第四章第3节电解池.ppt

第四章 电化学基础9 9/ / 1 16 6/ / 2 20 02 24 4第三节 电解池有关电解有关电解 金属钠是在金属钠是在18071807年通过电解氢氧化钠制得的，这个年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在原理应用于工业生产，约在18911891年才获得成功年才获得成功19211921年年电解氯化钠制钠的工业方法实现了由于金属钠在现代电解氯化钠制钠的工业方法实现了由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加目前，世技术上得到重要应用，它的产量显著地增加目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法沿用电解氢氧化钠的方法 电解是电解是将电能转化为将电能转化为化学能化学能的一种重要方法的一种重要方法•一、电解原理一、电解原理（以电解氯化钠为例）（以电解氯化钠为例）实验：实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有气泡，有刺激性气味，并能有刺激性气味，并能使使 湿润的湿润的KI-KI-淀淀 粉试粉试纸变蓝（纸变蓝（ClCl2 2) ) 阴极：阴极：有金属钠析出有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaClNaCl ☆☆实验分析：实验分析：•通电前：通电前：分析熔融电解质中的离子情况分析熔融电解质中的离子情况• 阳离子阳离子：：NaNa+ + 阴离子阴离子：：ClCl- -• 做无规则运动做无规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电）（（1 1）确定电极名称：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）（接电源负极） 与电极材料无关与电极材料无关 •（（2 2）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: :• 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电• 阳极阳极：：2Cl2Cl- -→→ClCl2 2↑ +↑ + 2e2e- - 氧化反应氧化反应• 阴极阴极：：2Na2Na+ + +2e+2e- -→2Na→2Na 还原反应还原反应•总式：总式：•  2NaCl           2Na+Cl2 ↑通电电解电解: :使使电流电流通过通过电解质溶液电解质溶液而在而在阴阳阴阳两极两极引起引起氧化还原反应氧化还原反应的过程。

的过程电解池电解池: :借助借助氧化还原反应氧化还原反应，把，把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置★★构成条件构成条件: : (1) (1)外加直流电源外加直流电源 (2)(2)与电源相连的两个电极：与电源相连的两个电极： 接电源正极的为阳极，发生接电源正极的为阳极，发生氧化反应氧化反应 接电源负极的为阴极，发生接电源负极的为阴极，发生还原反应还原反应 (3)(3)电解质溶液或熔化的电解质电解质溶液或熔化的电解质 •电子的流向电子的流向: : 电子从外加电源的负极流出，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流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）中移动）离子定向移动的方向离子定向移动的方向: : 阳离子阳离子向向 阴极阴极移动移动, , 阴离子阴离子向向 阳极阳极移动移动. .惰性电极与活性电极：惰性电极与活性电极： 惰性电极惰性电极( (铂、金、石墨铂、金、石墨) )：：仅仅导电，不参与反应仅仅导电，不参与反应 活性电极（除铂、金外的金属）：活性电极（除铂、金外的金属）：既可以导电、又可既可以导电、又可以参与电极反应以参与电极反应•以电解氯化铜为例以电解氯化铜为例实验：实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液现象：现象： 阳极：阳极：有气泡，有气泡，有刺激性气味，并能有刺激性气味，并能使使 湿润的湿润的KI-KI-淀淀 粉试粉试纸变蓝（纸变蓝（ClCl2 2) ) 阴极：阴极：碳棒上有一层红色的铜析出碳棒上有一层红色的铜析出CuClCuCl2 2溶液溶液阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜实验分析：实验分析：•通电前：通电前：分析电解质溶液中的离子情况分析电解质溶液中的离子情况• 阳离子阳离子：：H H+ +、、CuCu2+2+• 阴离子阴离子：：OHOH- -、、ClCl- -• 做无规则运动做无规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电） （（1 1）确定电极名称：）确定电极名称： 阳极阳极（接电源正极）（接电源正极） 阴极阴极（接电源负极）（接电源负极） 与电极材料无关与电极材料无关 •（（3 3）判断电极产物并书写电极反应）判断电极产物并书写电极反应: :• 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电• 阳极阳极：：2Cl2Cl- -→→ClCl2 2 ↑ +↑ + 2e2e- -氧化反应氧化反应• 阴极阴极：：CuCu2+2++2e+2e- - → Cu → Cu 还原反应还原反应总式：总式：（（2 2）判断离子的放电顺序：）判断离子的放电顺序： 阳离子阳离子：：CuCu2+2+>H>H+ + 阴离子阴离子：：ClCl- ->OH>OH- -（（4 4）分析电解质溶液的变化情况：）分析电解质溶液的变化情况： CuClCuCl2 2溶液浓度降低溶液浓度降低 CuClCuCl2 2 Cu+Cl Cu+Cl2 2 ↑ ↑电解★★离子放电顺序：离子放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。

