電解池原理及其應(yīng)用

第三節(jié)電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與保護(hù)目標(biāo)解讀1、了解電解池的構(gòu)成，理解電解原理2、掌握常見離子在陰陽兩極上的放電順序，能夠準(zhǔn)確判斷兩極的產(chǎn)物及變化，能夠正確書寫電極反應(yīng)及總反應(yīng)方程式3、了解氯堿工業(yè)的反應(yīng)原理，了解電鍍池及銅的電解精煉的工作原理一、電解池原理1.定義：(1)直流電源(2)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)(3)固體電極材料（活性或惰性）電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置為電解池.2.構(gòu)成3.電極名稱：與電源負(fù)極相連的電極為陰極與電源正極相連的電極為陽極電極的判斷方法？例1.判斷下列裝置屬于電解池的是Cu指出下列裝置的名稱、電極名稱，寫出電極反應(yīng)式，一段時間后電解質(zhì)溶液中兩極附近離子有何變化？并表示出電子移動方向。

例2ⅠⅡe-e-e-e-e-－+陽陰原電池電解池4.電子、離子定向移動方向及反應(yīng)電解池必發(fā)生得電子的還原反應(yīng)必發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)★.電子傳遞方向:電子從原電池的負(fù)極出發(fā),經(jīng)過導(dǎo)線回到電解池的陰極,再由離子通過電解液傳到陽極,離子在陽極失去電子,電子經(jīng)導(dǎo)線回到原電池的正極電子和離子移動方向①電子：從電源

流向電解池的

；從電解池的

流向電源的

。②離子：陽離子移向電解池的

；陰離子移向電解池的

。負(fù)極陰極陽極正極陰極陽極通電前，溶液中有哪些離子？運動情況如何？思考3.當(dāng)離子定向移動到電極表面時，發(fā)生的是什么類型的反應(yīng)？2.通電后，離子的運動情況有什么改變？CuCl2=Cu2++2Cl-H2O

H++OH-

陽離子：Cu2+、H+

移向陰極陰離子：Cl-、OH-移向陽極無規(guī)則運動定向運動氧化還原反應(yīng)4、指出該裝置中電解池的陰陽極，寫出電極反應(yīng)式及總反應(yīng)的化學(xué)方程式。5、在CuCl2溶液中有自由移動的Cu2+、Cl-、H+、OH-，為什么只有Cu2+、Cl-得失電子，而H+、OH-卻不能或很難在兩極上得失電子呢？在陰、陽極上，離子的放電順序又是怎樣的？陽極：2Cl-→Cl2

↑+2e-陰極：Cu2++2e-Cu總反應(yīng)：CuCl2

Cl2

↑+Cu5.離子放電順序及電解產(chǎn)物的判斷活潑金屬作陽極>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞（1）陽極上（氧化反應(yīng)Pt、Au除外)

）

(2)陰極上（還原反應(yīng)）無論是惰性電極還是金屬電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。陽離子在陰極上放電順序是：

上述順序基本上是金屬活動性順序，越活潑的金屬，其陽離子越難得到電子，但Fe3+氧化性較Cu2+強。Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+(H+)>

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+H2OOH－（H2O)練習(xí)1：說出下列裝置中電解池的陰陽極，寫出電極反應(yīng)式及總反應(yīng)的化學(xué)方程式、離子方程式。陽極：陰極：總反應(yīng)：2Cl--2e-

→Cl2↑2H++2e-→

H2

↑2HCl==H2↑

+Cl2↑通電2H++2Cl-==H2↑

+Cl2↑通電6.電極反應(yīng)式書寫陽極：陰極：總反應(yīng)：陽極：陰極：總反應(yīng)：通電4AgNO3+2H2O==4Ag+O2↑

+4HNO3通電2NaBr+2H2O==2NaOH+H2↑

+Br2通電4Ag++2H2O==4Ag+O2↑

+4H+通電2Br-+2H2O==2OH-+H2↑

+Br24OH-

-4e-

O2↑

+2H2OAg++e-

Ag2Br--2e-

Br22H++2e-

H2

↑陽極：陰極：2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通電總反應(yīng)：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通電陽極：陰極：總反應(yīng)：2NaCl+2H2O=H2

↑+Cl2↑

+2NaOH通電2Cl-+2H2O=H2

↑+Cl2↑

+2OH-通電Cu2++2e-

Cu4OH-

2H2O+O2

↑+4e-2Cl-

+2e-Cl2↑2H++2e-

H2

↑陽極：陰極：總反應(yīng)：Na2SO4溶液2H2O==2H2↑+O2↑通電陽極：陰極：2H2O=2H2↑+O2↑通電總反應(yīng)：H2SO4溶液4OH-

