化學(xué)電解池詳解

化學(xué)電解池詳解第1頁/共41頁〖復(fù)習(xí)回顧〗原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。想一想：構(gòu)成原電池的條件是什么?ZnCuCuCl2溶液e－e－⑴兩個(gè)活性不同的電極⑵電解質(zhì)溶液(一般與活潑性強(qiáng)的電極能發(fā)生氧化還原反應(yīng))⑶形成閉合回路(4)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)第2頁/共41頁〖復(fù)習(xí)回顧〗原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。原電池的電極如何判斷?ZnCuCuCl2溶液e－e－負(fù)極正極較活潑金屬較不活潑金屬或非金屬電子流出電子流入氧化反應(yīng)還原反應(yīng)第3頁/共41頁聯(lián)想*質(zhì)疑

G

ZnCuCCCuCl2溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：CuCl2溶液〖復(fù)習(xí)回顧〗寫一寫：原電池的電極反應(yīng)式?Zn–2e-=Zn2+Cu2+

＋2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++Cu第4頁/共41頁

CuCl2溶液在電流的作用下發(fā)生了化學(xué)變化，分解生成了Cu和Cl2。一、電解原理實(shí)驗(yàn)4-2：用惰性(石墨)電極電解氯化銅溶液陰極陽極氯氣銅CuCl2溶液

有氣泡，氣體有刺激性氣味，并能使?jié)駶櫟腒I-淀粉試紙變藍(lán)

碳棒上有一層紅色的物質(zhì)析出現(xiàn)象：

陰極：

陽極：——銅——Cl2

結(jié)論：第5頁/共41頁電解氯化銅溶液微觀模擬實(shí)驗(yàn)分析：第6頁/共41頁一、電解原理1、電解：

使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。2、電解池（電解槽）：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。注意：（1）直流電源。（2）熔融態(tài)的電解質(zhì)也能被電解。（3）電解是不可逆的。【思考1】電解池的兩極是怎樣確定的？第7頁/共41頁３、兩個(gè)電極及電極反應(yīng)陰極：與電源負(fù)極相連——電子流入——還原反應(yīng)陽極：與電源正極相連——電子流出——氧化反應(yīng)⑴、兩個(gè)電極的確定及電極反應(yīng)e－e－CCCuCl2溶液陰極陽極第8頁/共41頁⑵、兩個(gè)電極的類型：惰性電極(鉑、金、石墨)：

——僅僅導(dǎo)電，不參與反應(yīng)活性電極(除鉑、金外的金屬)：

——既可以導(dǎo)電、又可以參與電極反應(yīng)惰性電極與活性電極【思考2】形成電解池的條件是什么？CuCuCuCl2溶液陰極陽極CCCuCl2溶液陰極陽極第9頁/共41頁4、形成電解池的條件e－e－CCCuCl2溶液⑴與電源相連的兩個(gè)電極⑵電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)⑶形成閉合回路陰極陽極【思考3】在電解過程中，電子、離子是如何形成閉合回路的？第10頁/共41頁5、電子的流向:

電子從外加電源的負(fù)極流出，流到電解池的陰極，再從陽極流回電源正極。（注意：電子只在外電路定向移動(dòng)，不能從溶液中移動(dòng)）6、離子定向移動(dòng)的方向:陽離子向陰極移動(dòng),陰離子向陽極移動(dòng)?！舅伎?】電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是什么？e－e－CCCuCl2溶液陰極陽極【思考5】如何書寫電極反應(yīng)方程式和總方程式？第11頁/共41頁通式：陰極：氧化劑＋ne-

=還原產(chǎn)物陽極：還原劑－ne-

=氧化產(chǎn)物總電解反應(yīng)式：陰陽極反應(yīng)式相加所得的式子（考慮電子守恒）7、電極反應(yīng)式的書寫：e－e－CCCuCl2溶液陰極陽極陰極：Cu2++2e-＝Cu還原反應(yīng)陽極：2Cl--2e-＝Cl2↑氧化反應(yīng)總反應(yīng)式：

CuCl2Cu+Cl2↑電解第12頁/共41頁加CuCl2溶液變小【思考6】電解后氯化銅的濃度如何變化？【思考7】若要使電解質(zhì)溶液復(fù)原，怎么辦？【思考8】什么叫放電？陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電?！舅伎?】為什么Cu2+、Cl-放電，而不是

