電解池工作原理

1、電解池工作原理及應(yīng)用電解池工作原理及應(yīng)用 有紅色物質(zhì)析出有紅色物質(zhì)析出 有刺激性氣味的氣體有刺激性氣味的氣體 產(chǎn)生，且可產(chǎn)生，且可使?jié)駶?rùn)的使?jié)駶?rùn)的 淀粉淀粉 KI變藍(lán)變藍(lán) 生成生成Cu 生成生成Cl2 CC 陰陰 極極 陽(yáng)陽(yáng) 極極 CuCl2溶液溶液 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 陰極：陰極： 陽(yáng)極：陽(yáng)極： 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 陰極：陰極： 陽(yáng)極：陽(yáng)極： 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： 陰極：陰極： 陽(yáng)極：陽(yáng)極： Cu2+ 2e = Cu 2Cl 2e = Cl2 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：CuCl2 Cu + Cl2 電解電解 電解可以使電解可以使非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧

2、化還原反應(yīng)得以發(fā)生得以發(fā)生 小結(jié)：小結(jié)： 陽(yáng)離子陽(yáng)離子（即（即Cu2+）得電子得電子，發(fā)生，發(fā)生還原反應(yīng)還原反應(yīng) 陰離子陰離子（即（即Cl ） ）失電子失電子，發(fā)生，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 陰極：陰極： 陽(yáng)極：陽(yáng)極： 當(dāng)兩極的電極材料是碳棒時(shí)：當(dāng)兩極的電極材料是碳棒時(shí)： 思考：思考： 在在 CuCl2溶液中，存在溶液中，存在Cu2 、 、Cl 、 、H 和 和 OH ， ，為什么電解時(shí)是為什么電解時(shí)是Cu2 得電子而不是 得電子而不是 H ， ，Cl 失電子而不是 失電子而不是OH 呢？ 呢？ 離子放電順序：離子放電順序： 活性材料作陽(yáng)極時(shí)：活性材料作陽(yáng)極時(shí)：金屬在陽(yáng)極失電子被氧化金屬在陽(yáng)極失電

3、子被氧化 成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，陰離子不容易在電極上放電。成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，陰離子不容易在電極上放電。 用惰性電極用惰性電極(Pt(Pt、AuAu、石墨、鈦等、石墨、鈦等) )時(shí)：時(shí)：溶液中溶液中 陰離子的放電順序（由易到難）是：陰離子的放電順序（由易到難）是： 無(wú)論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)無(wú)論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā) 生反應(yīng)的是溶液中的陽(yáng)離子。生反應(yīng)的是溶液中的陽(yáng)離子。 陽(yáng)離子在陰極上放電順序是：陽(yáng)離子在陰極上放電順序是： 陽(yáng)極：陽(yáng)極： 陰極陰極: : 分析電解反應(yīng)的一般思路：分析電解反應(yīng)的一般思路： 明確溶液中存在哪些離子明確溶液中存在哪些離子 根據(jù)根據(jù)陽(yáng)極

4、氧化陽(yáng)極氧化，陰極還原陰極還原分析得出產(chǎn)物分析得出產(chǎn)物 陰陽(yáng)兩極附近有哪些離子陰陽(yáng)兩極附近有哪些離子 、； 4OH 4eO2+2H2O （） （） 練習(xí)：練習(xí)：完成電解下列溶液的電極反應(yīng)。完成電解下列溶液的電極反應(yīng)。 (以石墨為電極電解以石墨為電極電解) 硫酸溶液硫酸溶液： 鹽酸鹽酸： NaOH溶液溶液: CuBr2溶液：溶液： KCl溶液：溶液： CuSO4溶液溶液： Na2SO4溶液：溶液： 用銅為陽(yáng)極，鐵絲網(wǎng)為陰極，用銅為陽(yáng)極，鐵絲網(wǎng)為陰極， 電解電解CuCl2溶液。溶液。 陽(yáng)極：陽(yáng)極：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 陰極：陰極：4H+ + 4e- = 2H2 總反應(yīng)：總反

