高中化学 4_3《电解池》课件1 新人教版选修4 33页

第四章 电化学基础 第三节 电解池 探究实验 1 甲 实验步骤 如图 甲 所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳棒插入盛有 CuCl 2 溶液的 U 型管中，观察现象 。 实验现象 结论 无 现 象 没有且不能自发发生原电池反应 甲装置不满足构成原电池的条件。 分析原因 : CuCl 2 溶液 氢气 氧气 电解 电解水 ： 2 H 2 O ====2 H 2 ↑ ＋ O 2 ↑ + _ 探究实验 2 －－ 如图所示，将两根石墨棒分别跟 直流电源 的正极和负极连接，浸入盛有 CuCl 2 溶液的烧杯中 ，再接通 12V 直流电 , 观察现象。 约 3 ～ 5min 后切断电源。 C C 阴极 阳极 CuCl 2 溶液 ＋ － 向氯化铜溶液中通入直流电 A ：理论先行 思考 1 ：氯化铜溶液中含有哪些微粒 ? 思考 2 ：在通电时这些微粒各向什么区移动？ 思考 3 ： 猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物可能是哪些？ 阳离子： Cu 2+ 、 H + 阴离子： Cl - 、 OH - Cu 2+ 、 H + 向阴极区移动 ； Cl - 、 OH - 向阳极区移动 Cl - →Cl 2 ↑ OH - →O 2 ↑ H 2 O H + + OH - CuCl 2 ＝ Cu 2+ +2Cl - 阴极区： Cu 2+ →Cu H + →H 2 ↑ 阳极区： B. 实验记录 实验现象 产物验证 产物确定 有气泡逸出 有红色固体析出 氯气 铜 使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 ————— 氧气？ 氢气？ 阴极 阳极 阴离子失去电子 , 阳离子得到电子的过程叫 放电 。 影响离子放电的因素： 离子得失电子的能力 离子的浓度 放电能力： Ag + > Hg 2+ > Fe 3+ >Cu 2+ > H + > Pb 2+ >Sn 2+ >Fe 2+ >Zn 2+ Al 3+ >Mg 2+ >Na + >Ca + >K + 阴极： 氧化性强的离子先得电子。 阳极： 还原性强的离子先失电子。 金属 > S 2 － >I － >Br － >Cl － > OH － >NO 3 － >SO 4 2 － >F － 除 Pt 、 Au Cu 2+ oooooooooooooooooooo  － ＋ － ＋ 阴极 阳极 Cu Cl 2 ooooooooooooooooooooooo 电解氯化铜溶液实验装置 e - e - 单击电子流动 OH － H + 电极反应： 2Cl － － 2e － = Cl 2 ↑ （氧化反应） Cu 2+ ＋ 2e － = Cu （还原反应） 总反应式： CuCl 2 Cu + Cl 2 ↑ 电解 阳极： 阴极： 1. 电解： 使 直流电 通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应 的过程，叫做电解。 3. 构成电解池的条件： ①直流电源； 阴极 : 与电源 负极 相连 [ 还原反应 ] 阳极 : 与电源 正极 相连 [ 氧化反应 ] ②电极： ③电解质溶液或熔融电解质； 2. 电解池： 电能转变为化学能的装置。 C C 一、电解原理 ④形成闭合回路。 小结： ①电极反应： 阳氧化、阴还原 ②离子流向： 异性相吸 ③电子流向： 电子从 负极 流向 阴极 ，经溶液离子 导电，再从 阳极 流回 正极 ( 阳氧 ) 思考 ? 电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果？ H 2 O H + + OH — Na 2 SO 4 ＝ 2 Na + + SO 4 2— 离子放电的顺序 阳离子 阴离子 H + >Na + OH － >SO 4 2 － 4OH － － 4e － ＝ 2H 2 O +O 2 ↑ 4H + +4e － ＝ 2H 2 ↑ 总反应： 2H 2 O ＝＝ O 2 ↑ +2H 2 ↑ 电解 阳极 ： 阴极： 1. 分析溶液中存在的所有离子（包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。 2. 根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电极反应式。（注意得失电子守恒） 3. 由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（ 弱电解质的须保持分子形式 ） 写电极反应 【 方法小结 】 [ 例 ] 以 石墨碳棒 为电极，请写出分别电解下列溶液时 , 在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。 (1)NaCl 溶液 : (2)CuSO 4 溶液 : 想一想、做一做 阳极： 4OH - -4e - ＝ 2H 2 O+O 2 ↑ 阴极： 2Cu 2+ +4e - ＝ 2Cu 电解 总反应式： 2Cu 2+ +2H 2 O ＝ 2Cu+O 2 ↑+4H + 阳极： 2Cl - -2e - =Cl 2 ↑ 阴极： 2H + +2e - =H 2 ↑ 总反应： 2Cl - +2H 2 O = Cl 2 ↑+H 2 ↑+2OH - 电解 H + 应该在哪一极？ OH - 在哪一极？ (2H 2 O 2H + +2OH - ) (4H 2 O 4H + +4OH - ) 电解池与原电池有哪些异同 ①两电极接直流电源 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ①活泼性不同的两电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 自发的氧化还原反应 形成条件 将电能 转变成化学能的装置 将化学能 转变成电能的装置 定义 装置 实例 电解池 原电池 装置 电解池与原电池有哪些异同 ( 续 ) 电源负极→电解池阴极电解池阳极→电源正极 电子 流向 阳极： 氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子 阴极： 还原反应，溶液中的阳离子得电子 负极： 氧化反应，金属失电子 正极： 还原反应，溶液中的阳离子得电子 电极 反应 阳极： 与电源正极相连 阴极： 与电源负极相连 负极： 较活泼金属 正极： 较不活泼金属（或能导电的非金属） 电极 名称 电解池 原电池 装置 负极 正极 导线 二、电解规律 ( 用惰性电极电解时 ) 1 、 电解 含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液 时，如电解 H 2 SO 4 、 HNO 3 、 NaOH 、 Na 2 SO 4 等溶液 阳极 ： 4OH － － 4e － ＝ 2H 2 O +O 2 ↑ 阴极： 4H + +4e － ＝ 2H 2 ↑ 总反应： 2H 2 O ＝ O 2 ↑ +2H 2 ↑ 电解 电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复 原来的浓度，只需加入一定量的 即可。 实质：电解水 例如：电解硫酸钠溶液 增大 水 2 、电解 无氧酸溶液 ( 氢氟酸除外 ) 、不活泼金属的 无氧酸盐溶液 ，如电解盐酸、 CuCl 2 溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复 原来的组成和浓度，需加入一定量的 ( 通入一 定量的 HCl 气体 ) 阳极： 2Cl － － 2e － ＝ Cl 2 ↑ 阴极： 2H + +2e － ＝ H 2 ↑ 总反应： 2HCl ＝ Cl 2 ↑ + H 2 ↑ 电解 电解盐酸 实质：电解质本身被电解 减小 溶质 3 、电解 不活泼金属的含氧酸盐 时，电解质和水都 有一部分被电解，如电解 CuSO 4 溶液、 AgNO 3 溶液 等。 阳极 ： 4OH － － 4e － ＝ 2H 2 O +O 2 ↑ 阴极： 2Cu 2+ +4e － ＝ 2Cu 总反应： 2CuSO 4 +2H 2 O ＝ 2Cu+O 2 ↑ +2H 2 SO 4 电解 电解后原溶液中溶质的质量分数 减小 ，若要恢 复原来的组成和浓度，需加入一定量 金属氧化物 。 电解 CuSO 4 溶液 4 、电解 活泼金属的无氧酸盐溶液 时，电解质和水 都有一部分被电解，如电解 NaCl 溶液等。 电解后原溶液中溶质的质量分数 减小 ，若要恢 复原来的组成和浓度，需通入一定量的 HCl 。 阳极 (C) ： 2Cl － － 2e － ＝ Cl 2 ↑ 阴极 (C) ： 2H + +2e － ＝ H 2 ↑ 总反应： 2NaCl+2H 2 O ＝＝ 2NaOH+ Cl 2 ↑ + H 2 ↑ 电解 练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电极反应及电解总反应式。 　　 AgNO 3 溶液 试一试 阳极： 4OH - -4e - =2H 2 O+O 2 ↑ 阴极： 4Ag + +4e - =4Ag 总反应式： 4Ag + +2H 2 O==4Ag +O 2 ↑+4H + 通电 1 、下列说法或实验现象的描述不正确的是（ ） A ．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡 B ．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁 C ．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快 D ．与电源负极相连的是电解槽的阴极 B 练习 例：在 50mL 0.2mol/L 的硫酸铜溶液中插入两个电 极，通电电解 ( 不考虑水分蒸发 ) ，则： ⑴若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶 质浓度将怎样变化 。 ⑵若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是 ⑶如果两极均为铜片且不考虑 H + 在阴极上放电 当电路中有 0.01mol 电子通过时，阴极增重 g ， 阴极上的电极反应式是 。 不变 0.32 Zn － 2e － ＝ Zn 2+ Cu 2+ +2e － ＝ Cu (1) 在 NaCl 溶液中 ,NaCl 电离出 ， H 2 O 电离出 。 通电后，在电场的作用下， 向阴极移动， 向阳极移动。 在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式： ; （ 2 ）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成 ． 使 H 2 O 电离向右移动，因此阴极 浓度增大， PH 。 阴极方程式： 。 2Cl - - 2e - = Cl 2 2H + + 2e - = H 2 Na + 、 Cl - H + 、 OH - Cl - 、 OH - Cl - Cl 2 H + H 2 OH - 增大 Na + 、 H + 三、电解原理的应用 1 、氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。 总化学方程式： ; 总离子方程式 : . (3) 电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为： ___________ ，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？ 