電解池工作原理

1、電解池工作原理及應用電解池工作原理及應用 有紅色物質析出有紅色物質析出 有刺激性氣味的氣體有刺激性氣味的氣體 產生，且可產生，且可使?jié)駶櫟氖節(jié)駶櫟?淀粉淀粉 KI變藍變藍 生成生成Cu 生成生成Cl2 CC 陰陰 極極 陽陽 極極 CuCl2溶液溶液 實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象： 陰極：陰極： 陽極：陽極： 實驗結論：實驗結論： 陰極：陰極： 陽極：陽極： 電極反應：電極反應： 陰極：陰極： 陽極：陽極： Cu2+ 2e = Cu 2Cl 2e = Cl2 還原反應還原反應 氧化反應氧化反應 總反應式：總反應式：CuCl2 Cu + Cl2 電解電解 電解可以使電解可以使非自發(fā)的氧化還原反應非自發(fā)的氧

2、化還原反應得以發(fā)生得以發(fā)生 小結：小結： 陽離子陽離子（即（即Cu2+）得電子得電子，發(fā)生，發(fā)生還原反應還原反應 陰離子陰離子（即（即Cl ） ）失電子失電子，發(fā)生，發(fā)生氧化反應氧化反應 陰極：陰極： 陽極：陽極： 當兩極的電極材料是碳棒時：當兩極的電極材料是碳棒時： 思考：思考： 在在 CuCl2溶液中，存在溶液中，存在Cu2 、 、Cl 、 、H 和 和 OH ， ，為什么電解時是為什么電解時是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： 活性材料作陽極時：活性材料作陽極時：金屬在陽極失電子被氧化金屬在陽極失電

3、子被氧化 成陽離子進入溶液，陰離子不容易在電極上放電。成陽離子進入溶液，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：時：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： 無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應，發(fā)無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應，發(fā) 生反應的是溶液中的陽離子。生反應的是溶液中的陽離子。 陽離子在陰極上放電順序是：陽離子在陰極上放電順序是： 陽極：陽極： 陰極陰極: : 分析電解反應的一般思路：分析電解反應的一般思路： 明確溶液中存在哪些離子明確溶液中存在哪些離子 根據根據陽極

4、氧化陽極氧化，陰極還原陰極還原分析得出產物分析得出產物 陰陽兩極附近有哪些離子陰陽兩極附近有哪些離子 、； 4OH 4eO2+2H2O （） （） 練習：練習：完成電解下列溶液的電極反應。完成電解下列溶液的電極反應。 (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： 用銅為陽極，鐵絲網為陰極，用銅為陽極，鐵絲網為陰極， 電解電解CuCl2溶液。溶液。 陽極：陽極：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 陰極：陰極：4H+ + 4e- = 2H2 總反應：總反

5、應： 通電 2H2O 2H2 + O2 陽極：陽極： 2Cl - - 2e- = Cl2 陰極：陰極： 2H+ + 2e- = H2 2HCl H2 + Cl2 通電 總反應：總反應： 陽極：陽極：Cu 2e- = Cu 2+ 陰極：陰極：Cu 2+ + 2e- = Cu 陽極：陽極：4OH- - 4e- = 2H2O + O2 陰極：陰極：2Cu 2+ + 4e- = 2Cu 通電 總反應：總反應： 2CuSO4 + 2H2O2Cu + 2H2SO4 + O2 電解規(guī)律（惰性電極）小結電解規(guī)律（惰性電極）小結 陽極：陽極：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+ 電解質溶液用惰性電極電解的示例電解質溶液用惰性電極電解的示例： 電解電解 類型類型 舉舉 例例 電極反應電極反應 溶液溶液pH 變化變化 溶液復原方法溶液復原方法 物質類別物質類別實例實例 僅溶劑僅溶劑 水電解水電解 僅溶質僅溶質 電解電解 溶質和溶

7、質和 溶劑同溶劑同 時電解時電解 含氧酸含氧酸H2SO4 強堿強堿 NaOH 活潑金屬的活潑金屬的 含氧酸鹽含氧酸鹽 Na2SO4 無氧酸無氧酸HCl 陽極：陽極：4OH-4e-=O2+2H2O 陰極：陰極：4H+ + 4e- = 2H2 減小減小 增大增大 不變不變 H2O 陽極：陽極：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 的無氧酸鹽的無氧酸鹽 CuCl2 陽極：陽極：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 無氧酸鹽無氧酸鹽 NaCl 陽極：陽極：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 陽極：陽極：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的水溶液， 電解一段時間以后，甲、乙兩池中溶液的 pH值均減小，而在和兩極，電極產物電極產物 的物質的量之比為的物質的量之比為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， 通電一段時間后，通電一段時間后，b極附近溶液呈紅色。下極附近溶液呈紅色。下 列說法正確的是列說法正確的是 AX是正極，是正極，Y是負極是負極 BX是負極，是負極，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 實例 原理 形成條 電極名稱 電子流向 電流方向 電極反應 能量轉化 應用 發(fā)生氧化還原反應，從而形成電流發(fā)生氧化還原反應，從而形成電流電流通過引起氧化還原反應電流通過引起氧化還原反應 兩個電極、電解質溶液或熔融態(tài)電解