H+和OH-？陰離子放電：與陰離子的還原性的相對(duì)強(qiáng)弱有關(guān)陽離子放電：與陽離子的氧化性的相對(duì)強(qiáng)弱有關(guān)【思考10】陰陽離子的放電順序是什么？第13頁/共41頁8、離子放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(H+濃度較大時(shí)）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（濃度較小時(shí)）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

無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)的是溶液中的陽離子。陰極:

①活性材料作電極時(shí)：活性電極失去電子。

②用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時(shí)：S

2->SO32->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3->SO42-(等含氧酸根離子）>F-陽極：陰離子的還原性順序是：陽離子的氧化性順序是：第14頁/共41頁【思考11】電解氯化銅溶液時(shí)，溶液中Cu2＋和Cl－放電基本完畢后，電解過程是否也就停止了呢？原溶液變?yōu)榧兯?，?shí)際上是電解水的過程，所以：陰極：4H++4e—=2H2↑陽極：4OH—－4e—=2H2O+O2↑總反應(yīng)：2H2O=2H2↑+O2↑【思考12】在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電解質(zhì)換成氯化鈉，其結(jié)果又如何呢？寫出電極反應(yīng)。電解第15頁/共41頁

陰極：2H++2e—=H2↑陽極：2Cl—

－2e—=Cl2↑總反應(yīng)：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑【思考13】氯化鈉溶液換成熔融的氯化鈉，其結(jié)果又如何呢？寫出電極反應(yīng)。電解第16頁/共41頁陰極：2Na++2e-=2Na

（還原反應(yīng)）陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

（氧化反應(yīng)）總式：

2NaCl2Na+Cl2↑電解陰極陽極氯氣鈉熔融NaCl【思考14】分析電解反應(yīng)（用惰性電極時(shí)）的一般思路是什么？第17頁/共41頁小結(jié)1：分析電解反應(yīng)(用惰性電極時(shí))的一般思路：明確溶液中存在哪些離子根據(jù)陽極氧化、陰極還原以及氧化性、還原性強(qiáng)弱判斷反應(yīng)的離子先后，最后分析得出產(chǎn)物陰陽兩極附近有哪些離子【思考15】電解與電離有哪些異同呢？

第18頁/共41頁陰陽離子定向移動(dòng)，在兩極上失得電子成為原子或分子。如：CuCl2==Cu+Cl2↑電離電解條件過程特點(diǎn)聯(lián)系通電電解質(zhì)溶于水或受熱融化狀態(tài)

電解質(zhì)電離后，再通直流電電解質(zhì)電離成為自由移動(dòng)的離子。例：CuCl2=Cu2++2Cl-只產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子

發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成了新物質(zhì)

電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上【思考16】電解池與原電池有哪些異同呢？

小結(jié)2：電解與電離比較：第19頁/共41頁【思考17】電解池有什么規(guī)律？電解池能量轉(zhuǎn)換離子的遷移方向發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)能否自發(fā)

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陽極（接電源正極）陰極（接電源負(fù)極）陰離子向陽極遷移陽離子向陰極遷移原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能負(fù)極正極陰離子向負(fù)極遷移陽離子向正極遷移相同點(diǎn)(從原理分析)都是氧化還原反應(yīng)小結(jié)3：原電池與電解池的比較:不自發(fā)自發(fā)第20頁/共41頁小結(jié)4：電解規(guī)律（惰性電極）陰極陽極氯氣銅實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原CuCl2

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑陰極：Cu2++2e-=2Cu減小增大CuCl2CuCl2溶液

CuCl2Cu+Cl2↑電解第21頁/共41頁陽極陰極氧氣氫氣實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原Na2SO4

實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原Na2SO4

陽極:4OH--4e-=2H2O+O2

↑陰極:

4H++4e-=2H2↑變大不變

加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑

+O2↑電解第22頁/共41頁陽極陰極氯氣氫氣實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原NaCl

陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑電解減小增大

加HClNaCl溶液第23頁/共41頁實(shí)例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原CuSO4陽極陰極氧氣銅陽極:4OH--4e-=2H2O+O2

↑陰極：Cu2++2e-=

Cu減小減小

加CuOCuSO4溶液

2CuSO4+

2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4電解第24頁/共41頁

電解質(zhì)溶液用惰性電極電解的示例：電解類型舉例電極反應(yīng)溶液PH變化溶液復(fù)原方法物質(zhì)類別實(shí)例僅溶劑水電解

僅溶質(zhì)電解

溶質(zhì)和溶劑都電解

含氧酸H2SO4強(qiáng)堿NaOH活潑金屬的含氧酸鹽Na2SO4無氧酸HCl陰極:4H++4e-=2H2↑陽極:4OH-－4e-=O2↑+2H2O減小增大不變H2O陽極:2Cl-－2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=

