人教版高中化学选修4课件：4.3 电解池（1）.ppt

1、第四章 电化学基础 第三节 电解池 探究实验探究实验1 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所示，将用导线连接在一起的 两根石墨碳棒插入盛有两根石墨碳棒插入盛有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 无无 现现 象象 没有且不能自发发生原电池反应没有且不能自发发生原电池反应 甲装置不满足构成原电池的条件甲装置不满足构成原电池的条件。 分析原因分析原因: CuCl 2 溶液溶液 氢氢 气气 氧氧 气气 电解电解 电解水电解水 ：2 H2O =2 H2 O2 + _ 探究实验探究实验2 2 如图所示，将两根石墨如图所示

2、，将两根石墨 棒分别跟棒分别跟直流电源直流电源的正的正 极和负极连接，浸入盛极和负极连接，浸入盛 有有CuCl2溶液的烧杯中溶液的烧杯中 ， 再接通再接通12V直流电直流电,观察观察 现象。现象。 约约35min后切断电源。后切断电源。 C C 阴极阴极 阳极阳极 CuCl2溶液溶液 向氯化铜溶液中通入直流电向氯化铜溶液中通入直流电 A：理论先行：理论先行 思考思考1 1：氯化铜溶液中含有哪些微粒：氯化铜溶液中含有哪些微粒? ? 思考思考2 2：在通电时这些微粒各向什么区移动？：在通电时这些微粒各向什么区移动？ 思考思考3 3：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么猜想在通电时在阳极和阴极各会发

3、生什么 样的电极反应？产物可能是哪些？样的电极反应？产物可能是哪些？ 阳离子：阳离子：Cu2+ 、H+ 阴离子：阴离子：Cl- 、OH- Cu2+ 、H+向阴极区移动向阴极区移动； Cl- 、OH-向阳极区移动向阳极区移动 Cl-Cl2 OH-O2 H2O H+ + OH- CuClCuCl2 2 CuCu2+ 2+2Cl +2Cl- - 阴极区：阴极区： Cu2+Cu H+H2 阳极区：阳极区： B. 实验记录实验记录 实验现象实验现象 产物验证产物验证 产物确定产物确定 有气泡逸出有气泡逸出 有红色固有红色固 体析出体析出 氯气氯气 铜铜 使湿润的碘化钾淀粉试使湿润的碘化钾淀粉试 纸变蓝纸

4、变蓝 氧气？氧气？ 氢气？氢气？ 阴极阴极 阳极阳极 阴离子失去电子阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫阳离子得到电子的过程叫放电放电。 影响离子放电的因素：影响离子放电的因素： 离子得失电子的能力离子得失电子的能力 离子的浓度离子的浓度 放电能力：放电能力： AgAg+ + Hg Hg2+ 2+ FeFe3+ 3+ Cu Cu2+ 2+ H H+ + Pb Pb2+ 2+Sn Sn2+ 2+Fe Fe2+ 2+Zn Zn2+ 2+Al Al3+ 3+Mg Mg2+ 2+Na Na+ +CaCa+ +KK+ + 阴极：阴极：氧化性强的离子先得电子。氧化性强的离子先得电子。 阳极：阳极：还原性

5、强的离子先失电子。还原性强的离子先失电子。 金属金属 S2 IBrClOHNO3SO42F 除除Pt、Au Cu2+ oooo oooo oooo oooo oooo 阴极 阳极 Cu Cl2 Cl Cl oooooooooooo ooooooooooo 电解氯化铜溶液实验装置 e- e- 单击电 子流动 OH H+ 电极反应：电极反应： 2Cl 2e = Cl2 （氧化反应）（氧化反应） Cu2+ 2e = Cu （还原反应）（还原反应） 总反应式：总反应式：CuCl2 Cu + Cl2 电解电解 阳极：阳极： 阴极：阴极： 1.电解：电解： 使使直流电直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起

