《电解池的工作原理与应用》ppt幻灯片

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1、化学能与电能的转化,第二单元,电解池的工作原理与应用,一、电解的有关概念,1.定义：,电流通过电解质溶液而 在阴、阳两极引起氧化 还原反应的过程叫电解。,把电能转变为化学能的装置。,4.电解池：,2.组成：,直流电源（电流）,电解质溶液或熔融电解质,两个电极,形成闭合回路,3.电极：,阳极：与电源正极相连的电极,阴极：与电源负极相连的电极,5.放电：,阴阳离子在电极失去或获得电子发生氧化或还原反应的过程,（氧化反应）,（还原反应）,（也叫电解槽）,电解氯化铜溶液微观模拟,电源负极,电解池阴极,溶液中阳离子在阴极得电子,溶液中阴离子,电解池阳极,阴离子在阳极失去电子,电源正极,电子移动方向,离子

2、移动方向,阳离子,电解池阴极,阴离子,电解池阳极,外电路仍然是电子的定向移动 内电路仍然是离子的定向移动 溶液从而导电，但离子定向移 到两极后要放电，因此，电解 质溶液的导电实质是电解过程,6.电解池中电子、离子运动方向,思考：电解CuCl2溶液时，溶液中也有H+和OH， 为什么没有H2和O2生成呢？,猜想1. 离子浓度太小 猜想2. 离子氧化性、还原性（得失电子能力）有区别，涉及放电顺序,7.离子放电顺序,电极材料,惰性电极,活性电极,石墨（C）、Au、Pt等金属,除石墨（C） 、Au、Pt等以外的金属,规律：,首先看电极材料，若阳极是活性电极，则电极本身失电子，变成阳离子进入溶液，此时任何

3、阴离子均不会在此放电,阳极区,若阳极是惰性电极，则电极根据阴离子放电顺序,阴离子放电顺序,S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F,（SO42 、NO3等）,电极材料不论是活性还是惰性，电极材料均不发生反应，只存在阳离子在此放电。,阴极区,阳离子放电顺序,Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+（酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+（水） Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+,比较离子的放电能力，然后根据阴极还原、阳极氧化得出电极产物,还 原 反 应,氧化 反 应,阳离子,阴离子,特别注意：如果阳极是活性电极，则电极自身反应，离子不放电,分析电解过程步骤,练习1：(07

4、江苏）某同学按右图所示的装置进行电解实验。 下列说法正确的是（双选）,A.电解过程中，铜电极上有H2产生 B.电解初期，主反应方程式为： Cu+H2SO4 CuSO4+H2 C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 D.整个电解过程中，H的浓度不断增大,练习2：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其加快电解速率？,NaNO3 Na2SO4 等,练习2：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使

5、其加快电解速率？,NaNO3 Na2SO4 等,二、用惰性电极进行电解的规律,CuCl2 CuCl2,2Cl 2e Cl2,Cu2 2e Cu,溶液pH值： 如何复原：,增大,加CuCl2固体,2Cl 2e Cl2,2H 2e H2,2HCl H2Cl2,溶液PH值： 如何复原：,增大,通入HCl气体,电解类型为：电解电解质型,恢复电解质溶液原浓度的方法：将两极产物（脱离电解质溶液）发生反应的物质即为所需加入的物质,3、电解含氧酸,阳极： 阴极： 总反应：,4OH 4e = 2H2O+O2,4H 4e = 2H2,2H2O 2H2O2,溶液PH值： 如何复原,减小,加水,H2SO4溶液,4OH

6、 4e 2H2O+O2,4H 4e = 2H2,2H2O 2H2O2,溶液PH值： 如何复原,增大,加水,4OH 4e 2H2O+O2,4H 4e 2H2,2H2O 2H2O2,溶液PH值： 如何复原,不变,加水,电解类型：电解水型,2Cl 2e Cl2,2H 2e H2,2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2,溶液PH值： 如何复原,增大,通入HCl气体,电解类型：放氢生碱型,7、电解不活泼金属的含氧酸盐溶液,阳极： 阴极： 总反应：,4OH 4e 2H2O+O2,2Cu2 4e 2Cu,2CuSO4 2H2O 2Cu2H2SO4O2,溶液PH值： 如何复原,减小,加CuO

7、,CuSO4溶液,电解类型： 放氧生酸型,练习：【2004 广东】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性 电极通直流电一段时间后，溶液的pHa，则该电解质可能是 A. NaOH B. H2SO4 C. AgNO3 D.Na2SO4,用惰性电极电解熔融盐,电解熔融的Al2O3 电解熔融的NaCl,阳极： 阴极： 总反应：,6O2 12e 3O2,4Al3 12e 4Al,阳极： 阴极： 总反应：,2Cl 2e Cl2,2Na 2e 2Na,2Al2O3 (熔融) 4Al3O2,2NaCl (熔融) 2NaCl2,三、电解应用：,1、电冶金,特别活泼的金属钠、镁、铝等只能通过电解的方法制取,为什么

