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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第三节第三节 电解池电解池氢氢气气氧氧气气 电解电解电解水电解水 ：2 H2O 2 H2 O2 +1、电解的概念：、电解的概念：使使电流电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴阳两极引起阳两极引起氧化还原氧化还原反应的过程（一般是一个反应的过程（一般是一个非自发非自发的氧化还原的氧化还原反应）反应） 。一、电解原理一、电解原理2 2、电解池的概念：把、电解池的概念：把电能电能转变为转变为化学能化学能的装置，又称电解槽。的装置，又称电解槽。3、构成：、构成：直流直流电源、电源、两个电极、电解质两个电极、电解质溶液溶液或或熔融态
2、电解质熔融态电解质注意：注意：导电过程就是电解过程。导电过程就是电解过程。阴极不参与电解反应。阴极不参与电解反应。与电源正极相连与电源正极相连-阳极阳极与电源负极相连与电源负极相连-阴极阴极甲甲实验实验步骤步骤如图如图甲甲所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳棒插入盛有棒插入盛有CuCl2溶液的溶液的U型管中，观察现象型管中，观察现象。实验实验现象现象结论结论 无现象无现象没有且不能自发发生化学反应没有且不能自发发生化学反应 实验实验步骤步骤1.如图乙所示，将两根石墨棒分别跟如图乙所示，将两根石墨棒分别跟直流电源直流电源的正极和的正极和负极连接，浸入负极连接，
3、浸入U型管的型管的CuCl2溶液中溶液中，再接通，再接通12V直流直流电电,观察现象。约观察现象。约35min后切断电源。后切断电源。2.若碳棒表面有气泡产生若碳棒表面有气泡产生,如何设计实验检验是什么气体如何设计实验检验是什么气体?3 3. .将电极取出，仔细观察其将电极取出，仔细观察其顶端顶端和周围有什么变化？和周围有什么变化？实验实验现象现象结论结论阳极阳极阳极阳极阴极阴极阴极阴极1. 1. 通电后发生了氧化通电后发生了氧化- -还原反应还原反应 ; ;2.2.外加外加电流的作用是这种化学变化的根本原因。电流的作用是这种化学变化的根本原因。 Cl2 2Cu 与与电源正极相连的碳棒有气泡产
4、生，且有刺激电源正极相连的碳棒有气泡产生，且有刺激电源正极相连的碳棒有气泡产生，且有刺激电源正极相连的碳棒有气泡产生，且有刺激 性气性气性气性气味，能使湿润的味，能使湿润的味，能使湿润的味，能使湿润的KIKI淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出碳碳棒棒乙乙实验实验视频视频 原理分析原理分析： 阴极：阴极： 阳极：阳极： 电解电解CuClCuCl2 2溶液的化学反应方程式：溶液的化学反应方程式：通电前，通电前，CuCu2 2和和ClC
5、l在水里在水里地移动着；地移动着；电离电离自由自由 通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，改作改作移动。溶液中带正电的移动。溶液中带正电的向向移动，带负移动，带负电的电的向向移动。在阴极，铜离子获得电子而还移动。在阴极，铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而原成铜原子覆盖在阴极上；在阳极，氯离子失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。 2Cl2Cl 2e2e ClCl2 2 Cu Cu2 2 2e2e CuCuCuClCuCl2 2 = Cu= CuC
6、lCl2 2定向定向Cu2 阴极阴极Cl-阳极阳极通电通电或电解或电解CuClCuCl2 2是强电解质且易溶于水，在水溶液中是强电解质且易溶于水，在水溶液中生生成成CuCu2 2和和ClCl。CuClCuCl2 2 Cu Cu2 2 2Cl2Cl电离电离阴极阴极阳极阳极2Cl-2e-=Cl2 (氧化反应氧化反应)Cu2+2e-=Cu(还原反应还原反应)总反应：总反应：CuCl2Cu+Cl2电解电解 惰性电极：惰性电极：石墨、金、铂石墨、金、铂活性电极：石墨、金、铂活性电极：石墨、金、铂 以外的金属以外的金属阳离子得电子，放电阳离子得电子，放电e-e-阴离子失电子，放电阴离子失电子，放电氧化性氧
7、化性强的先得电子强的先得电子还原性还原性强的先失电子强的先失电子阴极阴极(还原反应还原反应)：氧化性强的阳离子先得电子：氧化性强的阳离子先得电子阳极阳极(氧化反应氧化反应) ：还原性强的阴离子先失电子：还原性强的阴离子先失电子金属（除金属（除CPt、Au） S2IBrClOH含氧酸根含氧酸根F4、放电顺序：、放电顺序：（非常重要）（非常重要）金属阳极先放电，离子后放电金属阳极先放电，离子后放电AgAgAgAg+ + + +FeFeFeFe3+3+3+3+CuCuCuCu2+2+2+2+ (H(H(H(H+ + + +) ) ) )PbPbPbPb2+2+2+2+SnSnSnSn2+2+2+2+
8、FeFeFeFe2+2+2+2+ZnZnZnZn2 2 2 2+ +(H+)H+)AlAlAlAl3+3+3+3+MgMgMgMg2+2+2+2+NaNaNaNa+ + + +CaCaCaCa2+2+2+2+KKKK+ + + +注：电镀时通过控制条件，注：电镀时通过控制条件，注：电镀时通过控制条件，注：电镀时通过控制条件， FeFe2+2+和和和和ZnZn2 2+得电子的能力强于得电子的能力强于H+只在熔融状态下放电，在水溶液中永远不放电。只在熔融状态下放电，在水溶液中永远不放电。总结：分析电解反应的一般思路：总结：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据
9、阳极氧化、阴极还原阳极氧化、阴极还原分析得出产物分析得出产物判断判断阳极材料阳极材料及阴阳两极附近离及阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序子种类及离子放电顺序(不能忽视不能忽视非惰性阳极）非惰性阳极）(先电离先电离)(后电解后电解)16书写电解方程式的注意事项书写电解方程式的注意事项2.2.电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写的影响；要电极反应式要注意溶液的酸碱性对书写的影响；要注意两边的电荷要守恒（电子看作负电荷）注意两边的电荷要守恒（电子看作负电荷）3.3.标明条件：通电或电解。标明条件：通电或电解。1.1.首先看阳极材料，若阳极是活性电极阳极本身失去首先看阳极材料，若阳极是活性电极阳极本身失
