电解原理及应用

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1、第三节第三节 电解池电解池 电解原理及应用电解原理及应用新课标人教版选修四新课标人教版选修四CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了分解生成了Cu和和Cl2一、电解原理一、电解原理（以（以电解氯化铜电解氯化铜为例）为例）实验实验4-2：用惰性用惰性(石墨石墨)电极电解氯化铜溶液电极电解氯化铜溶液氯氯气气铜铜CuCl2溶液溶液有气泡，气体有刺激性气味，有气泡，气体有刺激性气味，并能使并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸变蓝粉试纸变蓝碳棒上有一层红色的物质析出碳棒上有一层红色的物质析出现象：现象： 与电源负极相连的一极与电源负极相连的一极与电源正极

2、相连的一极与电源正极相连的一极铜铜Cl2 结论：结论：直流电源直流电源电极电极电解质电解质电极反应电极反应阴极阴极:阳极阳极:总反应总反应:Cu2+ClClCu2+ + 2e Cu2Cl2e Cl2 Cu2+ + 2Cl电解电解CuCl2（还原还原反应）反应）（氧化氧化反应）反应）电解电解被还原被还原得得e失失e被氧化被氧化（放出（放出Cl2） （析出（析出Cu）CuCl2 Cu2+2ClII阴极阴极阳极阳极ee正极正极负极负极电电 源源Cu +Cl2Cu +Cl2（氧化还原氧化还原反应）反应）明明 确确电子的流向电子的流向: : 电子从外加电源的负电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，

3、再极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。从阳极流回电源正极。（注意：（注意：电子只在外电路定向移动，不能电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）从溶液中移动）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。eeCCCuCl2溶液溶液阴极阴极阳极阳极电解质溶液（或熔融态电解质）的电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程导电过程，就是电解，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。电解过程。3 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；与电源负极相连的电极为阴极与电源负极

4、相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极与电源正极相连的电极为阳极电极电极电解质溶液或熔融电解质； 形成闭合的回路形成闭合的回路阴阳离子定向移动，阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成在两极上失得电子成为原子或分子。如：为原子或分子。如：CuClCuCl2 2=Cu+Cl=Cu+Cl2 2电离电离 电解电解 条件条件过过程程 特点特点 联系联系 通电通电电解质溶于水或电解质溶于水或受热融化状态受热融化状态 电解质电离后，电解质电离后，再通直流电再通直流电电解质电离成为自电解质电离成为自由移动的离子例：由移动的离子例：CuClCuCl2 2=Cu=Cu2+2+2Cl+2Cl- -只产生自由移动只

5、产生自由移动的离子的离子 发生氧化还原反应发生氧化还原反应生成了新物质生成了新物质 电解必须建立在电离的基础上电解必须建立在电离的基础上 小结：小结：电解与电离比较：电解与电离比较：电解池电解池能量转换能量转换离子的迁移离子的迁移方向方向发生氧化反应发生氧化反应的电极的电极 发生还原反应发生还原反应的电极的电极反应能否自发反应能否自发 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原电池原电池化学能转化为电能化学能转化为电能负极负极正极正极阴离子向负极迁移阴离子向负极迁移阳

6、离子向正极迁移阳离子向正极迁移相同点相同点(从原理分析从原理分析)都是氧化还原反应都是氧化还原反应小结：小结：原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:不自发不自发自发自发电极产物反思电极产物反思为什么不是为什么不是氧气呢？氧气呢？为什么不产为什么不产生氢气呢？生氢气呢？【思考思考】重难点重难点离子放电顺序：离子放电顺序： 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反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。阳离子在阴极上放应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：电顺序是：阴极阴极: :、离子放电顺序：、离子放电顺序： 活性材料作电极时：活性材料作电

7、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入溶液，阴离子不容易在电极上放电。化成阳离子进入溶液，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：溶液溶液中阴离子的放电顺序是：中阴离子的放电顺序是：阳极：阳极：例例1.在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。成氯化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。（1）溶液中所含阳离子：）溶液中所含阳离子：H+、Na+， 放电顺序：放电顺序：H+ Na+ 阴阴 极：极：2H+ + 2e = H2 （2）溶液中所含

8、阴离子：）溶液中所含阴离子：OH、Cl， 放电顺序：放电顺序：Cl OH 阳阳 极：极：2Cl 2e = Cl2 总反应：总反应： 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 电解电解小结小结1：分析电解反应分析电解反应(用惰性电极时用惰性电极时)的一般思路：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阳极氧化、阴极还原以及氧化性、根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子小结：小结：电解规律电解规律阴极阴极阳阳极极氯氯气气铜铜实例

