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1、专题一专题一 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第三节第三节电解池的工作原理及应用电解池的工作原理及应用苏教版选修苏教版选修4 4 化学反应原理化学反应原理第二课时第二课时1（一）电解池的定义及工作原理（一）电解池的定义及工作原理(1)直流电源直流电源(2)两个电极（活性或惰性）两个电极（活性或惰性）(3)电解质溶液（或熔融电解质）电解质溶液（或熔融电解质）(4)闭合回路闭合回路1.概念：概念：电能转化为化学能的装置为电解池电能转化为化学能的装置为电解池2.构成条件：构成条件：2阴极阴极:与电源与电源负极负极相连，相连，电子流入，发生电子流入，发生还原还原反应反应阳极阳极:与电源与电源正极正
2、极相连，相连，电子流出，发生电子流出，发生氧化氧化反应反应3.电极的判断电极的判断eeCC阴极阴极阳极阳极电解质溶液电解质溶液4.电子、离子的流向电子、离子的流向阳离子阳离子在电解质溶液中在电解质溶液中移向移向阴极阴极阴离子阴离子在电解质溶液中在电解质溶液中移向移向阳极阳极电源负极电源负极电解池阴极电解池阴极电解池阳极电解池阳极电源正极电源正极电子的电子的流向流向离子的离子的流向流向3分析电解反应的一般思路分析电解反应的一般思路溶液中存在的离子溶液中存在的离子两极上的电极反应两极上的电极反应离子的移动方向及放电顺序离子的移动方向及放电顺序判断电解池的阴、阳极判断电解池的阴、阳极4离子放电顺序：
3、离子放电顺序：AgAgAgAg+ + + +FeFeFeFe3+3+3+3+CuCuCuCu2+2+2+2+ H H H H+ + + + PbPbPbPb2+2+2+2+SnSnSnSn2+2+2+2+FeFeFeFe2+2+2+2+ZnZnZnZn2 2 2 2+ + + +(HH+ +) Al Al Al Al3+3+3+3+MgMgMgMg2+2+2+2+NaNaNaNa+ + + +CaCaCaCa2+2+2+2+KKKK+ + + + 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电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。阳离子在极反应，发生反应的是溶液中的阳离
4、子。阳离子在阴极上放电顺序是：阴极上放电顺序是：阴极阴极: :活性材料作电极时：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶液中阴离子的放电顺序是：溶液中阴离子的放电顺序是：S S 2-2-SOSO3 32-2-II - -BrBr - -ClCl - -OHOH - -NONO33- -SOSO4 42-2-( (等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）FF- -阳极：阳极：5小结
5、：小结：电解规律电解规律阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原CuCl2阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：Cu2+2e-=2Cu减小减小增增大大CuCl2CuCl2溶液溶液CuCl2Cu+Cl2电解6阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4阳极阳极:2H2O-4e-=O24H + 阴极阴极:4H2O+4e-=2H2+4OH- 变大变大不不变变加加H2ONa2SO4溶液溶液2H2O2H2+O2电解7阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气实例实
6、例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原NaCl阳极阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极阴极:2H2O+2e- = H2+2OH- 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2电解减小减小增增大大加加HClNaCl溶液溶液8阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阴极：阴极：2Cu2+4e-= 2Cu减小减小减小减小加加CuOCuSO4溶液溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解阳极阳极:2H2O-4e-=O24H + 9电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳极：阳极：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根含氧酸根 F- 与与区：电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2
7、2 、HClHCl与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+10电能转化为化学能电能转化为化学能阳极（接电源正极）阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移阳离子向阴极迁移化学能转化为电能化学能转化为电能负极（较活泼）负极（较活泼）正极（较不活泼）正极（较不活泼）阴离子向负极迁移阴离子向负极迁移阳离子向正极迁
8、移阳离子向正极迁移都是氧化还原反应都是氧化还原反应小结小结3：原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:一般不自发一般不自发自发自发11装置装置原电池原电池电解池电解池实例实例原理原理形成条形成条件件电极名称电极名称电子流向电子流向电流方向电流方向电极反应电极反应能量转化能量转化应用应用发生氧化还原反应，从而形成电流发生氧化还原反应，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、形两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、成闭合回路、自发发生氧化还原反应自发发生氧化还原反应电源、电极（惰性或非惰性）、电电源、电极（惰性或非惰性）、电解质
9、（水溶液或熔融态）解质（水溶液或熔融态） 由电极本身决定由电极本身决定正极正极：流入电子：流入电子 负极负极：流出电子：流出电子 由外电源决定由外电源决定阳极阳极：连电源正极连电源正极 阴极阴极：连电源负极连电源负极（外电路）负极（外电路）负极 正极正极 电源负极电源负极阴极阴极 阳极阳极电源正极电源正极（外电路）正极（外电路）正极负极负极电源正极电源正极阳极阳极 阴极阴极电源负极电源负极负极：负极：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应） 正极：正极：2H+ +2e-=H2（还原原应）（还原原应） 阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2 (氧化反应氧化反应)阴极阴极: Cu2+2e-=Cu
