高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 電解池課件 新人教版選修4.ppt

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陽極：有氣泡，有刺激性氣味，并能使 濕潤的KI-淀 粉試紙變藍(lán)（Cl2),陰極：碳棒上有一層紅色的銅析出,現(xiàn)象？,1、電解：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。 2、電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。,3、電解池的構(gòu)成條件：,（1）外接直流電源,（2）兩個(gè)電極（可以相同，也可以不同） 惰性電極（石墨，Au，Pt），活性電極(除石墨，Au，Pt),（3）電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì),（4）形成閉合回路,一、電解池,1、分析下圖，哪個(gè)是原電池，哪個(gè)是電解池。,原電池：①③⑤,電解池：⑥⑦,一、電解池,關(guān)鍵,,2 Cl- - 2e- = Cl2↑ (氧化反應(yīng)),Cu2+ + 2e- = Cu (還原反應(yīng)),陰極吸引陽離子，陽離子得電子,e-,e-,陽極吸引陰離子，陰離子失電子,氧化性強(qiáng)的先得電子,還原性強(qiáng)的先失電子,陰極,陽極,,++++++++,++++++++,--------,--------,二、電解原理,二、電解原理,1、陰極：得到電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原 陽極：失去電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化 2、電解池中電荷移動(dòng)方向 （1）外電路 ①電子移動(dòng)方向：外接電源負(fù)極→陰極； 陽極→外接電源正極 ②電流方向：外接電源正極→負(fù)極 （2）內(nèi)電路：陰離子→陽極 陽離子→陰極,3、陰、陽極的判斷 （1）根據(jù)外接電源 陰極：與直流電源負(fù)極相連，得電子，所含元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng) 陽極：與直流電源正極相連，失電子，所含元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng) （2）根據(jù)離子定向移動(dòng) 陰離子→陽極 陽離子→陰極 （3）根據(jù)電極現(xiàn)象 質(zhì)量減少的電極一定為陽極 質(zhì)量增加的電極一定為陰極,特別提醒： 電解池的陰陽極取決于外接電源的正負(fù)極，與電極材料的金屬活動(dòng)性無關(guān)。,二、電解原理,①活性電極：金屬(除Pt、Au、石墨等)在陽極失去電子被氧化成陽離子進(jìn)入溶液，陰離子不容易在電極上放電。 ②惰性電極(Pt、Au、石墨等) ：由溶液中的陰離子放電，溶液中陰離子的放電順序（由易到難）：,S 2-SO32-I -Br -Cl -OH –(包括堿和水電離電離出的OH – ） NO3 -SO42-(等含氧酸根離子）F-,Ag+ Hg2+ Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（H2O）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ （只有熔融狀態(tài)才能放電） 注：當(dāng)離子濃度相差較大時(shí)，放電順序會(huì)發(fā)生變化,無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子，陽離子在陰極上放電順序（由易到難）：,（1）陽極：吸引陰離子,（2）陰極:吸引陽離子,二、電解原理,4、放電順序,小結(jié)：分析電解反應(yīng)的一般思路,判斷陽極材料,根據(jù)陽極氧化、陰極還原分析得出產(chǎn)物,判斷陰陽兩極附近離子種類 判斷陰、陽兩極離子的放電順序,,,先電離,后電解,1.若陽極是活性電極，陽極本身失去電子被氧化，若陽極是惰性電極，陰離子在陽極放電。,2.標(biāo)明條件：通電或電解。若電解的H+或OH-來自于H2O，在總方程式中要以H2O形式存在，不能書寫H+或OH-作為反應(yīng)物,1. 寫出用石墨電極電解硫酸銅溶液的電極反應(yīng)式及總離子反應(yīng)式,2. 寫出用銅作電極電解硫酸銅溶液的電極反應(yīng)式,陽極,4OH-－4e- = 2H2O+O2↑,陰極,2Cu2++4e- = 2Cu,總反應(yīng)式,陽極 ( Cu )：,陰極 ( Cu )：,Cu － 2e– ＝ Cu2+,Cu2+ + 2e– ＝ Cu,例題,2、以石墨為電極，電解下列物質(zhì)的水溶液，寫出有關(guān)電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)式 （1）① H2SO4 ②NaOH ③ Na2SO4 （2）④HCl ⑤ CuCl2 （3）⑥ NaCl （4）⑦ CuSO4,練習(xí),1. 