9、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减减小小增大增大CuCl2CuCl2溶液溶液 CuCl2 Cu+Cl2 电解阳极阳极阴极阴极氧氧气气氢氢气气Na2SO4溶液溶液实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复复原原Na2SO4阳极阳极: 4OH- - 4e- =2H2O+O2 阴极阴极: 4H + 4e- = 2H2 2H2O 2H2 + O2 电解变大变大不不变变 加加H2O阳极阳极阴极阴极氯氯气气氢氢气气阳极阳极: 2Cl- - 2e- = Cl 2阴极阴极: 2H + 2e- =H2 2NaCl

10、+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解减小减小增增大大 加加HClNaCl溶液溶液实实例例电极反应电极反应浓浓度度PH值值复复原原NaCl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：区：电解本身型电解本身型 如如Cu

11、ClCuCl2 2 、HClHCl与与区：区：放氢生碱型放氢生碱型 如如NaCl与与区：区：放氧生酸型放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：区：电解水型电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+ 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：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变化变化溶液溶液复原复原方法方法物质类别物质类别实例实例仅溶仅溶剂水剂水电解电解 仅溶仅溶质电质电 解解 溶质溶质和溶和溶剂都剂都电解电解 含氧酸含氧酸H2SO4强碱强碱NaO

12、H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阴极阴极:4H+ + 4e- = 2H2阳极阳极:4OH-4e-=O2+2H2O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不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极阳极:2Cl- 2e- =Cl2阴极阴极:Cu2+2e- = Cu增大增大 CuCl2活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐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-=

13、O2+2H2O阴极阴极:2Cu2+4e- = 2Cu减小减小CuO放氢生碱放氧生酸【变式【变式1】 以以H+、K+、Cu2+、Cl-、NO3-五种离子恰当地组成五种离子恰当地组成电解质，按下列要求进行电解。电解质，按下列要求进行电解。（1）以碳棒为电极，使）以碳棒为电极，使电解质质量减少电解质质量减少，水量不变，水量不变进行电解，则可采用的电解质是进行电解，则可采用的电解质是 （2）以铂片为电极，使）以铂片为电极，使电解质质量不变电解质质量不变，水量减少水量减少进行电解，则可采用的电解质是进行电解，则可采用的电解质是 （3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量使

14、电解质和水量都减少都减少进行电解，则可采用的电解质是进行电解，则可采用的电解质是 HCl、 CuCl2KNO3、 HNO3Cu(NO3)2 、 KCl1、如图所示装置，指出如图所示装置，指出A、B池的名池的名称、电极名称、电极反应式、二池称、电极名称、电极反应式、二池pH值的变化情况。值的变化情况。离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱+ -精制精制饱和食盐水饱和食盐水水水(含少量含少量NaOH)Cl2 H2NaOH溶液溶液淡盐水淡盐水Na+含有某些含氧酸根杂质的氯化含有某些含氧酸根杂质的氯化钠，可用离子交换膜法电解提钠，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换纯。电解槽内装有阳离子交换

15、膜（只允许阳离子通过），其膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。工作原理如图所示。该电解槽的阳极反应式该电解槽的阳极反应式是是 。 通电开始后，阴极附近溶液通电开始后，阴极附近溶液pHpH会增大，请简述原因会增大，请简述原因 除去杂质后氢氧化钠溶液从液体出口除去杂质后氢氧化钠溶液从液体出口 （填写（填写“A”A”或或“B”B”）导出。）导出。2Cl- 2e- = Cl2放电，促进水的电离，放电，促进水的电离，OH-浓度增大浓度增大【习题【习题2】阳离子交换膜的作用阳离子交换膜的作用防止防止Cl2与与 NaOH 和和 H2反应反应AB石墨石墨 石墨石墨 纯铜纯铜 铁铁CuSOCuSO4 4

16、溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液(A) (B)【习题【习题3】电镀电镀1.1.定义：电镀是应用电解原理在某些金属表定义：电镀是应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方法。面镀上一薄层其他金属或合金的方法。2.2.目的：电镀的目的主要是使金属增强抗腐目的：电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。蚀能力、增加美观和表面硬度。李绅李绅假金只用真金镀，若是真金不镀金假金只用真金镀，若是真金不镀金答章孝标答章孝标纯铜纯铜 铁铁 粗铜粗铜 纯铜纯铜CuSOCuSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液(B) (C)【习题【习题4】Zn Fe Ni Cu Ag A