10、去电子被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电电子被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电（失电子）。（失电子）。1. 写出用石墨电极电解硫酸铜溶液的电极反应式及总离写出用石墨电极电解硫酸铜溶液的电极反应式及总离子反应式子反应式阳极阳极4OH-4e- = 2H2O+O2 阴极阴极 2Cu2+4e- = 2Cu总反应式总反应式 2Cu2+2H2O=2Cu+4H+O2 电解电解阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原H2SO4阴极阴极(H+):4H+4e-=2H2变大变大变变小小加加H2O2H2
11、O=2H2+O2通电通电第一组：电解H2SO4阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓浓度度PH值值复原复原NaOH阴极阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2变大变大变变大大加加H2O2H2O=2H2+O2通电通电第二组：电解NaOH阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极阳极(OH-SO42-):4OH-4e-=2H2O+O2实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4阴极阴极(H+Na+):4H+4e-=2H2变大变大不不变变加加H2O2H2O=2H2+O2通电通电第三组：电解Na2SO4阴极阴极阳极阳极氢气
12、氢气实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原HCl阳极阳极(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2阴极阴极(H+)：2H+2e-=H2减小减小增增大大通入通入适量适量HCl第四组：电解第四组：电解HCl溶液溶液2HClCl2+H2电解氯气氯气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CuCl2CuCl2Cu+Cl2电解阳极阳极:(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2阴极阴极(Cu2+H+)：Cu2+2e-=Cu减小减小增增大大加适量加适量CuCl2晶体晶体第五组：电解第五组：电解CuCl2第六组：电解NaCl阴极阴极阳极阳极氢氢气气氯氯气气实例实例电
13、极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原NaCl阳极阳极(Cl-OH-):2Cl-2e-=Cl2阴极阴极(Na+H+):2H+2e-=H2减小减小增增大大通入通入适量适量HCl2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2电解阴极阴极阳极阳极氧氧气气铜铜实例实例电极反应电极反应浓浓度度PH值值复原复原CuSO4阴极阴极(Cu2+H+):2Cu2+4e-=2Cu减小减小加适量加适量CuO固体固体第七组：电解CuSO4阳极阳极(SO42-OH-):4OH-4e-=2H2O+O2减减小小2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解 电解质溶液用惰性电极电解的示例电解质溶液用惰性电极电解的示例：
14、电解电解类型类型举举 例例电极反应电极反应溶液溶液pH变化变化溶液复原溶液复原方法方法物质类别物质类别实例实例仅溶剂仅溶剂水电解水电解 仅溶质仅溶质电解电解 溶质和溶质和溶剂同溶剂同时电解时电解 含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaOH活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极阳极:4OH- 4e-= O2+2H2O产物为产物为O2和和H+阴极阴极:4H+4e-=2H2 产物为产物为H2和和OH-减小减小增大增大不变不变H2O阳极阳极:2Cl- 2e-= Cl2阴极阴极:2H+2e-= H2增大增大HCl不活泼金属的不活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐CuCl2阳极阳极:2C
15、l- 2e-= Cl2阴极阴极:Cu2+2e-= Cu增大增大CuCl2活泼金属的无活泼金属的无氧酸盐氧酸盐NaCl阳极阳极:2Cl- - 2e-= Cl2阴极阴极:2H+2e-= H2增大增大HCl不活泼金属不活泼金属的含氧酸盐的含氧酸盐CuSO4阳极阳极:4OH- 4e-= O2+2H2O阴极阴极:2Cu2+4e-= 2Cu减小减小CuO活泼活泼(除除PtAu外外)金属做阳极：金属做阳极：例：铁做阳极电解氯化钠溶液例：铁做阳极电解氯化钠溶液阳极：阳极：Fe-2e-=Fe2+阴极阴极(Na+H+):2H+2e-=H2Fe+2H2O=Fe(OH)2 +H2 电解电解二、电解原理的应用二、电解原
16、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）、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2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 Cl- OH-电极反应：电极反应：阳极阳极 氧化反应氧化反应 阴极阴极 还原反应还原反应H+Na+Cl-OH-阴极阴极阳极阳极电解饱和食盐水反应原理电解饱和食盐水反应原理思考思考:（1）电解池的两极各产生什么现象）
17、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，会若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象有什么现象?（2）怎样初步检验两极产物的生成）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）结合教材，分析产生这种现象的原因。的原因。 在在U型管里装入饱和食盐型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直一根铁棒作阴极。接通直流电源流电源实验装置实验装置+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
