《電解池的工作原理與應(yīng)用》PPT課件

1、第二單元第二單元電解池的工作原理與應(yīng)用電解池的工作原理與應(yīng)用一、電解的有關(guān)概念一、電解的有關(guān)概念1.1.定義：定義：電流電流通過電解質(zhì)溶液而通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起在陰、陽(yáng)兩極引起氧化氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)的的過程過程叫叫電解電解。把把電能電能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能化學(xué)能的的裝置裝置。4.4.電解池：電解池：2.2.組成：組成：直流電源（電流）直流電源（電流）電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)兩個(gè)電極兩個(gè)電極形成閉合回路形成閉合回路3.3.電極：電極：陽(yáng)極陽(yáng)極：與電源正極相連的電：與電源正極相連的電極極陰極陰極：與電源負(fù)極相連的電極：與電源負(fù)極相連的電極5.5.放電：放電：陰陽(yáng)離子

2、在電極失去或獲得電子發(fā)生氧化或還原反應(yīng)的過程陰陽(yáng)離子在電極失去或獲得電子發(fā)生氧化或還原反應(yīng)的過程（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（也叫電解槽）（也叫電解槽）電解氯化銅溶液微觀模擬電解氯化銅溶液微觀模擬電源負(fù)極電解池陰極溶液中陽(yáng)離子在陰極得電子溶液中陰離子電解池陽(yáng)極陰離子在陽(yáng)極失去電子電源正極電子移動(dòng)方向電子移動(dòng)方向離子移動(dòng)方向離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子電解池陰極陰離子電解池陽(yáng)極外電路仍然是電子的定向移動(dòng)內(nèi)電路仍然是離子的定向移動(dòng)溶液從而導(dǎo)電，但離子定向移到兩極后要放電，因此，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電實(shí)質(zhì)是電解過程6.6.電解池中電子、離子運(yùn)動(dòng)方向電解池中電子、離子運(yùn)動(dòng)方向思考：電解思考：電解C

3、uCl2溶液時(shí)，溶液中也有溶液時(shí)，溶液中也有H+和和OH，為什么沒有為什么沒有H2和和O2生成呢？生成呢？猜想猜想1. 離子濃度太小離子濃度太小猜想猜想2. 離子氧化性、還原性（得失電子能力）有區(qū)別，離子氧化性、還原性（得失電子能力）有區(qū)別，涉及放電順序涉及放電順序7.7.離子放電順序離子放電順序電極材料電極材料惰性電極惰性電極活性電極活性電極石墨（石墨（C）、）、Au、Pt等金屬等金屬除石墨（除石墨（C） 、Au、Pt等以外等以外的金屬的金屬規(guī)律：規(guī)律：首先看電極材料，若首先看電極材料，若陽(yáng)極是活性電極，則電極本陽(yáng)極是活性電極，則電極本身失電子，身失電子，變成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，此時(shí)任何陰離變成

4、陽(yáng)離子進(jìn)入溶液，此時(shí)任何陰離子均不會(huì)在此放電子均不會(huì)在此放電陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)若若陽(yáng)極是惰性電極，則電極根據(jù)陰離子放電順序陽(yáng)極是惰性電極，則電極根據(jù)陰離子放電順序陰離子放電順序陰離子放電順序S2 I Br Cl OH 含氧酸根含氧酸根 F（SO42 、NO3等）等）電極材料電極材料不論是活性還是惰性不論是活性還是惰性，電極材料均不發(fā)，電極材料均不發(fā)生反應(yīng)，生反應(yīng)，只存在陽(yáng)離子在此放電。只存在陽(yáng)離子在此放電。陰極區(qū)陰極區(qū)陽(yáng)離子放電順序陽(yáng)離子放電順序Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+（酸）（酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+（水）（水） Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+

5、 清楚離清楚離子的移子的移動(dòng)趨向動(dòng)趨向比較離子的放電能力，比較離子的放電能力，然后根據(jù)陰極還原、陽(yáng)然后根據(jù)陰極還原、陽(yáng)極氧化得出電極產(chǎn)物極氧化得出電極產(chǎn)物還還原原反反應(yīng)應(yīng)氧氧化化反反應(yīng)應(yīng)明確電解質(zhì)溶液明確電解質(zhì)溶液中或熔融態(tài)電解中或熔融態(tài)電解質(zhì)中存在的離子質(zhì)中存在的離子特別注意：如果陽(yáng)極是活性電極，則電極自身反應(yīng)，離子不放電特別注意：如果陽(yáng)極是活性電極，則電極自身反應(yīng)，離子不放電分析電解過程步驟分析電解過程步驟練習(xí)1：(07 江蘇）某同學(xué)按右圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法正確的是（雙選）A.電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生B.電解初期，主反應(yīng)方程式為： Cu+H2SO4 CuSO4+H2C.