10、(还原反应还原反应)化学能化学能 电能电能电能电能化学能化学能设计电池、金属防腐设计电池、金属防腐氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼铜锌原电池铜锌原电池电解氯化铜电解氯化铜12二、电解原理的应用二、电解原理的应用1、氯碱工业（、氯碱工业（电解饱和食盐水电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：总反应：总反应： 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2食盐水中存在的离子：食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：离子放电顺序：阳离子阳离子 H+ Na+ 阴离子阴离子
11、Cl- OH-电极反应：电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阴极阳极阳极氧化反应氧化反应 还原反应还原反应2H2O+2e- = H2+2OH- 13若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：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，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？产生，如何检验气体的种类？ 阴极附近的溶液无色变为阴极附近的溶液无色变为红色红色阳极阳极: :产生刺激气体使湿润产生刺激气体使湿润KIKI淀粉试纸变蓝色淀粉试纸变蓝色. 阴极阴极: :产生产生无色、无味气体无色、无味气体14(2)避免生成物H2和Cl2混合,因为: .(1)避免Cl2接触NaOH
12、溶液会反应,使产品不纯,反应方程式: .第一个问题:Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题15（1）生产设备名称：）生产设备名称：离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛阳离子交换膜：阳离子交换膜：只允许阳离子通过只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室，把电解槽隔成阴极室和阳极室。和阳极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a、防止氢
13、气和氯气混合；、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧，而影响氢氧化钠的产量。化钠的产量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱16+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室17提示：提示：第二个问题：第二个问题：精制食盐水精制食盐水由于粗盐中含有泥沙、由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42等等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，
14、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？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、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？合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题18泥沙泥沙、Na+、 Cl-、Mg2+、 Ca2+ 、SO42-Na+、 Cl-、 Mg2+、 Ca2+ 、 SO42-NaNa+ +、 Cl Cl- -、 MgMg2+2+、 Ca Ca2+2+ 、引引
15、入入BaBa2+2+ Na+、 Cl-、 Ca2+ 、 Ba2+ 、引入引入OH-Na+、 Cl-、CO32-、OH-Na+、 Cl-沉降沉降除泥沙除泥沙略过量略过量BaCl2 溶液溶液除除SO42-略过量略过量Na2CO3 溶液溶液除除Ca2+. Ba2+ 略过量略过量NaOH 溶液溶液除除Mg2+ 适量适量HCl溶液溶液调节调节PH 除除CO32- 、OH-19含氯漂白剂含氯漂白剂有机合成、造纸有机合成、造纸玻璃、肥皂玻璃、肥皂纺织、印染纺织、印染有机合成有机合成氯化物合成氯化物合成农药农药金属冶炼金属冶炼有机合成有机合成HCl盐酸盐酸电解饱和食盐水电解饱和食盐水以氯碱工业为基础的化工生产
16、以氯碱工业为基础的化工生产H2NaOH湿氯气湿氯气湿氢气湿氢气液碱液碱Cl220例例1.为为下下图图所所示示装装置置中中，a、b都都是是惰惰性性电电极极，通通电电一一段段时时间间后后，b极极附附近近溶溶液液呈呈红红色色。下下列说法正确的是列说法正确的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a XY bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC21例例例例2 2、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所
17、发生的电极反应方程式。、试写出下列装置中所发生的电极反应方程式。石墨石墨 石墨石墨 粗铜粗铜 纯铜纯铜 纯铜纯铜 铁铁CuSOCuSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液(A) (B) (C)22二、电解原理的应用二、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）、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）电镀铜原理电镀铜原理铜片铜片待镀件待镀件硫酸铜溶液硫酸铜溶液阳极：阳极：镀层金属镀层金属阴极：阴极：待镀金属制品待镀金属制品电镀液：电镀液：含有镀层金含有镀层金属的电解质属的电解质实质：阳极参加反应的电解实质：阳极参加反
