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1、1 第三节电解池 2 一 电解原理 4 1 电解定义 在外加直流电源的作用下 电解质的阴阳离子在阴阳两极发生氧化还原反应的过程 叫电解 电流是发生氧化 还原反应的根源 动力 阴阳离子在做定向运动导电的同时 也就在两极发生了氧化还原反应 生成了新物质 而金属导电是由自由电子的定向运动形成 无反应发生 无新物质生成 两者有本质区别 明确 5 1 定义 把电能转化为化学能的装置 又叫电解槽 2 形成条件 两个电极 电解质溶液或熔融的电解质 外接电源 阳极 与电源正极相连的一极 阴极 与电源负极相连的一极 2 电解池 形成闭合回路 6 3 电解池中电子及离子移动方向 电子由电源负极流向阴极 由阳极流回
2、电源正极 溶液中 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 7 4 原理 阳极失电子发生氧化反应 阴极得电子发生还原反应 5 阴阳两极得失电子规律 1 阳极 若为活性电极 除C Pt Au外的金属 则电极本身失电子被氧化 注意 Fe 2e Fe2 若为惰性电极 C Pt Au 则由溶液中阴离子 争 失电子 溶液中阴离子的放电顺序 失电子能力 是 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 2 阴极 无论活性还是惰性电极 电极本身都不参加反应 由溶液中阳离子 争 得电子 Ag Fe3 Cu2 H 酸 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na Ca2 K 阳离子在阴极上放电顺序 得电子能力
3、 是 9 想一想 若以铜为阳极 铁为阴极 电解氯化铜溶液 情况又如何 6 电极反应及总反应的书写 原则 得失电子守恒 两极反应相加即得总反应 书写电极反应时 用实际参加反应的离子表示 弱电解质也可用化学式表示 书写总反应时 注明 电解 或 通电 条件 且弱电解质必须写成化学式 方法 先看电极材料 主要是阳极 再分析得失电子的物质或离子同时注意溶液中的离子是否参加反应 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 Cu2 2e Cu 总反应 11 7 用惰性电极电解电解质溶液的规律 电解水型 含氧酸 强碱 活泼金属的含氧酸盐 如H2SO4 NaOH Na2SO4等 阳极 4OH 4e O2 2H2O
4、阴极 4H 4e 2H2 总反应 2H2O 2H2 O2 通电 电解质溶液复原所加物质 H2O pH变化 原来呈酸性的pH减小 原来呈碱性的pH增大 原来呈中性的pH不变 分解电解质型 无氧酸 不活泼金属的无氧酸盐 其中氟化物除外 如HCl HBr CuCl2等 电解质溶液复原所加物质 原溶质 pH变化 若为酸则pH增大但不超过7 若为盐则不定 与酸有关 如CuCl2忽略Cl2的溶解则pH增大 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐 氟化物除外 如NaCl KBr MgCl2等 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 电解质溶液复原所加物质 一般为HX pH变化 明显增大 放O2生酸型
5、不活泼金属的含氧酸盐 如CuSO4 AgNO3等 阳极 4OH 4e O2 2H2O阴极 2Cu2 4e 2Cu 电解质溶液复原所加物质 相应金属氧化物 pH变化 明显减小 小结 电解质溶液复原所加物质为 从阴阳两极析出的物质的化合物 即离开体系的物质的化合物 15 1 判断A B C D属于原电池的是 属于电解池的是 并写出下列装置的电极反应式 巩固练习 16 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 2H2O O2 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
6、 丙两池溶液的PH不变 B 17 3 用铂电极电解下表中各组物质的水溶液 电解一段时间以后 甲 乙两池中溶液的pH值均减小 而在 和 两极 电极产物的物质的量之比为1 2的是甲乙ABCD甲KOHH2SO4Na2SO4CuSO4乙CuSO4AgNO3HClHNO3 甲 乙 D 18 4 为下图所示装置中 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 CuSO4溶液的pH值逐渐减小D CuSO4溶液的pH值不变 AC 19 二 电解原理的应用 1 电解食盐水 阳极 湿润的淀粉 KI试纸阴极 酚酞试液 20 现象 阳极 有气泡
7、产生 使湿润的淀粉 KI试纸变蓝阴极 有气泡产生 滴加酚酞溶液变红 实验装置 电解饱和食盐水可以制造烧碱 氯气和氢气 阴极产物 阳极产物 21 1 生产设备名称 离子交换膜电解槽阴极 碳钢网阳极 钛网阳离子交换膜 只允许阳离子通过 Cl OH 和气体不能通过 把电解槽隔成阴极室和阳极室 2 离子交换膜的作用 a 防止氢气和氯气混合而引起爆炸 b 避免氯气和氢氧化钠反应 而影响氢氧化钠的产量 氯碱工业 离子交换膜法制烧碱 22 Cl2 Cl2 Cl H2 H OH 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O 含少量NaOH 离子交换膜 阳极室 阴极室 阴极室中加入NaOH是为了增强导电性
8、 23 粗盐的成份 泥沙 Ca2 Mg2 Fe3 SO42 杂质 会与碱性物质反应产生沉淀 损坏离子交换膜 精制食盐水 杂质的除去过程 粗盐水 含少量Ca2 Mg2 精制盐水 24 2 铜的电解精炼 一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质 如锌 铁 镍 银 金等 这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求 如果用以制电线 就会大大降低电线的导电能力 因此必须利用电解的方法精炼粗铜 粗铜含杂质 ZnFeNiAgAu等 纯铜 粗铜 阳极 Zn 2e Zn2 Fe 2e Fe2 Ni 2e Ni2 Cu 2e Cu2 ZnFeNiCuAgAu 阴极 Cu2 2e Cu 阳极泥 问 电解完后 CuSO4溶