5、應(yīng)： 通電 2H2O 2H2 + O2 陽(yáng)極：陽(yáng)極： 2Cl - - 2e- = Cl2 陰極：陰極： 2H+ + 2e- = H2 2HCl H2 + Cl2 通電 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 陽(yáng)極：陽(yáng)極：Cu 2e- = Cu 2+ 陰極：陰極：Cu 2+ + 2e- = Cu 陽(yáng)極：陽(yáng)極：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 陰極：陰極：2Cu 2+ + 4e- = 2Cu 通電 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2CuSO4 + 2H2O2Cu + 2H2SO4 + O2 電解規(guī)律（惰性電極）小結(jié)電解規(guī)律（惰性電極）小結(jié) 陽(yáng)極：陽(yáng)極：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F- 與與區(qū)：

6、電解本身型區(qū)：電解本身型 如如CuClCuCl2 2 、HClHCl 與與區(qū)：放氫生堿型區(qū)：放氫生堿型 如如NaCl 與與區(qū)：放氧生酸型區(qū)：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3 與與區(qū)：電解水型區(qū)：電解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH 陰極：陰極：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+ 電解質(zhì)溶液用惰性電極電解的示例電解質(zhì)溶液用惰性電極電解的示例： 電解電解 類型類型 舉舉 例例 電極反應(yīng)電極反應(yīng) 溶液溶液pH 變化變化 溶液復(fù)原方法溶液復(fù)原方法 物質(zhì)類別物質(zhì)類別實(shí)例實(shí)例 僅溶劑僅溶劑 水電解水電解 僅溶質(zhì)僅溶質(zhì) 電解電解 溶質(zhì)和溶

7、質(zhì)和 溶劑同溶劑同 時(shí)電解時(shí)電解 含氧酸含氧酸H2SO4 強(qiáng)堿強(qiáng)堿 NaOH 活潑金屬的活潑金屬的 含氧酸鹽含氧酸鹽 Na2SO4 無(wú)氧酸無(wú)氧酸HCl 陽(yáng)極：陽(yáng)極：4OH-4e-=O2+2H2O 陰極：陰極：4H+ + 4e- = 2H2 減小減小 增大增大 不變不變 H2O 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl- 2e-=Cl2 陰極：陰極：2H+2e- = H2 增大增大 HCl 不活潑金屬不活潑金屬 的無(wú)氧酸鹽的無(wú)氧酸鹽 CuCl2 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl- 2e- =Cl2 陰極：陰極：Cu2+2e- = Cu 減少減少CuCl2 活潑金屬的活潑金屬的 無(wú)氧酸鹽無(wú)氧酸鹽 NaCl 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl- 2e

8、- =Cl2 陰極：陰極：2H+2e- =H2 增大增大 HCl 不活潑金屬的不活潑金屬的 含氧酸鹽含氧酸鹽 CuSO4 陽(yáng)極：陽(yáng)極：4OH- 4e- =O2+2H2O 陰極：陰極：2Cu2+4e- = 2Cu 減小減小 CuO 4.用鉑電極電解下表中各組物質(zhì)的水溶液， 電解一段時(shí)間以后，甲、乙兩池中溶液的 pH值均減小，而在和兩極，電極產(chǎn)物電極產(chǎn)物 的物質(zhì)的量之比為的物質(zhì)的量之比為12的是的是 甲 乙 A B C D 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 甲甲 乙乙 D 5.為下圖所示裝置中，為下圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，都是

9、惰性電極， 通電一段時(shí)間后，通電一段時(shí)間后，b極附近溶液呈紅色。下極附近溶液呈紅色。下 列說(shuō)法正確的是列說(shuō)法正確的是 AX是正極，是正極，Y是負(fù)極是負(fù)極 BX是負(fù)極，是負(fù)極，Y是正極是正極 CCuSO4溶液的溶液的pH值逐漸減小值逐漸減小 DCuSO4溶液的溶液的pH值不變值不變 a X Y bPt Cu CuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液 AC 裝置原電池 電解池 實(shí)例 原理 形成條 電極名稱 電子流向 電流方向 電極反應(yīng) 能量轉(zhuǎn)化 應(yīng)用 發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而形成電流發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而形成電流電流通過(guò)引起氧化還原反應(yīng)電流通過(guò)引起氧化還原反應(yīng) 兩個(gè)電極、電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解