8、不电解钠、镁、铝的盐溶液？,AlCl3？,MgO？,（1）金属冶炼的本质与方法,本质： Mn+ + ne = M,方法：电解法、热还原法、热分解法、物理富集法,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au,电解法,热还原法,热分解法,物理富集法,（2）电冶金（电解法）,本质：利用电解原理，电解熔融的金属化合物，两极强制氧化还原,冶炼范围：K 、Ca、Na、Mg、Al,举例：,铝 电 解 槽,2、氯碱工业,+,-,精制饱和NaCl,淡盐水,Cl2,H2,NaOH溶液,H2O含少量NaOH,Cl-,Cl2,H2,OH-,Na+,Na+交换膜,电解饱和食盐水的原理

9、示意图,2H+2e-=H2,2Cl-2e-=Cl2,阳 阴,H+从何来？,优点：防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气混合爆炸 避免氯气和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱质量,3、电镀,1）定义：利用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属或合金 的过程。,镀层金属：通常是一些在空气或溶液中不易起变化的金属 （如：铬、镍、银）和合金（黄铜）,目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度,工艺：把待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属 离子的电解质溶液作电镀液。,2）装置,硫酸铜溶液,阳极：,Cu2e- = Cu2+,阴极：,Cu2+ 2e- = Cu,3）电镀材料的选择：阴极镀

10、件 阳极镀层金属 电镀液含有镀层金属离子的溶液,4）电镀的结果，电镀液的浓度保持不变,规律：一少一多一不变,4、电解精炼铜,利用电镀原理，铜上镀铜,阳极： 阴极： 电解液：,粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、 Pt 、 Au）,纯铜,电极反应： 阳极（粗铜）： 阴极：,CuSO4溶液,Zn2e = Zn2+ Fe2e = Fe2+ Ni2e=Ni2+ Cu2e=Cu2+,Cu2+ + 2e= Cu,比铜活泼性差的Ag、 Pt 、 Au 不溶解，以单质形式沉积于电 解槽的底部，形成阳极泥，可 回收提炼贵重金属。,3、铜的电解精炼,粗铜：含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等),阳极：,Zn -

11、2e- = Zn2+ Fe - 2e- = Fe2+ Ni - 2e- = Ni2+ Cu - 2e- = Cu2+,Zn Fe Ni Cu Ag Au,阴极: Cu2+ + 2e- = Cu,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,硫酸铜溶液,电离与电解的比较,电解质溶于水 或熔化状态下,电解质电离后, 再通以直流电,电解质电离成为 自由移动的离子,阴阳离子定向移动, 在两极上放电,CuCl2 Cu2+2Cl-,CuCl2 Cu+Cl2,电解,电解必须建立在电离的基础上,正极 负极,还原反应,氧化反应,还原反应,氧化反应,先从负极导线正极,负极导线阴极 阳极导线正极,阴极,阳极

12、,将化学能转化为电能,将电能转化为化学能,原电池与电解池的比较,2.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后 （ ） A.溶液的pH变大 B.c(Na+)与c (CO32-)的比值变大 C.溶液浓度变大，有晶体析出 D.溶液浓度不变，有晶体析出,巩固练习：,1.在电解水时,常加入一些稀硫酸,其目的是 A.使溶液酸性增强 B.使溶液中离子浓度增大 C.加快电解的速率 D.使溶液的氧化性增强,C,D,3. 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(标况下)气体.求电解后溶液的C(H+)。,Cu2+得电子数+ H+得电子数= OH-

13、失电子总数,解析：阳极 4OH-4e- =2H2O+O2,阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e=H2,n(Cu2+)2+0.52=0.54,n(Cu2+)=0.5mol,Cu2+2H+ C(H+)=1mol/L,4(2007江苏高考11)某同学按图所示的装置进行 电解实验,下列说法正确的是 ( ) (A)电解过程中，铜电极上有H2产生 (B)电解初期，主反应方程式为： CuH2SO4=CuSO4H2 (C)整个电解过程中，H的浓度不断增大 (D)电解一定时间后，石墨电极上有铜析出,B D,4.在25时.将两个铂电极插入一定量的饱和Na2SO4溶液中进行电解，通电一段时间后在阴极逸出a摩气体，

14、同时析出w克Na2SO410H2O晶体，若温度不变，此时剩余溶液的质量分数是 （ ）,A. B.,C. D.,电解原理,（09安徽卷12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2O。下列说法正确的是 A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应 C.铜电极接直流电源的负极 D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。,（燃料电池）,（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是 A以NaCl溶液或N

15、aOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OH B以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e-Al(OH)3 C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极,（化学电源）,（09山东卷29）（12分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。 （1）该电池的负极材料是 。电池工作时，电子流向 （填“正极”或“负极”）。 （2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的 （填代号）。 a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3H2O (3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是 。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为 。,（09山东卷29）,答案： （1）Zn（或锌） 正极 （2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