18、碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：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：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气离子和气体不能通过体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 （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 ，而影响氢氧化钠的，而影响氢氧化钠的产量。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2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金
19、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：含有镀层金属的电解质含有镀层金属的电解质阳极：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） 电镀液浓度不变电镀液浓度不变电镀铜电镀铜3、铜的电解精炼、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、一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、
20、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，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。用电解的方法精炼粗铜。纯铜纯铜粗铜粗铜含杂质含杂质(ZnFeNiAgAu等等)阳极阳极：Zn-2e-Zn2+Fe-2e-Fe2+Ni-2e-Ni2+Cu-2e-Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极阴极:Cu2+2e-Cu阳极泥阳极泥思考：电解完后，思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSO4溶液溶液4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙
21、、镁、铝等活泼金属的、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）方法）制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。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电电解解熔熔融融氯氯化化钠钠制制钠钠制取金属铝制取金属铝电解熔融状态的氧化铝电解熔融状态的氧化铝阳极：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冰晶石电解池小结与电源正极相连与电源正极相连阳极阳极阴极阴极与电源负极相连与电源负极相连发生氧化反
22、应发生氧化反应阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向发生还原反应发生还原反应1、电源、电极、电极反应关系、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、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金练习l1、分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。2、下列说法或实验现象的描述不正确的是（、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，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，在铜片表面出把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁现一层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴把锌粒放入盛有盐酸的试
23、管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快氯化铜溶液，气泡放出速度加快D与电源负极相连的是电解槽的阴极与电源负极相连的是电解槽的阴极B例：在例：在50mL0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电的硫酸铜溶液中插入两个电极，通电电解极，通电电解(不考虑水分蒸发不考虑水分蒸发)，则：，则：若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶质浓度将怎样变化质浓度将怎样变化。若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是如果两极均为铜片且不考虑如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放电在阴极上放电当电路中有当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重电子通过时，阴极增重g，阴极上的电极反应式是阴极上的电极反应式是。不变不变1.28Zn2eZn2+Cu2+2eCu例：如图：例：如图：B为铜电极，为铜电极，A、C、D均为碳棒，已均为碳棒，已知通电后，知通电后，E点变蓝，回答下列问题：点变蓝，回答下列问题：l(1)E点变蓝的原因：点变蓝的原因：_l(2)电源电源N为为_极；极；l(3)通电一段时间后，通电一段时间后，A、B、C、D电极上生成电极上生成(或消耗或消耗)的物质的物质的量之比为的物质的物质的量之比为_。在阳极失电子生成在阳极失电子生成I2，淀粉遇，淀粉遇I2变蓝色变蓝色正正2:2:4:1