9、液的浓度有何变化 CuSO4溶液 阳极泥 不活泼金属以单质的形式沉积在电解槽底 形成阳极泥 阳极泥中可以提取贵金属 25 3 电镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 它是电解原理的又一重要应用 电镀可以使金属更加美观耐用 增强防锈抗腐能力 例如 钢铁是人们最常用的金属 但钢铁有个致命的缺点 就是它们易被腐蚀 防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属 如锌 铜 铬 镍等 电镀 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 电极 阳极 镀层金属或惰性电极阴极 待镀金属制品 电镀液 含有镀层金属离子的电解质溶液 26 4 电冶金 制取金
10、属钠 电解熔融状态的氯化钠 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2Na 2e 2Na 总反应 2NaCl 熔融 2Na Cl2 27 电解熔融氯化钠制钠 28 阳极 6O2 12e 3O2 阴极 4Al3 12e 4Al 冶炼铝 原理 助熔剂 冰晶石 Na3AlF6六氟合铝酸钠 阳极材料 碳 和熔融氧化铝需要定期补充 思考 工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3 29 冶炼铝设备图 烟罩 30 思考交流 试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同 提示 比较电解质 电解装置 电极反应 电解产物 小结 与电源正极相连 阳极 阴极 与电源负极相连 发生氧化反应 阳离子移向 阴离子移
11、向 发生还原反应 1 电源 电极 电极反应关系 2 电解原理的应用 氯碱工业 电镀 电冶金 31 电解池 电解精炼池 电镀池的比较 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置 两电极接直流电源 电极插人电解质溶液 形成闭合回路 镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 电镀液须含有镀层金属的离子 阳极 电源正极相连阴极 电源负极相连 阳极 镀层金属 阴极 镀件 阳极 氧化反应阴极 还原反应 阳极 氧化反应阴极 还原反应 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置 不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 电解质溶液须待提纯金属的离子 阳极 不纯金属 阴极 纯金属 阳极 氧化反应
12、阴极 还原反应 32 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2 100mL浓度为2mol L的盐酸跟过量的锌片反应 为加快反应速率 又不影响生成氢气的总量 可采用的方法是 A 加入适量的6mol L的盐酸B 加入数滴氯化铜溶液C 加入适量蒸馏水D 加入适量的氯化钠溶液3 用石墨作电极 电解1mol L下列物质的溶液 溶液的PH值保持不变的是 A HClB NaOHC Na2SO4D NaC
13、l4 下列关于铜电极的叙述 正确的是 A 铜锌原电池中铜是正极B 用电解法精炼粗铜时 铜作阳极C 在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D 电解稀硫酸制H2 O2时 铜作阳极 33 1 a b哪一极为正极 2 若要给铁叉镀锌 a极选用什么材料 选择何种溶液 思考 e 34 金属性强弱的判断已知 M N2 M2 N Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐 阴极先析出M N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液 电极反应 E2 2e E N 2e N2 则四种金属活泼性由强到弱为 答案 P M N E 35 工业上采用Fe C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO41 电解时 应以作阴极 电解过程中阴极附近溶液pH将
14、会 2 阳极反应式为 3 总电解反应式为 2K2MnO4 2H2O 2KMnO4 2KOH H2 答案 Fe增大MnO42 e MnO4 36 电解计算 电子守恒法例一 铂电极电解1LCu NO3 2和KNO3混合溶液 通电一段时间 两极均产生11 2L S T P 气体 求电解后溶液的pH 并确定析出铜的物质的量 解析 阳极4OH 4e 2H2O O2 阴极Cu2 2e Cu 2H 2e H2 阳极转移电子的物质的量为 0 5 4 2mol 消耗4OH 2mol 即产生H 2mol 阴极生成0 5molH2 消耗H 1mol 所以溶液中C H 1mol LpH 0生成H2转移的电子 0 5
15、2 1mol 故还有1mole 用于还原Cu2 可析出铜为0 5mol 37 O2 2Cu 4Ag 4H 2H2 2Cl2 4OH 计算关系式 例二 用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合液 通电一段时间后 两极均收集到2 24L 标况 气体 则原混合液中Cu2 的物质的量浓度为 A 1mol LB 2mol LC 3mol LD 4mol L A 阳极O2为0 1mol 电子为0 4mol 则H2为0 1mol 所以Cu为0 1mol 浓度为A 38 例三 某硝酸盐晶体化学式为M NO3 x nH2O 式量为242 将1 21g该晶体溶于水配成100mL溶液 用惰性电极进行电解 当有0 01mol电子转移时 溶液中金属离子全部析出 此时阴极增重0 32g 求 金属M的相对原子质量及x n值 电解溶液的pH 溶液体积仍为100mL Mx xe M0 005mol0 01mol0 32g 所以 x 2 M 64 n 3 产生H 为0 01mol pH 1