阴极附近的溶液无色变为 红色 阳极 : 产生 刺激 气体使湿润 KI 淀粉试纸变蓝色 . 阴极 : 产生 无色、无味气体 (2) 避免生成物 H 2 和 Cl 2 混合 , 因为 : . (1) 避免 Cl 2 接触 NaOH 溶液会反应 , 使产品不纯 , 反应方程式 : . 第一个问题 : Cl 2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H 2 O 混合遇火或遇强光爆炸 解决方法 : 使用离子交换膜 电解饱和食盐水必须解决两个主要问题 : 2 、铜的电解精炼 ⑴、粗铜所含的杂质 Zn 、 Fe 、 Ni 、 Ag 、 Au 等 + 纯铜 粗铜 － CuSO 4 溶液 ⑵、粗铜的精炼 以粗铜为阳极，以纯 铜为阴极， 以 CuSO 4 溶液 为电解液进行电解 阳极： Zn － 2e － ＝ Zn 2+ Fe － 2e － ＝ Fe 2+ Ni － 2e － ＝ Ni 2+ Cu － 2e － ＝ Cu 2+ 阴极： Cu 2+ +2e － ＝ Cu 3 、电镀 ⑴、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层 其它金属或合金的过程。 ⑵、电镀池形成条件 + 镀件 镀层金属 － 含镀层金属离子的盐溶液 ① 、 镀件作阴极 ② 、 镀层金属作阳极 ③ 、 含镀层金属阳离子 的盐溶液作电解液 ⑶、电镀的特点 电镀液的组成及酸碱性保持不变 4 、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等） 制取金属钠 电解熔融状态的氯化钠。 通直流电后， 阳极： 2Cl - － 2e - == Cl 2 ↑ 阴极： 2Na + + 2e - == 2Na 总反应： 2NaCl( 熔融 ) 2Na + Cl 2 ↑ 结论： 电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是 最强有力的氧化还原 的手段。 制取金属铝 电解熔融状态的氧化铝。 阳极： 6O 2 - － 12e - == 3O 2 ↑ 阴极： 4Al 3 + + 12e - == 4Al 总反应： 2Al 2 O 3 ( 熔融 ) 4Al + 3O 2 ↑ 冰晶石 原电池、电解池、电镀池判定规律 若无外接电源， 可能是原电池，然后依据原 电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看” 先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中， 则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质 溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情 况为电解池。 讨论： 比较电解池和原电池的异同 ~~~~~~ 装置 原电池 电解池 实例               原理         形成条       电极名称       电子流向       电流方向         电极反应       能量转化     应用         发生氧化还原反应，从而形成电流 电流通过引起氧化还原反应 两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、 自发发生氧化还原反应 电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态） 由电极本身决定 正极 ：流入电子 负极 ：流出电子 由外电源决定 阳极 ： 连电源正极 阴极 ：连电源负极 （外电路）负极 → 正极 电源负极→阴极→阳极→电源正极 （外电路）正极→负极 电源正极→阳极→阴极→电源负极 负极： Zn - 2e - =Zn 2+ （氧化反应） 正极： 2H + + 2e - =H 2 ↑ （还原原应） 阳极： 2 Cl - - 2e - = Cl 2 ↑ ( 氧化反应 ) 阴极 : Cu 2+ + 2e - = Cu ( 还原反应 ) 化学能→ 电能 电能→化学能 设计电池、金属防腐 氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼 铜锌原电池 电解氯化铜 提示： 第二个问题：精制食盐水 由于粗盐中含有泥沙、 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 Fe 3+ 、 SO 4 2 — 等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？ 3 、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个 合理的顺序逐一除杂吗？ 2 、用什么试剂除去 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 Fe 3+ 、 SO 4 2— 1 、用什么方法除去泥沙？ 泥沙 、 Na + 、 Cl - 、 Mg 2+ 、 Ca 2+ 、 Fe 3+ 、 SO 4 2- Na + 、 Cl - 、 .Mg 2+ 、 Ca 2+ 、 Fe 3+ 、 SO 4 2- Na + 、 Cl - 、 Mg 2+ 、 Ca 2+ 、 Fe 3+ 、 引入 Ba 2+ Na + 、 Cl - 、 Ca 2+ 、 Ba 2+ 、 引入 OH - Na + 、 Cl - 、 CO 3 2- 、 OH - Na + 、 Cl - 沉降 除泥沙 略过量 BaCl 2 溶液 除 SO 4 2- 略过量 Na 2 CO 3 溶液 除 Ca 2+ . Ba 2+ 略过量 NaOH 溶液 除 Fe 3+ , Mg 2+ 适量 HCl 溶液 调节 PH 除 CO 3 2- 、 OH -