第三节 电解池精编版

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1、第四章电化学基础 第三节电解池 人教版选修4 化学反应原理 复习回顾 原电池 将化学能转变为电能的装置 想一想 构成原电池的条件是什么 两个活性不同的电极 电解质溶液 一般与活泼性强的电极能发生氧化还原反应 形成闭合回路 4 自发进行的氧化还原反应 复习回顾 原电池 将化学能转变为电能的装置 问一问 原电池的电极如何判断 联想 质疑 CuCl2溶液 负极 正极 电池总反应 CuCl2溶液 如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2溶液中 外接直流电源 这还是原电池装置吗 复习回顾 写一写 原电池的电极反应式 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu Zn Cu2 Zn2 Cu CuCl2溶液在电流的作

2、用下发生了化学变化 分解生成了Cu和Cl2 一 电解原理 以电解氯化铜为例 实验4 2 用惰性 石墨 电极电解氯化铜溶液 阴极 阳极 氯气 铜 CuCl2溶液 有气泡 气体有刺激性气味 并能使湿润的KI 淀粉试纸变蓝 碳棒上有一层红色的物质析出 现象 阴极 阳极 铜 Cl2 结论 实验视频 电解氯化铜溶液微观模拟 实验分析 动画示意 一 电解原理 1 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 2 电解池 电解槽 把电能转化为化学能的装置 注意 电流必须是直流而不是交流 熔融态的电解质也能被电解 思考1 电解池的两极是怎样确定的 两个电极及电极反应 阴极 与电源负极相连 电

3、子流进 还原反应阳极 与电源正极相连 电子流出 氧化反应 两个电极的确定及电极反应 阴极 阳极 两个电极的类型 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 惰性电极与活性电极 思考2 形成电解池的条件是什么 阴极 阳极 阴极 阳极 4 形成电解池的条件 与电源相连的两个电极 电解质溶液或熔化的电解质 形成闭合回路 阴极 阳极 思考3 在电解过程中 电子 离子是如何形成闭合回路的 电子的流向 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 注意 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

4、移动 阴离子向阳极移动 思考4 电解质溶液导电的实质是什么 阴极 阳极 5 电解质溶液导电的实质 对电解质溶液 或熔融态电解质 通电时 电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应 电解质的阴离子移向阳极失去电子 有的是组成阳极的金属原子失去电子 发生氧化反应 电子从电解池的阳极流出 并沿导线流回电源的正极 这样 电流就依靠电解质溶液 或熔融态电解质 里阴 阳离子的定向移动而通过溶液 或熔融态电解质 所以电解质溶液 或熔融态电解质 的导电过程 就是电解质溶液 或熔融态电解质 的电解过程 思考5 如何书写电极反应方程式和总方程式 通式 阴极 氧化剂 ne 还原

5、产物阳极 还原剂 ne 氧化产物总电解反应式 阴阳极反应式相加所得的式子 考虑电子守恒 电极反应式的书写 以电解CuCl2为例 阴极 阳极 阳离子移向阴极放电 阴离子移向阳极放电阴极 Cu2 2e Cu还原反应阳极 2Cl 2e Cl2 氧化反应总反应式 加CuCl2 变小 思考6 电解后氯化铜的浓度如何变化 思考7 若要使电解质溶液复原 怎么办 思考8 什么叫放电 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电 电极产物反思 为什么不是氧气呢 为什么不产生氢气呢 说明 得失电子的能力不同 失电子能力 Cl OH 得电子能力 Cu2 H 放电能力 放电次序 思考9 与阳离子的氧化性的相对强弱有关

6、思考10 阴阳离子的放电顺序是什么 阴离子放电 与阴离子的还原性的相对强弱有关 阳离子放电 离子放电顺序 Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na Ca2 K 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应 发生反应的是溶液中的阳离子 阳离子在阴极上放电顺序是 阴极 注 当离子浓度相差较大时 放电顺序要发生变化 相同时按H 不同时按 H 离子放电顺序 活性材料作电极时 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液 阴离子不容易在电极上放电 用惰性电极 Pt Au 石墨 钛等 时 溶液中阴离子的放电顺序是 S2 SO32 I Br Cl OH NO3 SO42 等

7、含氧酸根离子 F 阳极 思考11 电解氯化铜溶液时 溶液中Cu2 和Cl 放电基本完毕后 电解过程是否也就停止了呢 溶液中Cu2 和Cl 放电完毕后 原溶液变为纯水 此时 在纯水中存在H 和OH H 在阴极放电 OH 在阳极放电 实际上是电解水的过程 所以 阴极 4H 4e 2H2 阳极 4OH 4e 2H2O O2 总反应 2H2O 2H2 O2 思考12 在电解氯化铜溶液的装置中 若把电解质换成氯化钠 其结果又如何呢 写出电极反应 电解 1 溶液中所含阳离子 H Na 放电顺序 H Na 阴极 2H 2e H2 2 溶液中所含阴离子 OH Cl 放电顺序 Cl OH 阳极 2Cl 2e C