10、質(zhì)、形兩個(gè)電極、電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)、形 成閉合回路、成閉合回路、自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng) 電源、電極（惰性或非惰性）、電電源、電極（惰性或非惰性）、電 解質(zhì)（水溶液或熔融態(tài)）解質(zhì)（水溶液或熔融態(tài)） 由電極本身決定由電極本身決定 正極正極：流入電子：流入電子 負(fù)極負(fù)極：流出電子：流出電子 由外電源決定由外電源決定 陽(yáng)極陽(yáng)極：連電源正極連電源正極 陰極陰極：連電源負(fù)極連電源負(fù)極 （外電路）負(fù)極（外電路）負(fù)極 正極正極 電源負(fù)極電源負(fù)極陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極電源正極電源正極 （外電路）正極（外電路）正極負(fù)極負(fù)極 電源正極電源正極陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極電源負(fù)極電源負(fù)極 負(fù)極：負(fù)極：Zn -

11、2e- =Zn2+（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)） 正極：正極：2H+ + 2e- =H2（還原原應(yīng)）（還原原應(yīng)） 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)) 陰極陰極: Cu2+ + 2e- = Cu (還原反應(yīng)還原反應(yīng)) 化學(xué)能化學(xué)能 電能電能電能電能化學(xué)能化學(xué)能 設(shè)計(jì)電池、金屬防腐設(shè)計(jì)電池、金屬防腐氯堿工業(yè)、電鍍、電冶、金屬精煉氯堿工業(yè)、電鍍、電冶、金屬精煉 銅鋅原電池銅鋅原電池 電解氯化銅電解氯化銅 二、電解原理的應(yīng)用二、電解原理的應(yīng)用 1.電解食鹽水電解食鹽水 思考思考: （1）通電前，飽和食鹽水中存在哪些離子）通電前，飽和食鹽水中存在哪些離子?這些離子的運(yùn)動(dòng)情況這

12、些離子的運(yùn)動(dòng)情況 怎樣？怎樣？ （2）在電解裝置中可否選用銅作陰、陽(yáng)極的電極材料，為什么？）在電解裝置中可否選用銅作陰、陽(yáng)極的電極材料，為什么？ （3）通電后，溶液中的離子運(yùn)動(dòng)發(fā)生了什么變化？）通電后，溶液中的離子運(yùn)動(dòng)發(fā)生了什么變化？ （4）通電后，溶液中的在陰、陽(yáng)放電的是什么離子？）通電后，溶液中的在陰、陽(yáng)放電的是什么離子？ （5）電解后，在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)分別得到的產(chǎn)物是什么？）電解后，在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)分別得到的產(chǎn)物是什么？怎樣初怎樣初 步檢驗(yàn)兩極產(chǎn)物的生成步檢驗(yàn)兩極產(chǎn)物的生成? 陽(yáng)極：濕潤(rùn)的淀粉陽(yáng)極：濕潤(rùn)的淀粉KI試紙?jiān)嚰?陰極：酚酞試液陰極：酚酞試液 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 陽(yáng)極：有氣泡產(chǎn)生，使?jié)?/p>

13、陽(yáng)極：有氣泡產(chǎn)生，使?jié)?潤(rùn)的淀粉潤(rùn)的淀粉KI試紙?jiān)嚰堊兯{(lán)變藍(lán) 陰極：有氣泡產(chǎn)生，滴加陰極：有氣泡產(chǎn)生，滴加 酚酞溶液酚酞溶液變紅變紅 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl-2e- =Cl2 陰極：陰極：2H+2e- =H2 總式：總式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 通電通電 電解飽和電解飽和食鹽食鹽水可以制造燒堿、氯氣和氫氣。水可以制造燒堿、氯氣和氫氣。 （1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽 陰極：碳鋼陰極：碳鋼 陽(yáng)極：鈦陽(yáng)極：鈦 陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)(Cl 、 、OH 離子和氣體不能通過(guò)離子和氣體不能通