-4e-2H2O+O2

↑4H++4e—

2H2↑4H++4e—2H2↑4OH-

-4e-2H2O+O2

↑NaOH溶液陽極：陰極：總反應(yīng)：2H2O=2H2↑+O2↑通電

4OH-

-4e-2H2O+O2

↑4H++4e—2H2↑從H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五種離子中選出兩種離子組成電解質(zhì)，按下列要求進(jìn)行電解，用電解質(zhì)的化學(xué)式填空（使用惰性電極電解）（1）電解過程中溶液的pH增大的有_______（2）電解過程中溶液的pH減小的有

（3）電解過程中溶液的pH不變的有

。

有何規(guī)律？CuSO4、H2SO4Na2SO4練習(xí)2：NaCl、HCl

CuCl2★電解規(guī)律(用惰性材料作電極時)⑴、電解含氧酸、強堿溶液、活潑金屬的含氧酸鹽溶液時，實質(zhì)上是電解水。如電解H2SO4、NaOH、Na2SO4等溶液時其電極反應(yīng)式為：陽極：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑陰極：4H++4e－＝2H2↑

總反應(yīng)：2H2O＝＝O2↑+2H2↑

電解電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，若要恢復(fù)原來的濃度，只需加入一定量的水即可。HNO3★電解規(guī)律(用惰性材料作電極時)⑵、電解無氧酸溶液(氫氟酸除外)、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液時，實質(zhì)上是電解質(zhì)本身被電解。如電解鹽酸、CuCl2溶液等時電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和濃度，需加入一定量的溶質(zhì)(通入一定量的HCl氣體)陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑陰極：2H++2e－＝H2↑

總反應(yīng)：2HCl＝＝Cl2↑+H2↑

電解電解鹽酸★電解規(guī)律(用惰性電極電解時)⑶、電解不活潑金屬的含氧酸鹽時，電解質(zhì)和水都有一部分被電解，如電解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。(放氧生酸型）陽極：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑陰極：2Cu2++4e－＝2Cu總反應(yīng)：2CuSO4+2H2O＝2Cu+O2↑+2H2SO4

電解電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和濃度，需加入一定量金屬氧化物。如：電解CuSO4、AgNO3溶液等★電解規(guī)律(用惰性材料作電極時)⑷、電解活潑金屬的無酸鹽溶液時，電解質(zhì)和水都有一部分被電解，如電解NaCl溶液等。

(放氫生堿型）電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和濃度，需通入一定量的HCl。陽極(C)：2Cl－－2e－＝Cl2↑陰極(C)：2H++2e－＝H2↑總反應(yīng)：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑電解以碳棒為電極，電解下列物質(zhì)的水溶液時，在陰、陽兩極上分別是什么離子放電？總結(jié)有什么特點或規(guī)律？HCl、CuCl2、H2O2.NaCl、AgNO3、CuSO43.Na2SO4、H2SO4、NaOH實質(zhì)電解的只是溶質(zhì)本身實質(zhì)電解的是溶質(zhì)和H2O實質(zhì)電解的就是H2O（1）電解時，只生成H2而不生成O2，則溶液的pH

。（2）電解時，只生成O2而不生成H2，則溶液的pH

。（3）電解時，既生成H2又生成O2，則實際為電解水。①若為酸性pH

，②若堿性溶液，則溶液的pH

，③若為中性，則pH

。增大減小減小增大不變7.電解過程中溶液pH的變化規(guī)律練習(xí)3、下圖A為直流電源，B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽．接通電路后發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色．為實現(xiàn)鐵上鍍鋅，接通K后，使c、d兩點短路．下列敘述正確的是（）A．a(chǎn)為直流電源的負(fù)極B．c極發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－＝H2↑C．f電極為鋅板D．e極發(fā)生氧化反應(yīng)BD練習(xí)4．下圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時間后，b極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是()A．X是正極，Y是負(fù)極B．X是負(fù)極，Y是正極C．CuSO4溶液的PH值逐漸減小D．CuSO4溶液的PH值不變a?XY?bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC練習(xí)5：（2007上海）某學(xué)生設(shè)計了一個“黑筆寫紅字”的趣味實驗。濾紙先用氯化鈉、無色酚酞的混合液浸濕，然后平鋪在一塊鉑片上，接通電源后，用鉛筆在濾紙上寫字，會出現(xiàn)紅色字跡。據(jù)此，下列敘述正確的是()A.鉛筆端作陽極，發(fā)生還原反應(yīng)B.鉑片端作陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)C.鉛筆端有少量的氯氣產(chǎn)生D.a點是負(fù)極，b點是正極D練習(xí)6.右圖中x、y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加,b極板處有無色無臭氣體放出,符合這一情況的()A