8、l2 思考13 氯化钠溶液换成熔融的氯化钠 其结果又如何呢 写出电极反应 熔融的氯化钠中有Na 和Cl Na 在阴极放电生成金属钠 Cl 在阳极放电生成氯气 阴极 2Na 2e 2Na 氧化反应 阳极 2Cl 2e Cl2 还原反应 总式 阴极 阳极 氯气 钠 熔融NaCl 思考14 分析电解反应 用惰性电极时 的一般思路是什么 小结1 分析电解反应 用惰性电极时 的一般思路 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极氧化 阴极还原以及氧化性 还原性强弱判断反应的离子先后 最后分析得出产物 阴阳两极附近有哪些离子 思考15 电解与电离有哪些异同呢 阴阳离子定向移动 在两极上失得电子成为原子或分子 如 C

9、uCl2 Cu Cl2 通电 电解质溶于水或受热融化状态 电解质电离后 再通直流电 电解质电离成为自由移动的离子例 CuCl2 Cu2 2Cl 只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应生成了新物质 电解必须建立在电离的基础上 思考16 电解池与原电池有哪些异同呢 小结2 电解与电离比较 电能转化为化学能 阳极 接电源正极 阴极 接电源负极 阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移 化学能转化为电能 负极 正极 阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移 都是氧化还原反应 小结3 原电池与电解池的比较 不自发 自发 小结4 电解规律 阴极 阳极 氯气 铜 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e 2Cu 减小

10、 增大 CuCl2 CuCl2溶液 阳极 阴极 氧气 氢气 Na2SO4溶液 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 4H 4e 2H2 2H2O2H2 O2 变大 不变 加H2O 阳极 阴极 氯气 氢气 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 减小 增大 加HCl NaCl溶液 阳极 阴极 氧气 铜 阳极 4OH 4e 2H2O O2 阴极 Cu2 2e Cu 减小 减小 加CuO CuSO4溶液 电解规律 惰性电极 小结 阳极 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 与 区 电解本身型如CuCl2 HCl 与 区 放氢生碱型如N

11、aCl 与 区 放氧生酸型如CuSO4 AgNO3 与 区 电解水型如Na2SO4 H2SO4 NaOH 阴极 Ag Fe3 Cu2 H Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na 电解质溶液用惰性电极电解的示例 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸 HCl 阴极 4H 4e 2H2 阳极 4OH 4e O2 2H2O 减小 增大 不变 H2O 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e Cu 增大 CuCl2 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极 2Cl

12、 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 增大 HCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阳极 4OH 4e O2 2H2O阴极 2Cu2 4e 2Cu 减小 CuO 放氢生碱 放氧生酸 巩固练习 1 电极反应方程式及电解总反应方程式的书写 惰性电极 溶液 H2SO4HClNaOHK2SO4CuCl2CuSO4NaClKMnO42 用石墨作电极电解CuCl2 NaCl的混合溶液时 阴极析出的物质是 阳极产物是 3 两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时 阳极的产物是 阴极的产物是 练习 4 试写出下列装置中所发生的电极反应方程式 石墨石墨粗铜纯铜纯铜铁 CuSO4溶液 CuSO4溶液 CuSO4

13、溶液 A B C 5 如图所示装置 指出A B池的名称 电极名称 电极反应式 二池pH值的变化情况 6 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 7 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 丙两池溶液的PH不变 B 8 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KOHH2SO4Na

14、2SO4CuSO4乙CuSO4AgNO3HClHNO3 D 9 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 二 电解原理的应用 1 氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱 氯气和氢气的工业 食盐水中存在的离子 离子放电顺序 阳离子H Na 阴离子Cl OH H Na Cl OH 阴极 阳极 Na Cl H OH 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 总反应 2NaCl 2H2O2NaOH Cl2 H2 电极反应 H Na C

15、l OH 阴极 阳极 还原反应 氧化反应 若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H2和Cl2混合 因为 1 避免Cl2接触NaOH溶液会反应 使产品不纯 反应方程式 第一个问题 Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 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 1 生产设备名称 离子交换膜电解槽阴极 碳钢阳极 钛阳离子交换膜 只允许阳离子通过 Cl OH 离子和气体不能通过 把电解槽隔成阴

16、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 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 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 提示 第二个问题 精制食盐水 电解饱和食盐水必须解决两个主要问题 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 略过量BaCl2溶液 除SO42 略过量Na2CO3溶液 除Ca2 Ba2 略过量NaOH溶液 除Fe3 Mg2 适量HCl溶液 调节PH除CO32 OH 电解饱和食盐水 以氯碱工业为基础的化工生产 二 电解原理的应用 2 电镀 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法 阳极 镀层金属阴极 待镀金属制品电镀液 含有镀层金属的电解质实质 阳极参加反应的电解 阳极 镀层金属 纯铜板 阴极 待镀金属制品电镀液 含有镀层金