6、電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出D.整個(gè)電解過程中，H的濃度不斷增大練習(xí)練習(xí)2 2：某同學(xué)在做電解水的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩極產(chǎn)生氣泡的：某同學(xué)在做電解水的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩極產(chǎn)生氣泡的速率特別緩慢，（水是一種極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很差）速率特別緩慢，（水是一種極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很差）你能否在不改變兩電極產(chǎn)物的情況下，加入某種物質(zhì)使其你能否在不改變兩電極產(chǎn)物的情況下，加入某種物質(zhì)使其加快電解速率？加快電解速率？NaNO3 Na2SO4 等等練習(xí)練習(xí)2 2：某同學(xué)在做電解水的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩極產(chǎn)生氣泡的：某同學(xué)在做電解水的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩極產(chǎn)生氣泡的速率特別緩慢，（水是一種極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很差）速率特別緩慢

7、，（水是一種極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很差）你能否在不改變兩電極產(chǎn)物的情況下，加入某種物質(zhì)使其你能否在不改變兩電極產(chǎn)物的情況下，加入某種物質(zhì)使其加快電解速率？加快電解速率？NaNO3 Na2SO4 等等2、電解無氧酸（、電解無氧酸（HF除外）除外）陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：HCl溶液溶液1 1、電解不活潑金屬的無氧酸鹽溶液、電解不活潑金屬的無氧酸鹽溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：CuCl2溶液溶液二、用惰性電極進(jìn)行電解的規(guī)律二、用惰性電極進(jìn)行電解的規(guī)律CuCl2 CuCl22Cl 2e Cl2 Cu2 2e Cu溶液溶液pH值：如何復(fù)原：值：如何復(fù)原：增大增大加加CuCl

8、2固體固體2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2HCl H2Cl2溶液溶液PH值：如何復(fù)原：值：如何復(fù)原：增大增大通入通入HCl氣體氣體電解類型為：電解電解質(zhì)型恢復(fù)電解質(zhì)溶液原濃度的方法：將兩極產(chǎn)物（脫離電解質(zhì)溶液）發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)即為所需加入的物質(zhì)3 3、電解含氧酸、電解含氧酸陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：4OH 4e = 2H2O+O24H 4e = 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何復(fù)原值：如何復(fù)原減小減小加水加水H2SO4溶液溶液4OH 4e 2H2O+O24H 4e = 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何復(fù)原值：如何復(fù)原增大增大加水加水4 4、電解

9、可溶性強(qiáng)堿溶液、電解可溶性強(qiáng)堿溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：NaOH溶液溶液4OH 4e 2H2O+O24H 4e 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值：如何復(fù)原值：如何復(fù)原不變不變加水加水5 5、電解活潑金屬含氧酸鹽溶液、電解活潑金屬含氧酸鹽溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：K2SO4溶液溶液電解類型：電解水型2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2 溶液溶液PH值：如何復(fù)原值：如何復(fù)原增大增大通入通入HCl氣體氣體6 6、電解活潑金屬的無氧酸鹽溶液、電解活潑金屬的無氧酸鹽溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：

10、總反應(yīng)：NaCl溶液溶液電解類型：放氫生堿型7 7、電解不活潑金屬的含氧酸鹽溶液、電解不活潑金屬的含氧酸鹽溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：4OH 4e 2H2O+O22Cu2 4e 2Cu2CuSO4 2H2O 2Cu2H2SO4O2溶液溶液PH值：如何復(fù)原值：如何復(fù)原減小減小加加CuOCuSO4溶液溶液電解類型： 放氧生酸型練習(xí)：【2004 廣東】pH=a的某電解質(zhì)溶液中，插入兩支惰性電極通直流電一段時(shí)間后，溶液的pHa，則該電解質(zhì)可能是A. NaOH B. H2SO4 C. AgNO3 D.Na2SO4用惰性電極電解熔融鹽用惰性電極電解熔融鹽 電解熔融的電解熔融的AlAl2 2

11、O O3 3電解熔融的電解熔融的NaClNaCl陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：6O2 12e 3O24Al3 12e 4Al陽(yáng)極：陽(yáng)極：陰極：陰極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Cl 2e Cl22Na 2e 2Na2Al2O3 (熔融熔融) 4Al3O22NaCl (熔融熔融) 2NaCl2三三、電解應(yīng)用：、電解應(yīng)用：1 1、電冶金電冶金特別活潑的金屬鈉、鎂、鋁等只能通過電解特別活潑的金屬鈉、鎂、鋁等只能通過電解的方法制取的方法制取為什么不電解鈉、鎂、鋁的鹽溶液？為什么不電解鈉、鎂、鋁的鹽溶液？2Al2Al2 2O O3 3 = 4Al + 3O = 4Al + 3O2 2通電通電熔融熔融Mg