14、過(guò))，把電解槽隔成陰極室，把電解槽隔成陰極室 和陽(yáng)極室。和陽(yáng)極室。 （2）離子交換膜的作用：）離子交換膜的作用： a、防止氫氣和氯氣混合而引起爆炸；、防止氫氣和氯氣混合而引起爆炸； b、避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成、避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成 ，而影響氫，而影響氫 氧化鈉的產(chǎn)量。氧化鈉的產(chǎn)量。 氯堿工業(yè)氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿離子交換膜法制燒堿 + Cl2 Cl2 Cl H2 Na+ H+ OH 淡鹽水淡鹽水NaOH溶液溶液 精制飽和精制飽和 NaCl溶液溶液 H2O（含少量（含少量 NaOH） 陽(yáng)離子交換膜陽(yáng)離子交換膜 陽(yáng)陽(yáng) 極極 金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng) 陰陰 極極 碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng) 陽(yáng)陽(yáng) 極極 室

15、室 陰陰 極極 室室 粗鹽的成份：粗鹽的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42 雜質(zhì)，會(huì)與 雜質(zhì)，會(huì)與 堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜 精制食鹽水精制食鹽水 雜質(zhì)的除去過(guò)程：雜質(zhì)的除去過(guò)程： 粗鹽水粗鹽水 含少量含少量 Ca2+.Mg2+ 精制精制 鹽水鹽水 )SO( BaCl 2 4 2 除 過(guò)量 )(除泥沙及沉淀 過(guò)濾 )Ba.Ca( CONa 22 32 除 過(guò)量 )CO( 2 3 除 適量鹽酸 )Mg.Ca( 22 除 陽(yáng)離子交換塔 )Fe.Mg( NaOH 32 除 過(guò)量 2.2.銅的電解精煉銅的電解精煉 一般火法冶煉得到

16、的粗銅中含有多種雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種 粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會(huì)大大降低電線的粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會(huì)大大降低電線的 導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。 粗銅粗銅 含雜質(zhì)含雜質(zhì)(Zn Fe Ni Ag Au 等等) 純銅純銅 粗銅粗銅 陽(yáng)極：陽(yáng)極： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e- Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni Cu Ag Au 陰極陰極: Cu2+ +

17、2e- Cu 陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥 問(wèn)：電解完后，問(wèn)：電解完后，CuSO4溶液的濃度有何變化？溶液的濃度有何變化？ CuSO4溶液溶液 陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥: 相對(duì)不活潑的金相對(duì)不活潑的金 屬以單質(zhì)的形式沉積在電屬以單質(zhì)的形式沉積在電 解槽底解槽底,形成陽(yáng)極泥形成陽(yáng)極泥 3. 3. 電電 鍍鍍 電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合 金的過(guò)程，它是電解原理的又一重要應(yīng)用。金的過(guò)程，它是電解原理的又一重要應(yīng)用。電鍍可以使金屬更電鍍可以使金屬更 加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力。例如，鋼鐵是人們最常用的。例如，鋼鐵是人們

18、最常用的 金屬，但鋼鐵有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵金屬，但鋼鐵有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵 發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、 銅、鉻、鎳等。銅、鉻、鎳等。 電鍍：電鍍：電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍 上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程， 鐵鐵 片片 銅銅 片片 硫酸銅溶液硫酸銅溶液 電極：電極： 陽(yáng)極陽(yáng)極鍍層金屬鍍層金屬 陰極陰極待鍍金屬制品待鍍金屬制品 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液

19、。 溶液中溶液中CuSO4的濃度保持不變的濃度保持不變或變小或變小 4、電冶金、電冶金 制取金屬鈉制取金屬鈉 電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl - 2e- = Cl2 陰極：陰極： 2Na+ + 2e- = 2Na 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通電 陽(yáng)極：陽(yáng)極：6O2-12 e- =3O2 陰極：陰極：4Al3+ + 12e- =4Al 冶煉鋁冶煉鋁 通電通電 總式：總式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理: 助熔劑：冰晶石（助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉）六氟合鋁酸鈉） 陽(yáng)極材料陽(yáng)極材料(碳碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充 思考思考:工業(yè)