6、通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应氧化还原反应的过程，叫做电解。的过程，叫做电解。 3.构成电解池的条件：构成电解池的条件： 直流电源；直流电源； 阴极阴极:与电源与电源负极负极相连相连 还原反应还原反应 阳极阳极:与电源与电源正极正极相连相连 氧化反应氧化反应 电极：电极： 电解质溶液或熔融电解质；电解质溶液或熔融电解质； 2.电解池：电解池： 电能转变为化学能的装置。 电能转变为化学能的装置。 C C 一、电解原理一、电解原理 形成闭合回路。形成闭合回路。 小结：小结： 电极反应：电极反应： 阳氧化、阴还原阳氧化、阴还原 离子流向：离子流向： 异性相吸 异性相吸 电子流向：电子

7、流向： 电子从电子从负极负极流向流向阴极阴极，经溶液离子，经溶液离子 导电，再从导电，再从阳极阳极流回流回正极正极 (阳氧阳氧) 思考思考? 电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果？电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果？ H H2 2O O H H+ + + OH + OH Na2SO4 2 2Na+ SO4 2 离子放电的顺序离子放电的顺序 阳离子阳离子 阴离子阴离子 H+ Na+ OH SO42 4OH 4e 2H2O +O2 4H+ +4e 2H2 总反应：总反应：2H2O O2 +2H2 电解电解 阳极阳极 ： 阴极：阴极： 1.1.分析溶液中存在的所有离子（包括水的电分析溶液中存在的所有离子（包括

8、水的电 离）、并分成阳离子组和阴离子组。离）、并分成阳离子组和阴离子组。 2.2.根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反 应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电 极反应式。（注意得失电子守恒）极反应式。（注意得失电子守恒） 3.3.由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。 （弱电解质的须保持分子形式弱电解质的须保持分子形式） 写电极反应写电极反应 【方法小结方法小结】 例例 以以石墨碳棒石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时为电极，请写出分别电解下列溶液时, , 在阴、阳两极上发生的电极反

9、应式及总的化学方程式。在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。 (1)NaCl(1)NaCl溶液溶液: : (2)CuSO(2)CuSO4 4溶液溶液: : 想一想、做一做想一想、做一做 阳极：阳极：4OH4OH- - -4e4e- -2H2H2 2O+OO+O2 2 阴极：阴极：2Cu2Cu2+ 2+ +4e +4e- -2Cu2Cu 电解电解 总反应式：总反应式：2Cu2Cu2+ 2+2H +2H2 2O O2Cu+O2Cu+O2 2+4H+4H+ + 阳极：阳极：2Cl2Cl- - -2e2e- -=Cl=Cl2 2 阴极：阴极：2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2 总反

10、应：总反应：2Cl-+2H2O = Cl2+H2+2OH- 电解电解 H H+ +应该在哪一极？应该在哪一极？ OHOH- -在哪一极？在哪一极？ (2H2O 2H+2OH-) (4H2O 4H+4OH-) 电解池与原电池有哪些异同电解池与原电池有哪些异同 两电极接直流电源两电极接直流电源 电解质溶液电解质溶液 形成闭合回路形成闭合回路 活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极 电解质溶液电解质溶液 形成闭合回路形成闭合回路 自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应 形成形成 条件条件 将电能将电能 转变成化学能的装置转变成化学能的装置 将化学能将化学能 转变成电能的装置转变成电能的装置 定义定义 装

11、置装置 实例实例 电解池电解池 原电池原电池 装置装置 电解池与原电池有哪些异同电解池与原电池有哪些异同(续续) 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 电子电子 流向流向 阳极：阳极：氧化反应，溶液氧化反应，溶液 中的阴离子失电子或电中的阴离子失电子或电 极金属失电子极金属失电子 阴极：阴极：还原反应，溶液还原反应，溶液 中的阳离子得电子中的阳离子得电子 负极：负极：氧化反应，金属氧化反应，金属 失电子失电子 正极：正极：还原反应，溶液还原反应，溶液 中的阳离子得电子中的阳离子得电子 电极电极 反应反应 阳极：阳极：与电源正极相连与电源正极相连 阴极：阴极