12、ClMgCl2 2 = Mg + Cl = Mg + Cl2 2通電通電熔融熔融2NaCl = 2Na2NaCl = 2Na + Cl+ Cl2 2通電通電熔融熔融AlClAlCl3 3？MgOMgO？ （1）金屬冶煉的本質(zhì)與方法本質(zhì)： Mn+ + ne = M方法：電解法、熱還原法、熱分解法、物理富集法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au電解法熱還原法熱分解法 物理富集法（2）電冶金（電解法）本質(zhì)：利用電解原理，電解熔融的金屬化合物，兩極強(qiáng)制氧化還原冶煉范圍：K 、Ca、Na、Mg、Al舉例：鋁鋁 電電 解解 槽槽陽(yáng)極陽(yáng)極C C電解質(zhì)電解質(zhì)鋼殼鋼殼

13、煙罩煙罩熔融熔融態(tài)鋁態(tài)鋁鋼導(dǎo)電棒鋼導(dǎo)電棒陰極陰極C C耐火耐火材料材料2 2、氯堿工業(yè)、氯堿工業(yè)+ +-精制飽和精制飽和NaClNaCl淡鹽水淡鹽水ClCl2 2H H2 2NaOHNaOH溶液溶液H H2 2O O含少量含少量NaOHNaOHClCl- -ClCl2 2H H2 2OHOH- -NaNa+ +Na+Na+交換膜交換膜電解飽和食鹽水的原理示意圖電解飽和食鹽水的原理示意圖2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 22Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 2陽(yáng)陽(yáng) 陰陰H H+ +從何來？從何來？?jī)?yōu)點(diǎn)：防止陰極產(chǎn)生的氫氣和陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合爆炸 避免氯氣和NaOH作用生成N

14、aClO而影響燒堿質(zhì)量3、電鍍1）定義：利用電解原理，在某些金屬表面鍍上一層其他金屬或合金的過程。鍍層金屬：通常是一些在空氣或溶液中不易起變化的金屬 （如：鉻、鎳、銀）和合金（黃銅）目的：使金屬增強(qiáng)抗腐蝕的能力，增加美觀和表面硬度工藝：把待鍍金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽(yáng)極，用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。2 2）裝置）裝置硫酸銅溶液硫酸銅溶液陽(yáng)極：陽(yáng)極： Cu2eCu2e- - = Cu = Cu2+2+陰極：陰極： CuCu2+2+ 2e+ 2e- - = Cu = Cu 3）電鍍材料的選擇：）電鍍材料的選擇：陰極陰極鍍件鍍件 陽(yáng)極陽(yáng)極鍍層金屬鍍層金屬 電鍍液電鍍液含有含有鍍層金屬離

15、子鍍層金屬離子的溶液的溶液4 4）電鍍的結(jié)果，電鍍液的濃度保持不變）電鍍的結(jié)果，電鍍液的濃度保持不變銅銅鍍鍍件件規(guī)律：一少一多一不變規(guī)律：一少一多一不變4、電解精煉銅利用電鍍?cè)恚~上鍍銅陽(yáng)極：陰極：電解液：粗銅（含Zn、Fe、Ni、Ag、 Pt 、 Au）純銅純銅粗銅粗銅純銅純銅CuSO4溶液電極反應(yīng)：陽(yáng)極（粗銅）：陰極：CuSO4溶液比銅活潑，先放電Zn2e = Zn2+Fe2e = Fe2+Ni2e=Ni2+Cu2e=Cu2+Cu2+ + 2e= Cu比銅活潑性差的比銅活潑性差的Ag、 Pt 、 Au不溶解，以單質(zhì)形式沉積于電不溶解，以單質(zhì)形式沉積于電解槽的底部，形成解槽的底部，形成陽(yáng)極

16、泥陽(yáng)極泥，可，可回收提煉貴重金屬。回收提煉貴重金屬。純度可高達(dá)99.95% 99.98%3 3、銅的、銅的電解精煉電解精煉粗銅：含雜質(zhì)粗銅：含雜質(zhì)(Zn(Zn、FeFe、NiNi、AgAg、Au Au 等等) )陽(yáng)極：陽(yáng)極： Zn - 2eZn - 2e- - = = Zn Zn2+2+Fe - 2eFe - 2e- - = = FeFe2+2+NiNi - 2e- 2e- - = Ni = Ni2+2+Cu - 2eCu - 2e- - = Cu= Cu2+2+ Zn Zn Fe Fe Ni Ni CuCuAg Ag Au Au 陰極陰極: Cu: Cu2+2+ + 2e + 2e- - =