分析電解反應(yīng)的一般思路：明確溶液中存在哪些離子根據(jù)陰陽離子放電順序及陽極氧化、陰極還原分析得出產(chǎn)物陰陽兩極附近有哪些離子小結(jié)3想一想？如果要在某鐵制品表面鍍上一層銀，請你選擇合適的電極材料和電鍍液，并寫出電極反應(yīng)方程式。陰極——某鐵制品陽極——金屬銀電鍍液——含有硝酸銀的溶液陽極：Ag→

Ag++e-

陰極：Ag+＋e－→

Ag溶液中離子濃度不變（一）電鍍1、定義：利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或是合金的過程。2、目的：4、電鍍的特點：3、電鍍材料的選擇：

使金屬增強抗腐蝕的能力，增加美觀和表面硬度。1）陽極本身參加電極反應(yīng)2）電解質(zhì)溶液的濃度保持不變二、電解池原理的應(yīng)用電鍍液——含有鍍層金屬離子的溶液陽極——鍍層金屬陰極——鍍件（二）銅的電解精煉陽極：Cu→Cu2++2e-陰極：Cu2++2e-

→Cu雜質(zhì)比銅活潑的Zn、Ni、Fe等：Zn→Zn2++2e-

Ni-2e-=Ni2+Fe→Fe2++2e-活潑性在銅之后的銀、金等：還原性比銅差的，不能失去電子，它們以單質(zhì)的形式留在溶液中，成為陽極泥。電解質(zhì)溶液硫酸銅的濃度略有減小。

(三）氯堿工業(yè)（1）在NaCl溶液中,NaCl電離出

，H2O電離出

。通電后，在電場的作用下，

向陰極移動，

向陽極移動。在陽極，由于

容易失去電子，被氧化生成

。陽極方程式：

;（2）在陰極，由于

容易得到電子被還原生成

．使H2O電離向右移動，因此陰極

濃度增大PH

。陰極方程式：

。Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+2Cl--2e-Cl22H++2e-H2總化學(xué)方程式：

;總離子方程式:

.(3)電解前向溶液中滴加酚酞，通電后現(xiàn)象為：___________

，兩極極板上都有氣體產(chǎn)生，如何檢驗氣體的種類？

陰極附近的溶液無色變?yōu)榧t色陽極:把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極 附近,產(chǎn)生氣體可以使?jié)駶橩I淀粉試 紙變藍(lán)色.（四）.電解法冶煉金屬：對于活潑的金屬單質(zhì)，如：鋰、鈉、鈣、鎂、鋁等等，由于難有還原劑從它們的化合物中還原出來,采用電解法幾乎是得到它們的唯一方法。

電解2Al2O3(熔融)

====4Al+3O2↑,其中，Na3AlF6在電解時作熔劑，以降低Al2O3的熔化所需要的溫度電解電解MgCl2(熔融)==Mg+Cl2

↑NaCl(熔融)==2Na+Cl2↑Na3AlF6化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍（1）化學(xué)腐蝕與電化腐蝕金屬的腐蝕及防腐蝕1、金屬的腐蝕：金屬或合金的表面與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破壞。說明：本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。（2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）析氫腐蝕吸氧腐蝕條件電極反應(yīng)負(fù)極正極總反應(yīng)式水膜酸性較強（pH＜4.3)水膜酸性很弱或中性Fe-2e-

=Fe2+2H++2e-

=H2↑O2+2H2O+4e-

=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2練習(xí)：請你根據(jù)原電池原理，寫出鋼鐵吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。2Fe-4e-

→2Fe2+O2+2H2O+4e-→4OH-2Fe+

O2+2H2O

=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O進(jìn)一步反應(yīng)：負(fù)極：正極：電池反應(yīng)：2、金屬的防護(hù)3、金屬腐蝕速率大小金屬表面覆蓋保護(hù)層

a、非金屬材料：油漆、搪瓷、陶瓷、瀝青、塑料橡膠等

b、電鍍：白口鐵、馬口鐵

c、鈍化：致密的氧化物薄膜②改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)：加入鎳和鉻---不銹鋼③電化學(xué)保護(hù)法：a、利用原電池原理—犧牲陽極保護(hù)法例如：船體四周鑲嵌鋅塊；鍍層破損后的白鐵皮b、利用電解原理----陰極電保護(hù)法（外加電流陰極保護(hù)法）電解池陽極＞原電池負(fù)極＞化學(xué)腐蝕下列各情況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是

。(5)(2)(1)(3)(4)討論與交流在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕(2)避免生成物H2和Cl2混合,因為:

.(1)避免Cl2接觸NaOH溶液會反應(yīng),使產(chǎn)品不純,反應(yīng)方程式:

.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇強光爆炸解決方法:使用離子交換膜電解飽和食鹽水必須解決主要問題:如何使圖中的鐵棒上析出銅，而鐵的質(zhì)量不變？問題討論：設(shè)計成電解池且鐵作陰極金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，