12、：与电源负极相连与电源负极相连 负极：负极：较活泼金属较活泼金属 正极：正极：较不活泼金属较不活泼金属 （或能导电的非金属）（或能导电的非金属） 电极电极 名称名称 电解池电解池 原电池原电池 装置装置 负极负极 正极正极 导线导线 二、电解规律二、电解规律( (用惰性电极电解时用惰性电极电解时) ) 1、电解电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，时， 如电解如电解H2SO4、HNO3、 、NaOH、 、Na2SO4等溶液等溶液 阳极阳极 ： 4OH 4e 2H2O +O2 阴极：阴极： 4H+ +4e 2H2 总反应：总反应：2H2O O2

13、+2H2 电解电解 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复，若要恢复 原来的浓度，只需加入一定量的原来的浓度，只需加入一定量的 即可。即可。 实质：电解水实质：电解水 例如：电解硫酸钠溶液例如：电解硫酸钠溶液 增大增大 水水 2、电解、电解无氧酸溶液无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金属的、不活泼金属的 无氧酸盐溶液无氧酸盐溶液，如电解盐酸、，如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数电解后溶液中溶质的质量分数 ，若要恢复，若要恢复 原来的组成和浓度，需加入一定量的原来的组成和浓度，需加入一定量的 (通入一通入一 定量的定量的HCl气体气体

14、) 阳极：阳极： 2Cl 2e Cl2 阴极：阴极： 2H+ +2e H2 总反应：总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解 电解盐酸电解盐酸 实质：电解质本身被电解实质：电解质本身被电解 减小减小 溶质溶质 3、电解、电解不活泼金属的含氧酸盐不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都时，电解质和水都 有一部分被电解，如电解有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、溶液、AgNO3溶液溶液 等。等。 阳极阳极 ： 4OH 4e 2H2O +O2 阴极：阴极： 2Cu2+ +4e 2Cu 总反应：总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4 电解电解 电解后原溶液中溶质的质量分数电

15、解后原溶液中溶质的质量分数减小减小，若要恢，若要恢 复原来的组成和浓度，需加入一定量复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物金属氧化物。 电解电解CuSO4溶液溶液 4、电解、电解活泼金属的无氧酸盐溶液活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水时，电解质和水 都有一部分被电解，如电解都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。溶液等。 电解后原溶液中溶质的质量分数电解后原溶液中溶质的质量分数减小减小，若要恢，若要恢 复原来的组成和浓度，需通入一定量的复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl。 阳极阳极 (C)： 2Cl 2e Cl2 阴极阴极 (C)： 2H+ +2e H2 总反应：总反应：2NaCl

16、+2H2O2NaOH+ Cl2 + H2 电解电解 练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电 极反应及电解总反应式。极反应及电解总反应式。 AgNOAgNO3 3溶液溶液 试一试试一试 阳极：阳极：4OH-4e-=2H2O+O2 阴极：阴极：4Ag+4e-=4Ag 总反应式：总反应式：4Ag+2H2O=4Ag +O2 +4H+ 通电通电 1、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，铜把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜 片表面出现气泡片表面出现气泡 B把铜片插入氯化铁溶液中，

17、在铜片表面出现把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现 一层铁一层铁 C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯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 练习练习 例：在例：在50mL 0.2mol/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

18、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 0.32 Zn 2e Zn2+ Cu2+ +2e Cu (1)(1)在在NaClNaCl溶液中溶液中, ,NaClNaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。 通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下， 向阴极移动，向阴极移动， 向阳极移动。向阳极移动。 在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成

19、。 阳极方程式：阳极方程式： ; ; （2 2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 使使H H2 2O O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大，浓度增大， PHPH 。 阴极方程式：阴极方程式： 。 2Cl- - 2e- = Cl2 2H+ + 2e- = H2 Na+、Cl- H+、OH- Cl-、OH- Cl- Cl2 H+ H2 OH- 增大增大 Na+、H+ 三、电解原理的应用三、电解原理的应用 1、氯碱工业、氯碱工业 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。 总化学方程式：总化学方程式： ;