17、 = Cu Cu陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥問：電解完后，問：電解完后，CuSOCuSO4 4溶液的濃度有何變化？溶液的濃度有何變化？粗銅粗銅純銅純銅硫酸銅溶液硫酸銅溶液電離與電解的比較電離與電解的比較電解質(zhì)溶于水電解質(zhì)溶于水或熔化狀態(tài)下或熔化狀態(tài)下電解質(zhì)電離后電解質(zhì)電離后, ,再通以直流電再通以直流電電解質(zhì)電離成為電解質(zhì)電離成為自由移動(dòng)的離子自由移動(dòng)的離子陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)陰陽(yáng)離子定向移動(dòng), ,在兩極上放電在兩極上放電CuClCuCl2 2 CuCu2+2+2Cl+2Cl- - CuClCuCl2 2 Cu+ClCu+Cl2 2電解電解電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上正極正極 負(fù)極負(fù)極還原

18、還原反應(yīng)反應(yīng)氧化氧化反應(yīng)反應(yīng)還原還原反應(yīng)反應(yīng)氧化氧化反應(yīng)反應(yīng)先從負(fù)極先從負(fù)極導(dǎo)線導(dǎo)線正極正極 負(fù)極負(fù)極導(dǎo)線導(dǎo)線陰極陰極 陽(yáng)極陽(yáng)極導(dǎo)線導(dǎo)線正極正極陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極將化學(xué)能轉(zhuǎn)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化為電能將電能轉(zhuǎn)化將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能為化學(xué)能原電池與電解池的比較原電池與電解池的比較2.2.用惰性電極電解飽和用惰性電極電解飽和NaNa2 2COCO3 3溶液，若保持溶液，若保持溫度不變，則一段時(shí)間后溫度不變，則一段時(shí)間后 （ ）A.A.溶液的溶液的pHpH變大變大B.B.c c(Na(Na+ +) )與與c c (CO (CO3 32-2-) )的比值變大的比值變大C.C.溶液濃度變大，有晶體析出溶液濃度

19、變大，有晶體析出D.D.溶液濃度不變，有晶體析出溶液濃度不變，有晶體析出鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：1.1.在電解水時(shí)在電解水時(shí), ,常加入一些稀硫酸常加入一些稀硫酸, ,其目的是其目的是A.A.使溶液酸性增強(qiáng)使溶液酸性增強(qiáng) B.B.使溶液中離子濃度增大使溶液中離子濃度增大C.C.加快電解的速率加快電解的速率 D.D.使溶液的氧化性增強(qiáng)使溶液的氧化性增強(qiáng)C CD D3. 3. 鉑電極電解鉑電極電解1LCu(NO1LCu(NO3 3) )2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液, ,通電一段時(shí)間通電一段時(shí)間, ,兩極均產(chǎn)生兩極均產(chǎn)生11.2L(11.2L(標(biāo)況下標(biāo)況下) )氣氣體體. .求電解后溶液

20、的求電解后溶液的C(HC(H+ +) )。CuCu2+2+得電子數(shù)得電子數(shù)+ H+ H+ +得電子數(shù)得電子數(shù)= OH= OH- -失電子總數(shù)失電子總數(shù)解析：陽(yáng)極解析：陽(yáng)極 4OH4OH- -4e-4e- - =2H=2H2 2O+OO+O2 2 陰極陰極 CuCu2+2+2e+2e- -=Cu 2H=Cu 2H+ +2e=H+2e=H2 2n(Cun(Cu2+2+) )2+0.52+0.52=0.52=0.54 4n(Cun(Cu2+2+)=0.5mol)=0.5molCuCu2+2+2H2H+ + C(HC(H+ +)=1mol/L)=1mol/L稀稀H2SO4Cu石墨石墨4(2007江蘇高

21、考江蘇高考11)某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行某同學(xué)按圖所示的裝置進(jìn)行 電解實(shí)驗(yàn)電解實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是下列說法正確的是 ( )(A)電解過程中，銅電極上有電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生產(chǎn)生(B)電解初期，主反應(yīng)方程式為：電解初期，主反應(yīng)方程式為： CuH2SO4=CuSO4H2(C)整個(gè)電解過程中，整個(gè)電解過程中，H的濃度不斷增大的濃度不斷增大(D)電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出電解一定時(shí)間后，石墨電極上有銅析出B D4.4.在在2525時(shí)時(shí). .將兩個(gè)鉑電極插入一定量的飽和將兩個(gè)鉑電極插入一定量的飽和NaNa2 2SOSO4 4溶液中進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后在陰溶液中進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后在陰極逸出極逸出a a摩氣體，同時(shí)析出摩氣體，同時(shí)析出w w克克NaNa2 2SOSO4 410H10H2 2O O晶體，若溫度不變，此時(shí)剩余溶液的質(zhì)量分晶體，若溫度不變，此時(shí)剩余溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是數(shù)是 （ ）71100%161100%36wwaA. B.A. B. 7100%161(18 )wwa71100%161(36 )wwaC. D.C. D.電解原理（09安徽卷安徽卷12）Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取色