10、質、形兩個電極、電解質溶液或熔融態(tài)電解質、形 成閉合回路、成閉合回路、自發(fā)發(fā)生氧化還原反應自發(fā)發(fā)生氧化還原反應 電源、電極（惰性或非惰性）、電電源、電極（惰性或非惰性）、電 解質（水溶液或熔融態(tài)）解質（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 負極負極：流出電子：流出電子 由外電源決定由外電源決定 陽極陽極：連電源正極連電源正極 陰極陰極：連電源負極連電源負極 （外電路）負極（外電路）負極 正極正極 電源負極電源負極陰極陰極陽極陽極電源正極電源正極 （外電路）正極（外電路）正極負極負極 電源正極電源正極陽極陽極陰極陰極電源負極電源負極 負極：負極：Zn -

11、2e- =Zn2+（氧化反應）（氧化反應） 正極：正極：2H+ + 2e- =H2（還原原應）（還原原應） 陽極：陽極：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反應氧化反應) 陰極陰極: Cu2+ + 2e- = Cu (還原反應還原反應) 化學能化學能 電能電能電能電能化學能化學能 設計電池、金屬防腐設計電池、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、電解原理的應用二、電解原理的應用 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?這些離子的運動情況這

12、些離子的運動情況 怎樣？怎樣？ （2）在電解裝置中可否選用銅作陰、陽極的電極材料，為什么？）在電解裝置中可否選用銅作陰、陽極的電極材料，為什么？ （3）通電后，溶液中的離子運動發(fā)生了什么變化？）通電后，溶液中的離子運動發(fā)生了什么變化？ （4）通電后，溶液中的在陰、陽放電的是什么離子？）通電后，溶液中的在陰、陽放電的是什么離子？ （5）電解后，在陰極區(qū)和陽極區(qū)分別得到的產物是什么？）電解后，在陰極區(qū)和陽極區(qū)分別得到的產物是什么？怎樣初怎樣初 步檢驗兩極產物的生成步檢驗兩極產物的生成? 陽極：濕潤的淀粉陽極：濕潤的淀粉KI試紙試紙 陰極：酚酞試液陰極：酚酞試液 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 陽極：有氣泡產生，使?jié)?/p>

13、陽極：有氣泡產生，使?jié)?潤的淀粉潤的淀粉KI試紙試紙變藍變藍 陰極：有氣泡產生，滴加陰極：有氣泡產生，滴加 酚酞溶液酚酞溶液變紅變紅 實驗裝置實驗裝置 陽極：陽極：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）生產設備名稱：離子交換膜電解槽）生產設備名稱：離子交換膜電解槽 陰極：碳鋼陰極：碳鋼 陽極：鈦陽極：鈦 陽離子交換膜：只允許陽離子通過陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl 、 、OH 離子和氣體不能通過離子和氣體不能通

14、過)，把電解槽隔成陰極室，把電解槽隔成陰極室 和陽極室。和陽極室。 （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生成、避免氯氣和氫氧化鈉反應生成 ，而影響氫，而影響氫 氧化鈉的產量。氧化鈉的產量。 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） 陽離子交換膜陽離子交換膜 陽陽 極極 金屬鈦網金屬鈦網 陰陰 極極 碳鋼網碳鋼網 陽陽 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，會與 雜質，會與 堿性物質反應產生沉淀，損壞離子交換膜堿性物質反應產生沉淀，損壞離子交換膜 精制食鹽水精制食鹽水 雜質的除去過程：雜質的除去過程： 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 過量 )(除泥沙及沉淀 過濾 )Ba.Ca( CONa 22 32 除 過量 )CO( 2 3 除 適量鹽酸 )Mg.Ca( 22 除 陽離子交換塔 )Fe.Mg( NaOH 32 除 過量 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（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（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種 粗銅的導電性遠不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會大大降低電線的粗銅的導電性遠不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會大大降低電線的 導電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。導電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。 粗銅粗銅 含雜質含雜質(Zn Fe Ni Ag Au 等等) 純銅純銅 粗銅粗銅 陽極：陽極： 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 陽極泥陽極泥 問：電解完后，問：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 陽極泥陽極泥: 相對不活潑的金相對不活潑的金 屬以單質的形式沉積在電屬以單質的形式沉積在電 解槽底解槽底,形成陽極泥形成陽極泥 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 金的過程，它是電解原理的又一重要應用。金的過程，它是電解原理的又一重要應用。電鍍可以使金屬更電鍍可以使金屬更 加美觀耐用，增強防銹抗腐能力加美觀耐用，增強防銹抗腐能力。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，但鋼鐵有個致命的缺點，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵金屬，但鋼鐵有個致命的缺點，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程上一薄層其他金屬或合金的過程， 鐵鐵 片片 銅銅 片片 硫酸銅溶液硫酸銅溶液 電極：電極： 陽極陽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溶液。電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質溶液

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。 陽極：陽極：2Cl - 2e- = Cl2 陰極：陰極： 2Na+ + 2e- = 2Na 總反應：總反應： 2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通電 陽極：陽極：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） 陽極材料陽極材料(碳碳)和熔融氧化鋁需要定期補充和熔融氧化鋁需要定期補充 思考思考:工業(yè)