层金属；阴极：镀件阳极：氧化反应阴极：还原反应阳极：氧化反应阴极：还原反应应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极②电解质溶液须待提纯金属的离子阳极：不纯金属；阴极：纯金属阳极：氧化反应阴极：还原反应第29页,共59页，2024年2月25日，星期天1.a、b哪一极为正极？2.若要给铁叉镀锌，

a极选用什么材料？选择何种溶液？思考:e-第30页,共59页，2024年2月25日，星期天金属性强弱的判断

已知①M+N2+=M2++N②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M③N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液,电极反应：E2++2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为

答案：P>M>N>E第31页,共59页，2024年2月25日，星期天工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO41.电解时,应以

作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会

,

2.阳极反应式为

,

3.总电解反应式为

.

2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑答案:Fe增大MnO42—_e-

=MnO4—第32页,共59页，2024年2月25日，星期天电解计算——电子守恒法铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)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4OH-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.第33页,共59页，2024年2月25日，星期天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第34页,共59页，2024年2月25日，星期天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，此时阴极增重0.32g。求：①金属M的相对原子质量及x、n值；②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。

Mx++xe-=M0.005mol0.01mol0.32g所以：x=2；M=64；n=3产生H+为0.01mol，pH=1第35页,共59页，2024年2月25日，星期天

1.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练习第36页,共59页，2024年2月25日，星期天2.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第37页,共59页，2024年2月25日，星期天3.德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在《科学》杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570℃的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到80%.该电解池采用了能传导某种离子（H+、Li+、F-、O2-

）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。固体复合氧化物第38页,共59页，2024年2月25日，星期天答案：阳极：3H2O-6e－→6H+阴极：N2+6e+6H+→2NH3通电电解反应

：N2+3H22NH3第39页,共59页，2024年2月25日，星期天4.在如下的装置中进行电解，并已知铁极的质量减小11.2克。（1）A是电源的

极（2）电解过程中，电路中通过

摩电子（3）Ag极的电极反应是

；析出物质是

克（4）Cu(a)的电极反应是

；（5）Cu(b)的电极反应是

。第40页,共59页，2024年2月25日，星期天5.按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）：（1）U型管内发生什么现象?写出有关反应的化学方程式（2）在Ab烧杯中发生什么现象（3）如果小烧杯中有0.508克碘析出，问大烧杯中，负极减轻多少克?第41页,共59页，2024年2月25日，星期天6.按下图的装置进行电解实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68克，溶液质量增加0.03克，则A合金中Cu、Zn原子个数比为

A4︰1B3︰1C2︰1D任意比第42页,共59页，2024年2月25日，星期天电化学专题３＼４第43页,共59页，2024年2月25日，星期天FeCu氯化铜溶液氯化铜溶液CuC氯化铜溶液CuC1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应ABDCFeCu氯化钠溶液练习第44页,共59页，2024年2月25日，星期天1、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。小结：一、原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断阳极放电：

1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。

2）非惰性电极：电极材料首先失电子。阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。2、电极的判断原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。第45页,共59页，2024年2月25日，星期天4、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。第46页,共59页，2024年2月25日，星期天①电极：阳极——镀层金属阴极——待镀金属制品小结：二、电解池的应用----电镀及氯碱工业待镀制品铜片硫酸铜溶液②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。③电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。1、电镀第47页,共59页，2024年2月25日，星期天⒉氯碱工业原理氯碱工业（离子膜法）+－精制饱和NaCl淡盐水Cl2H2NaOH溶液H2O含少量NaOHCl－Cl2H+OH－Na+Na+交换膜第48页,共59页，2024年2月25日，星期天举例：1、a极变细，b极变粗：2、a极变细，b极有气泡：3、a极变粗，b极有气泡：4、a极有气泡,b极有气泡，且气体体积比为2：15、a极有气泡,b极有气泡;阴极加酚酞变红拓展练习第49页,共59页，2024年2月25日，星期天4、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验

数天后数天后图一图二（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：（2）图一说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：（3）图二说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：发生了原电池反应中性或弱碱吸氧负极：Fe-2e=Fe2+

；正极：2H2O+O2+2e

=4OH-

负极：Fe-2e=Fe2+

；正极：2H++2e=H2↑较强酸性析氢练习第50页,共59页，2024年2月25日，星期天小结：三、电解池及原电池的应用----金属的防护1）金属腐蚀快慢的判断①电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀②同一种金属的腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质2）金属的防护方法①改变金属内部结构②覆盖保护层③电化学保护法外加电源的阴极保护法牺牲负极的正极保护法第51页,共59页，2024年2月25日，星期天5.下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢顺序

.FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水)B(海水)C(海水)D(海水)FeSnF(天然水)E(海水)DEFACB拓展练习第52页,共59页，2024年2月25日，星期天6、汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O（1）试写出放电时的正、负极反应式正极:______________________________________负极:______________________________________（2）试写出充电时的阳、阴极反应式阳极:_____________________________________