放电 ①①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化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成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电 ②②用用惰性电极惰性电极(Pt(Pt、、AuAu、、石墨、钛等石墨、钛等) )时：时：溶液中溶液中阴离子的阴离子的放电顺序放电顺序（由难到易）是：（由难到易）是：S S S S 2-2-2-2->SO>SO>SO>SO3 3 3 32-2-2-2->I>I>I>I - - - ->Br>Br>Br>Br - - - -> > > >ClClClCl - - - ->OH>OH>OH>OH - - - ->NO>NO>NO>NO3 3 3 3 - - - -、、、、SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-( ( ( (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）>F>F>F>F- - - -AgAg+ +> >FeFe3+3+ >Cu>Cu2+2+> >H H+ +> >PbPb2+2+>Sn>Sn2+2+>Fe>Fe2+2+>Zn>Zn2 2+ +>(H>(H+ +)>)> Al Al3+3+>Mg>Mg2+2+>Na>Na+ +>Ca>Ca+ +>K>K+ +注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H H+ +, ,不同时按（不同时按（H H+ +）） 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发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。

生反应的是溶液中的阳离子阳离子在阴极上放电顺序是：阳离子在阴极上放电顺序是：阳极阳极：：阴极阴极: :★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--2 e- =Cl2↑阴极：阴极：Cu2++ 2e-=2Cu↓减小减小减减小小CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2           Cu+Cl2 ↑电解1、电解电解质型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PHPH值值复原复原NaNa2 2SOSO4 4     阳极阳极: 4OH: 4OH- - →→4e4e- -＋＋2H2H2 2O+OO+O2 2↑↑阴极阴极: : 4H 4H + ++ 4e+ 4e- - →→ 2H 2H2 2 ↑↑变大变大不不变变 加加H H2 2O ONaNa2 2SOSO4 4溶液溶液2H2H2 2O 2HO 2H2 2↑↑ +O+O2 2↑↑电解2、电解水型阳极阳极阴极阴极氯氯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NaCl     阳极阳极: 2Cl- → 2e-  ＋＋  Cl 2↑阴极阴极: 2H ++ 2e- → H2 ↑2NaCl+2H2O           2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑电解减小减小增增大大  加加HClNaCl溶液溶液3、放氢生碱型实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原CuSO4阳极阳极阴极阴极氧氧气气铜铜阳极阳极: 4OH- → 4e-＋＋ 2H2O+O2 ↑阴极：阴极：Cu2++ 2e- → Cu减小减小减小减小  加加CuOCuSO4溶液溶液 2CuSO4+ 2H2O           2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4电解4、放氧生酸型电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳阳极极：：S2-  > I-  > Br- > Cl-  >  OH-  >  含含氧氧酸酸根根 > > F- ⅠⅡⅢⅣⅠⅠ与与ⅢⅢ区：电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2 2 、、HClHClⅠⅠ与与ⅣⅣ区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaClⅡⅡ与与ⅢⅢ区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、、AgNO3ⅡⅡ与与ⅣⅣ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+二、电解原理的应用二、电解原理的应用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）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型管里装入饱和型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极阳极，一根铁棒作阴极接通直流电源接通直流电源实验装置实验装置1.电解食盐水电解食盐水•现象：现象：•阳极：有气泡产生，阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉－使湿润的淀粉－KI溶液变蓝溶液变蓝•阴极：有气泡产生，阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红滴加酚酞溶液变红阳极：阳极：2Cl--2e- =Cl2↑阴极：阴极：2H++2e- =H2↑总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑(条件条件:通电通电)实验装置实验装置•（（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－－离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成，把电解槽隔成阴极室和阳极室阴极室和阳极室    •（（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而引起爆炸；、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；•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，而影响氢氧化钠的产量。

响氢氧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－－+Cl2Cl2Cl—H2Na+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粗盐的成份：粗盐的成份：       泥沙、泥沙、Ca2+、、Mg2+、、Fe3+、、SO42－－杂质，会与杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水   含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水2.2.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、银、金等），这种粗一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、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用电解的方法精炼粗铜因此必须利用电解的方法精炼粗铜。

粗粗铜铜   含杂质含杂质(Zn    Fe  Ni   Ag  Au 等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极： Zn→  Zn2+＋＋2e- Fe →  Fe2+＋＋2e- Ni  →    Ni2+＋＋2e-Cu→  Cu2+＋＋2e- Zn Fe  Ni   CuAg  Au 阴极阴极:            Cu2+ + 2e- →  Cu阳极泥阳极泥问：电解完后，问：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3. 3. 电镀电镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用金的过程，它是电解原理的又一重要应用电镀可以使金属更电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力加美观耐用，增强防锈抗腐能力例如，钢铁是人们最常用的例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀防止钢铁金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。