20、 ; 总离子方程式总离子方程式: : . (3)(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：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？ NaOH2HClOH2NaCl2 222 电解 OH2HClOH2Cl2 222 电解 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:产生产生刺激刺激气体使湿润气体使湿润KI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 (2)避免生成物避免生成物H2和和Cl2混合混合, 因为因为: . (1)避免避免Cl2接触

21、接触NaOH溶液会反应溶液会反应,使产品不纯使产品不纯, 反应方程式反应方程式: . 第一个问题第一个问题: 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 解决方法解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜 2、铜的电解精炼、铜的电解精炼 、粗铜所含的杂质、粗铜所含的杂质 Zn、Fe、Ni、Ag、Au等等 + 纯铜纯铜 粗铜粗铜 CuSO4溶液溶液 、粗铜的精炼、粗铜的精炼 以粗铜为阳极，以纯以粗铜为阳极，以纯 铜为阴极，铜为阴极， 以以CuSO4溶液溶液 为电解液进行电解为电解液进行电解 阳极：阳极： Zn 2e Zn2+ Fe2e F

22、e2+ Ni 2e Ni2+ Cu2e Cu2+ 阴极：阴极： Cu2+ +2e Cu 3、电镀、电镀 、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层 其它金属或合金的过程。其它金属或合金的过程。 、电镀池形成条件、电镀池形成条件 + 镀件镀件 镀层金属镀层金属 含镀层金属离子的盐溶液含镀层金属离子的盐溶液 、镀件作阴极镀件作阴极 、镀层金属作阳极镀层金属作阳极 、含镀层金属阳离子含镀层金属阳离子 的盐溶液作电解液的盐溶液作电解液 、电镀的特点、电镀的特点 电镀液的组成及酸碱性保持不变电镀液的组成及酸碱性保持不变 4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）、电

23、冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等） 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。 通直流电后，通直流电后， 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 通电 结论：结论：电解法是冶炼金属的一种重要方电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是法，是最强有力的氧化还原最强有力的氧化还原的手段。的手段。 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： 6O 2- 12e- = 3O2 阴极：阴极： 4Al 3+ + 12e- = 4Al 总反

24、应：总反应： 2Al2O3(熔融 熔融) 4Al + 3O2 通电 冰晶石冰晶石 原电池、电解池、电镀池判定规律原电池、电解池、电镀池判定规律 若无外接电源，若无外接电源， 可能是原电池，然后依据原可能是原电池，然后依据原 电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看” 先看电极：两极为导体且活泼性不同先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，若有外接电源，两极插入电解质溶液中， 则可能是电解池或电镀池

25、。当阳极金属与电解质则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质 溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情 况为电解池。况为电解池。 讨论：讨论：比较电解池和原电池的异同比较电解池和原电池的异同 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 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

26、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（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）

27、正极：正极：2H+ + 2e- =H2（还原原应）（还原原应） 阳极：阳极：2 Cl- - 2e- = Cl2 (氧化反应氧化反应) 阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu (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 提示：提示： 第二个问题：精制食盐水第二个问题：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+、 Fe3+ 、 SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子等杂质，会在碱液中形成沉淀

28、从而损坏离子 交换膜，那么如何除去这些杂质呢？交换膜，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+、 Fe3+ 、SO42 1、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？ 泥沙泥沙、Na+、 Cl-、 Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42- Na+、 Cl-、 .Mg2+、 Ca2+、 Fe3+ 、 SO42- NaNa+ +、 ClCl- -、 MgMg2+ 2+、 、 CaCa2+ 2+、 、 FeFe3+ 3+ 、 、引入引入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Fe3+ , Mg2+ 适量适量HCl溶液溶液 调节调节PH 除除 CO32- 、OH-