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- 2021-07-06 发布
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第四章 电化学基础
16 二月 2021
第三节 电解池
第一课时
有关电解
金属钠是在
1807
年通过电解氢氧化钠制得的,这个原理应用于工业生产,约在
1891
年才获得成功。
1921
年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用,它的产量显著地增加。目前,世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法,少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。
电解是
将电能转化为化学能
的一种重要方法。
2
一、电解原理
(以电解氯化钠为例)
探究:
用惰性(石墨)电极电解熔融的氯化钠
现象:
阳极:
有气泡,有刺激性气味,并能使 湿润的
KI-
淀 粉试纸变蓝(
Cl
2
)
阴极:
有金属钠析出
阴极
阳极
氯
气
钠
熔融
NaCl
3
☆分析:
通电前:
分析熔融电解质中的离子情况
阳离子
:
Na
+
阴离子
:
Cl
-
无规则运动
通电后:
(必须直流电)
(
1
)确定电极名称:
阳极
(接电源正极)
阴极
(接电源负极)
与电极材料无关
(
2
)判断电极产物并书写电极反应
:
阳离子移向阴极放电,阴离子移向阳极放电
阳极
:
2Cl
-
-2e
-
=Cl
2
↑
氧化反应
阴极
:
2Na
+
+2e
-
=2Na
还原反应
总式:
2
NaCl 2Na+Cl
2
↑
通电
4
电解
:
使
电流
通过
电解质溶液
而在
阴阳两极
引起
氧化还原反应
的过程。(
强制性的氧化还原反应
)
电解池
:
借助
氧化还原反应
,把
电能
转化为
化学能
的装置。
★构成条件
:
(1)
外加直流电源
(2)
与电源相连的两个电极:
接电源负极的为阴极,阴极
送出电子
强制发生
还原反应
接电源正极的为阳极,阳极
收回电子
强制发生
氧化反应
仔细理解个中含义,这是电解的关键!
(3)
电解质溶液或熔化的电解质
5
电子的流向
:
由电源决定!
电子从外加电源的负极流出,流到电解池的阴极,再从阳极流回电源正极。
(注:电子只在外电路定向移动,不能从溶液中移动)
离子定向移动的方向
:
阳离子
向
阴极
移动
,
阴离子
向
阳极
移动
.
惰性电极与活性电极:
惰性电极
(
铂、金、石墨
)
:
仅仅导电,不参与反应
活性电极(除铂、金外的金属):
既可以导电、又可以参与电极反应
6
电解过程不仅可以在熔融电解质中进行,也可以在电解质溶液中进行。
以电解氯化铜为例
实验:
用惰性(石墨)电极电解氯化铜溶液
现象:
阳极:
有气泡,有刺激性气味,并能使 湿润的
KI-
淀 粉试纸变蓝(
Cl
2
)
阴极:
碳棒上有一层红色的铜析出
阴极
阳极
氯
气
铜
CuCl
2
溶液
7
实验分析:
通电前:
分析电解质溶液中的离子情况
阳离子
:
H
+
、
Cu
2+
阴离子
:
OH
-
、
Cl
-
做无规则运动
通电后:
(必须直流电)
(
1
)确定电极名称:
阳极
(接电源正极)
阴极
(接电源负极)
与电极材料无关
8
(
3
)判断电极产物并书写电极反应
:
阳离子移向阴极放电,阴离子移向阳极放电
阳极
:
2Cl
-
-2e
-
=Cl
2
↑
氧化反应
阴极
:
Cu
2+
+2e
-
=Cu
还原反应
总式:
(
2
)判断离子的放电顺序:
阳离子
:
Cu
2+
>H
+
阴离子
:
Cl
-
>OH
-
(
4
)分析电解质溶液的变化情况:
CuCl
2
溶液浓度降低
CuCl
2
Cu+Cl
2
↑
电解
9
电解饱和食盐水反应原理
思考
:
(
1
)电解池的两极各产生什么现象
?
若在两极附近均滴加酚酞试液,会有什么现象
?
(
2
)怎样初步检验两极产物的生成
?
(
3
)结合教材,分析产生这种现象的原因。
在
U
型管里装入饱和食盐水,用一根碳棒作阳极,一根铁棒作阴极。接通直流电源
实验装置
10
如果二支电极均用铁棒作电极,电解食盐水,阴阳极产物又如何?
阴极产物不变!即表明阴极无论用什么材料对阴极产物没影响;那阳极呢?
是
OH
-
失电子
?
还是
Cl
-
失电子
?
还是
Fe
失电子
?
仔细分析!
★
离子放电顺序:
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫
放电。
阳极
:
①
金属材料作电极时:
金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液,此时轮不到阴离子在电极上放电。
?