铜、铬、镍等电镀：电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程上一薄层其他金属或合金的过程，，铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液①①电极：电极：   阳极阳极——镀层金属镀层金属 或惰性电极或惰性电极  阴极阴极——待镀金属制品待镀金属制品   ②②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液                   溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小•阳极：阳极：6O2--12 e- =3O2↑ •阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al4.冶炼铝冶炼铝通电通电总式：总式：2Al2O3              4Al+3O2 ↑原理原理: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氧化铝的方法冶炼铝而工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池解池电解精炼池电解精炼池电镀池池定定义形成形成条件条件电极极名称名称电极极反反应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①①两两电极接直流极接直流电源源②②电极插人极插人电解解质溶液溶液③③形成形成闭合回路合回路①①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②②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①①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②②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1. a 、、b哪一极为正极？哪一极为正极？2. 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌，    a极选用什么材料？极选用什么材料？    选择何种溶液？选择何种溶液？3. 若要给铁叉镀金，若要给铁叉镀金，    a极选用什么材料？极选用什么材料？    选择何种溶液？选择何种溶液？思考思考:e-•金属性强弱的判断金属性强弱的判断•          已知已知①①M+N2+=M2++N ②②Pt极电解相同浓度极电解相同浓度P和和M的硫酸盐，阴极先析出的硫酸盐，阴极先析出M ③③N与与E有导线相连放有导线相连放入入E的硫酸盐溶液的硫酸盐溶液,电极反应：电极反应：E2++2e-=E，，N-2e-=N2+，，则四种金属活泼性由强到弱为则四种金属活泼性由强到弱为                     答案：答案：P>M>N>E•工业上采用工业上采用Fe、、C为电极电解为电极电解K2MnO4溶液制溶液制KMnO4•1.电解时电解时,应以应以       作阴极，电解过程中阴极附近溶作阴极，电解过程中阴极附近溶液液pH将会将会           ,     •2.阳极反应式为阳极反应式为                                   ,             •3.总电解反应式为总电解反应式为                          .                  2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑答案答案:Fe  增大增大   MnO42—_e e- - =MnO4—1.1.右右图图中中x x、、y y分分别别是是直直流流电电源源的的两两极极, ,通通电电后后发发现现a a极极板板质质量量增增加加,b,b极极板板处处有有无无色色无无臭臭气气体体放放出出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 练练 习习2. 根据金属活动顺序表，根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：不能发生如下反应： Cu + 2H2O=Cu(OH)2↓+ H2↑。

但选择恰当电极材料但选择恰当电极材料 和电解液进行电解，这个反应就能变为现实下列四和电解液进行电解，这个反应就能变为现实下列四 种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是ABCD阳极阳极石墨石墨CuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FePt电解液电解液CuSO4溶液溶液Na2SO4溶液溶液H2SO4溶液溶液H2OB1、池型的判断、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池在原电池带动下的电解池小结：一、原电池与电解池的比较及判断：小结：一、原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断、电解池放电顺序的判断阳极放电：阳极放电： 1）惰性电极：）惰性电极：则溶液中阴离子放电则溶液中阴离子放电                      2）非）非惰性电极惰性电极：电极材料首先失电子电极材料首先失电子阴极放电：阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电电极材料受保护，溶液中阳离子放电。

2、电极的判断、电极的判断原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极4、判断溶液的、判断溶液的pH变化：变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物1 1）如果只产生氢气而没有氧气，只）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；变大； （（2 2）如果只产生氧气而没有氢气，只）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；变小；（（3 3）如果既产生氢气又产生氧气）如果既产生氢气又产生氧气 ①①若原溶液呈酸性则若原溶液呈酸性则pH减小；减小；②②若原溶液呈碱性若原溶液呈碱性pH增大；增大；③③若原溶液呈中性若原溶液呈中性pH不变①①电极：电极：   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   小结：二、电解池的应用小结：二、电解池的应用----电镀及氯碱工业电镀及氯碱工业待镀制品待镀制品铜片铜片硫酸铜溶液硫酸铜溶液②②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液③③电解质溶液：溶液中电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变1、、电镀电镀⒉⒉氯碱工业原理氯碱工业原理氯碱工业（离子膜法）氯碱工业（离子膜法）+－精制饱和精制饱和NaCl淡盐水淡盐水Cl2H2NaOH溶液溶液H2O含少量含少量NaOHCl－Cl2H+OH－－Na+Na+交换膜交换膜3、原电池电解池的应用、原电池电解池的应用----可充电电池可充电电池阴极：阴极：正极：正极：还原反应极还原反应极→得电子极得电子极→电子流入极电子流入极放电：原电池放电：原电池充电：电解池充电：电解池 负极：负极：阳极：阳极：氧化反应极氧化反应极→电子流出极电子流出极失电子极失电子极→氧化反应极氧化反应极失电子极失电子极→电子流出极电子流出极→还原反应极还原反应极得电子极得电子极电子流入极电子流入极→。