18、应的电解阳极：阳极：镀层金属（纯铜板）镀层金属（纯铜板）阴极：阴极：待镀金属制品待镀金属制品电镀液：电镀液：含有镀层金含有镀层金 属的电解质（硫酸铜溶液）属的电解质（硫酸铜溶液）电镀铜电镀铜233 3、粗铜的电解精炼、粗铜的电解精炼+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液二、电解原理的应用二、电解原理的应用问问:电解完后电解完后,CuSO4溶溶液的浓度有何变化？液的浓度有何变化？阳极：阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极阴极:Cu2+2e-=Cu阳极泥阳极泥阳极泥阳极泥: 相对不活泼的金属相对不活泼的金属以单质的
19、形式沉积在电解以单质的形式沉积在电解槽底槽底,形成阳极泥形成阳极泥24电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜电解精炼铜25电解精炼铜原理：电解精炼铜原理：粗铜的溶解与纯铜的生成：粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：阳极（粗铜）：Cu 2e- = Cu2+阴极（纯铜）：阴极（纯铜）： Cu2+ + 2e- = Cu比铜活泼的金属：比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；只溶解，不析出；比铜不活泼的金属：比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；积形成阳极泥；电解质溶液中电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变。的浓度基本不变。26制取金属钠制取金属钠电解熔融状态
20、的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。阳极：阳极： 2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极： 2Na+2e-=2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na+Cl2二、电解原理的应用二、电解原理的应用4 4、电冶金、电冶金由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，这样活泼的金属，电解法电解法几乎几乎是唯一可行的工业方法。是唯一可行的工业方法。27电电解解熔熔融融氯氯化化钠钠制制钠钠284、电冶金、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的
21、（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）方法）制取金属铝制取金属铝电解熔融状态的电解熔融状态的氧氧化铝。化铝。阳极：阳极：6O2-12e-=3O2阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al总反应：总反应：2Al2O3(熔融熔融) 4Al+3O2冰晶石助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融工业上为什么用电解熔融氧氧化铝的方法冶炼铝而化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?AlClAlCl3 3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。为分子晶体，在
22、融融状态下不电离，不导电，不能被电解。29电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较将将电能能转变成化学能成化学能的装置。的装置。应用用电解原理在某些解原理在某些金属表面金属表面镀上一上一层其其它金属的装置。它金属的装置。两两电极接直流极接直流电源源电极插人极插人电解解质溶液溶液形成形成闭合回路合回路镀层金属接金属接电源正极源正极待待镀金属接金属接电源源负极极电镀液液须含有含有镀层金金属的离子属的离子阳极：阳极：电源正极相源正极相连阴极：阴极：电源源负极相极相连阳极：阳极：镀层金属；金属；阴极：阴极：镀件件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：阴极：还原反原反应阳极：氧化反应
23、阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用用电解原理将不解原理将不纯的金属提的金属提纯的装置。的装置。不不纯金属接金属接电源正极源正极纯的金属接的金属接电源源负极极电解解质溶液溶液须待提待提纯金属的离子金属的离子阳极：不阳极：不纯金属；金属；阴极：阴极：纯金属金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应30拓展：金属的防护拓展：金属的防护金属腐蚀的快慢程度：金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极电解池的阳极原电池的负极原电池的负极化学腐蚀化学腐蚀原电池的正极原电池的正极电解池的阴极电解池的阴极海水海水CFe+31下列装置暴露空气中一段时间下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到
24、慢铁的腐蚀由快到慢顺序顺序.FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水海水)B(海水海水)C(海水海水)D(海水海水)FeSnF(天然水天然水)E(海水海水)DE F AC B拓展练习拓展练习32O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：关系式：例例2：用石墨电极电解用石墨电极电解100mLH2SO4与与CuSO4的混合液，的混合液，通电一段时间后，两极均收集到通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，（标况）气体，则原混合液中则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA阳极阳极O2为为0.
25、1mol，电子为，电子为0.4mol则则H2为为0.1mol，所以，所以Cu为为0.1mol，浓度为，浓度为A33某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分子质量，相对分子质量为为242，将，将1.21g该晶体溶于水配成该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性溶液，用惰性电极进行电解。当有电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：。求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为（溶液体积仍为100mL）。）。Mx+xe-=M0.005mol0.01mol0.32g所以：所以：x=2；M=64；n =3产生产生H+为为0.01mol，pH=134