②
用
惰性电极
(Pt
、
Au
、石墨、钛等
)
时:
溶液中阴离子的
放电顺序
(由难到易原则)是:
S
2-
>SO
3
2-
>I
-
>Br
-
>Cl
-
>OH
-
>
即便
OH
-
微量时也轮不到
NO
3
-
、
SO
4
2-
、
F
-
这些离子放电(失电子)
Ag
+
>
Fe
3+
>Cu
2+
>
H
+
(
大量)
>
Pb
2+
>Sn
2+
>Fe
2+
>Zn
2
+
>(H
+
)>(
微量)
注:当离子浓度相差较大时,放电顺序可能要发生变化,在水溶液中这些离子
Al
3+
、
Mg
2+
、
Na
+
、
Ca
+
、
K
+
永远也不会得电子?
阴极
:
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发生反应的只能是溶液中的阳离子。
阳离子在阴极上放电顺序是:
12
牢记:放电顺序
★电解规律!
哪来规律?记住前边放电顺序就不需要这些所谓的规律了
!
阴极
阳极
氯
气
铜
实例
电极反应
浓度
PH
值
复原
CuCl
2
阳极:
2Cl
-
-2 e
-
=Cl
2
↑
阴极:
Cu
2+
+ 2e
-
=2Cu↓
减小
减小
CuCl
2
CuCl
2
溶液
CuCl
2
Cu+Cl
2
↑
电解
Ⅰ、
13
阳极
阴极
氧气
氢
气
实例
电极反应
浓度
PH
值
复原
Na
2
SO
4
阳极
:
4OH
-
-4e
-
=
2H
2
O+O
2
↑
阴极
:
4H
+
+ 4e
-
=
2H
2
↑
变大
不
变
加
H
2
O
Na
2
SO
4
溶液
2H
2
O 2H
2
↑
+O
2
↑
电解
Ⅱ
、
14
阳极
阴极
氯气
氢
气
实例
电极反应
浓度
PH
值
复原
NaCl
阳极
:
2Cl
-
-2e
-
=Cl
2
↑
阴极
:
2
H
+
+ 2e
-
=
H
2
↑
2NaCl+2H
2
O 2NaOH+H
2
↑
+ Cl
2
↑
电解
减小
增
大
加
HCl
NaCl
溶液
Ⅲ
、
15
实例
电极反应
浓度
PH
值
复原
CuSO
4
阳极
阴极
氧
气
铜
阳极
:
4OH
-
- 4e
-
=
2H
2
O+O
2
↑
阴极:
Cu
2+
+ 2e
-
=
Cu
减小
减小
加
CuO
CuSO
4
溶液
2
CuSO
4
+
2H
2
O 2
Cu +
O
2
↑+ 2H
2
SO
4
电解
Ⅳ
、
16
电解规律(惰性电极)小结
阳极:
S
2-
> I
-
> Br
-
> Cl
-
> OH
-
>
含氧酸根
>
F
-
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ
与
Ⅲ
区:电解本身型 如
CuCl
2
、
HCl
Ⅰ
与
Ⅳ
区:放氢生碱型 如
NaCl
Ⅱ
与
Ⅲ
区:放氧生酸型 如
CuSO
4
、
AgNO
3
Ⅱ
与
Ⅳ
区:电解水型 如
Na
2
SO
4
、
H
2
SO
4
、
NaOH
阴极:
Ag
+
>Fe
3+
>Cu
2+
>H
+
>Fe
2+
>Zn
2+
>
(
H+
)
>Al
3+
>Mg
2+
>Na
+
17
(
A
)
(
B
)
(
C
)
(
D
)
CuSO
4
AgNO
3
AgNO
3
NaHSO
4
Ag
Cu
Cu
C
Pt
Pt
Ag
Ze
1.
写出下列装置的电极反应式,并判断
A
、
B
、
C
溶液
PH
值的变化。
巩固练习
18
2.
如上图所示,通电后
A
极上析出
Ag
,对该装置的有关叙述正确的是
A.P
是电源的正极
B.F
极上发生的反应为:
4OH
-
- 4e
-
=2H
2
O+O
2
↑
C.
电解时,甲、乙、丙三池中,除
E
、
F
两极外,其余电极均参加了反应
D.
通电后,甲池的
PH
减小,而乙、丙两池溶液的
PH
不变
B
19
3.
在下图所示装置中,
a
、
b
都是惰性电极,通电一段时间后,
b
极附近溶液呈红色。下列说法正确的是
A
.
X
是正极,
Y
是负极
B
.
X
是负极,
Y
是正极
C
.
CuSO
4
溶液的
PH
值逐渐减小
D
.
CuSO
4
溶液的
PH
值不变
a
•X Y •
b
Pt
Cu
CuSO
4
溶液
NaCl
和酚酞溶液
AC
20
4.
用两支惰性电极插入
50mLAgNO
3
溶液中,
通电电解。当电解液的
pH
值从
6.0
变为
3.0
时
(
设电
解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体
积变化可以忽略
)
,电极上析出银的质量大约是:
A
、
27mg B
、
54mg
C
、
108mg D
、
216mg
B
21