H2↑增大HCl不活潑金屬的無氧酸鹽CuCl2陽極:2Cl-－

2e-=Cl2↑陰極:Cu2++2e-=

Cu增大CuCl2活潑金屬的無氧酸鹽NaCl陽極:2Cl-－2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=

H2↑增大HCl不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4陽極:4OH-－4e-=O2↑+2H2O陰極:2Cu2++4e-=

2Cu減小CuO放氫生堿放氧生酸第25頁/共41頁鞏固練習(xí)1、電極反應(yīng)方程式及電解總反應(yīng)方程式的書寫(惰性電極，溶液)：

H2SO4 HCl NaOHK2SO4 CuCl2 CuSO4NaCl KMnO42、用石墨作電極電解CuCl2、NaCl的混合溶液時(shí)，陰極析出的物質(zhì)是_____；陽極產(chǎn)物是_____。3、兩極都用銀片作電極電解AgNO3溶液時(shí)，陽極的產(chǎn)物是____；陰極的產(chǎn)物是____。第26頁/共41頁練習(xí)4、試寫出下列裝置中所發(fā)生的電極反應(yīng)方程式。石墨石墨粗銅純銅純銅鐵CuSO4溶液CuSO4溶液CuSO4溶液(A)(B)(C)第27頁/共41頁二、電解原理的應(yīng)用1、氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣的工業(yè)）陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2H++2e-==H2↑總反應(yīng)：2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑食鹽水中存在的離子：Na+

、Cl-

、H+

、OH-離子放電順序：陽離子H+

＞Na+

陰離子Cl-

＞OH-電極反應(yīng)：H+Na+Cl-OH-陰極陽極

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)第28頁/共41頁－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡鹽水NaOH溶液精制飽和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）離子交換膜

陽極金屬鈦網(wǎng)陰極碳鋼網(wǎng)陽極室陰極室第29頁/共41頁泥沙、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-、CO32-、OH-Na+、Cl-沉降除泥沙略過量BaCl2

溶液除SO42-略過量Na2CO3

溶液除Ca2+.

Ba2+

略過量NaOH溶液除Fe3+,

Mg2+

適量HCl溶液調(diào)節(jié)PH除CO32-、OH-第30頁/共41頁含氯漂白劑有機(jī)合成、造紙玻璃、肥皂紡織、印染有機(jī)合成氯化物合成農(nóng)藥金屬冶煉有機(jī)合成HCl鹽酸電解飽和食鹽水以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)H2NaOH濕氯氣濕氫氣液堿Cl2第31頁/共41頁二、電解原理的應(yīng)用2、電鍍（在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法）電鍍銅原理銅片待鍍件硫酸銅溶液陽極：鍍層金屬陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)陽極：鍍層金屬（純銅板）陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬的電解質(zhì)（硫酸銅溶液）電鍍銅陽極減少質(zhì)量等于陰極增加質(zhì)量。第32頁/共41頁3、粗銅的電解精煉+純銅粗銅－CuSO4溶液問:電解完后,CuSO4溶液的濃度有何變化？陽極：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-

=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+

ZnFeNiCuAgAu陰極:Cu2++2e-=Cu陽極泥第33頁/共41頁電解精煉銅第34頁/共41頁電解精煉銅原理：①粗銅的溶解與純銅的生成：陽極（粗銅）：Cu－2e-=Cu2+陰極（純銅）：Cu2++2e-=Cu②比銅活潑的金屬：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比銅不活潑的金屬：Au、Pt不溶解，而以單質(zhì)沉積形成陽極泥；④電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度減小。陽極減少質(zhì)量不等于陰極增加質(zhì)量。第35頁/共41頁制取金屬鈉電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2Na++2e-==2Na總反應(yīng)：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑4、電冶金冶煉Na、Ca、Mg、Al這樣活潑的金屬，電解法幾乎是唯一可行的工業(yè)方法。第36頁/共41頁電解熔融氯化鈉制鈉第37頁/共41頁制取金屬鋁電解熔融狀態(tài)的氧化鋁。陽極：6O2-

－12e-==3O2↑陰極：4Al3++12e-==4Al總反應(yīng)：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑冰晶石思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3?AlCl3為分子晶體，在