17、u CuSO4 溶液溶液纯纯铜铜粗粗铜铜阳极：阳极： Zn -2e- = Zn2+Fe -2e- = Fe2+Ni -2e- = Ni2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极:阳极泥阳极泥Cu -2e- = Cu2+Cu2+ + 2e- = CuZn Fe Ni Cu Ag Au 思考：思考：CuSO4溶液浓度变化溶液浓度变化?冶炼活泼金属冶炼活泼金属 K Al 电解电解（工业制取钠）（工业制取钠）2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2（工业制取镁）（工业制取镁） MgCl2 (熔融熔融) =电解电解Mg + Cl2（工业制取铝）（工业制取铝） Al2O3 (熔融熔融) =

18、电解电解冰晶石冰晶石2 4Al + 3O2写出工业上制备钠、镁、铝的化学方程式写出工业上制备钠、镁、铝的化学方程式水燃料与能源水燃料与能源 一：燃料电池发电一：燃料电池发电 二：电解池加水二：电解池加水 三：电解水三：电解水 四：氢氧混合燃烧四：氢氧混合燃烧 【科技应用【科技应用】原电池原电池电解池电解池定义定义形成形成条件条件工作工作原理原理原理原理应用应用化学能化学能电能电能电能电能化学能化学能负极：氧化反应负极：氧化反应正极：还原反应正极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应活泼性不同活泼性不同两个的电极两个的电极电解质溶液电解质溶液闭合回路闭合回路自发自发的

19、的氧化还原反应氧化还原反应电解质溶液电解质溶液闭合回路闭合回路非自发非自发的的氧化还原反应氧化还原反应两个能导电的电极两个能导电的电极直流直流电源电源制作化学电源制作化学电源,金属防护金属防护氯碱工业、电镀、电冶金、氯碱工业、电镀、电冶金、电解精炼、金属防护电解精炼、金属防护 以以H+、K+、Cu2+、Cl-、NO3-五种离子恰当地组成五种离子恰当地组成电解质，按下列要求进行电解。电解质，按下列要求进行电解。（1）以铂片为电极，溶液中加入酚酞，阴极区颜）以铂片为电极，溶液中加入酚酞，阴极区颜色变红的是色变红的是 （2）以铂片为电极，溶液中加入酚酞，阴极区）以铂片为电极，溶液中加入酚酞，阴极区P

20、H增大的是增大的是（3）以碳棒为电极，电解）以碳棒为电极，电解CuSO4，通电一段时间，通电一段时间后后,恢复到原来的状况，可以将溶液加入什么物质恢复到原来的状况，可以将溶液加入什么物质KCl、 KNO3CuO、 CuCO3【能力训练【能力训练1】KCl、KNO3 、 HCl、HNO3【能力训练【能力训练2】 用惰性电极电解含有用惰性电极电解含有0.1mol CuCl2和和0.1mol NaBr混合溶液，电路中共混合溶液，电路中共0.4 mol 电电子转移，试写出电极反应式并分析各阶段电子转移，试写出电极反应式并分析各阶段电解的物质是什么？解的物质是什么？定性分析与定量分析结合定性分析与定量分

21、析结合解法指导解法指导 定性：定性：阳离子放电顺序：阳离子放电顺序：Cu2+H+Na+ 阴离子放电顺序：阴离子放电顺序：Br-Cl-OH-定量：定量：当电路中通过当电路中通过0.1mol电子时：电子时： 电解电解0.05molCuBr2 继续通过继续通过0.1mol电子时：电子时： 电解电解0.05molCuCl2 再通过再通过0.1mol电子时：电子时： 电解电解0.1molNaCl 最后通过最后通过0.1mol电子时：电解电子时：电解0.05molH2O以等质量的铂棒和铜棒做电极，电解硫酸铜溶液，以等质量的铂棒和铜棒做电极，电解硫酸铜溶液，通电一段时间后，其中一极质量增加了通电一段时间后，

22、其中一极质量增加了a g,此时两此时两极的质量差为极的质量差为( )A.只能为只能为a gB.只能为只能为2a gC.可能为可能为a g，也可能为，也可能为2a gD.只可能为只可能为a /2 gC【能力训练【能力训练3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性的是（已知：氧化性Fe2Ni2Cu2）( )A 阳极发生还原反应，其电极反应式：阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22eNiB 电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和和Zn2D 电解后，电解槽底部的阳极泥中只有电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和和PtD【能力训练【能力训练4】电极性质电极性质电镀电镀电解精炼电解精炼电解应用电解应用氯碱工业氯碱工业概念概念电冶金电冶金电解池电解池纵向回顾纵向回顾应用应用原理原理概念概念放电顺序放电顺序作业：作业：同步能力训练The End