寫出用銅作電極電解硫酸溶液的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式,陽極,Cu - 2e- == Cu2+,陰極,2H+ + 2e- == H2,總反應(yīng)式,注：當(dāng)離子濃度相差較大時(shí)，放電順序會(huì)發(fā)生變化,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,陰極 :4H ++ 4e- = 2H2 ↑,2H2O === 2H2 ↑+O2 ↑,通電,變大,變小,加H2O,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2↑,陰極 :4H ++ 4e- = 2H2 ↑,變大,變大,加H2O,2H2O == 2H2 ↑+O2 ↑,通電,（1）含氧酸,（1）強(qiáng)堿,1、惰性電極的電解,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,陰極:4H ++ 4e- = 2H2 ↑,變大,不變,加H2O,2H2O == 2H2 ↑+O2 ↑,通電,消耗H+或生成OH-的電極一定為陰極 消耗OH-或生成H+的電極一定為陽極,（1）活潑金屬含氧酸鹽,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,陽極: Cl-- 2e- = Cl2 ↑,陰極:2H ++ 2e- = H2 ↑,變小,變大,通入適量HCl,2HCl == H2 ↑+Cl2 ↑,通電,CuCl2 === Cu + Cl2 ↑,陽極 : 2Cl--2 e- =Cl2 ↑,陰極：Cu2++ 2e-=2Cu,變小,加適量CuCl2 晶體,電解,（2）無氧酸,（2）不活潑金屬的無氧酸鹽,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,陽極: 2Cl-- 2e- = Cl 2 ↑,陰極:2H ++ 2e- = H2 ↑,2NaCl+2H2O ====2NaOH+H2 ↑+Cl2 ↑,減小,增大,通入適量 HCl,2CuSO4+2H2O ===2Cu +O2↑+2H2SO4,陰極: 2Cu2++ 4e-=2Cu,減小,加適量CuO/CuCO3 固體,陽極 :4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,減小,電解,電解,（3）活潑金屬的無氧酸鹽,（4）不活潑金屬的含氧酸鹽,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,《全品·二輪復(fù)習(xí)》電解CuSO4溶液，加入堿式碳酸銅復(fù)原,2、非惰性電極的電解,（1）、用銅做電極電解電解AgNO3溶液，寫出電極反應(yīng)方程式及總反應(yīng)方程式。,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,2、用銅做電極電解電解稀H2SO4溶液，寫出電極反應(yīng)方程式及總反應(yīng)方程式。,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2Ag+ + 2e- = 2Ag,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2H+ + 2e- = H2,2、非惰性電極的電解,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,（3）、用銅做電極電解電解 Na2SO4溶液，寫出電極反應(yīng)方程式及總反應(yīng)方程式。,[拓展]、對比用惰性電極電解Na2SO4溶液的不同,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2H ++ 2e- = 2H2 ↑,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,陰極:4H ++ 4e- = 2H2 ↑,2H2O == 2H2 ↑+O2 ↑,通電,1、用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解, 下列說法正確的是（ ） A. 電解稀硫酸溶液, 實(shí)質(zhì)上是電解水, 故溶液pH不變 B. 電解稀氫氧化鈉溶液, 要消耗OH－，故溶液pH減小 C. 電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:2 D. 電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:1,D,2、用石墨作電極電解CuSO4和KCl的混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是（ ） A. H2，Cl2 B. Cu，Cl2 C. H2，O2 D. Cu，O2,B,練習(xí),3、下圖為電解水的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖, 閉合開關(guān)S后，觀察到電壓表的示數(shù)為6.0V，毫安表的示數(shù)為100 mA。 (1) 現(xiàn)只有一根石墨電極和一根鐵電極，該實(shí)驗(yàn)中, A極應(yīng)選擇____做電極，B極的電極反應(yīng)式為:,鐵,4OH－－4e－===2H2O＋O2↑,(2) 為了加快電解水的速率，有很多方法，其中可在水中加入某些電解質(zhì), 如____(填編號) A. Na2SO4 B. HCl C. CuSO4 D. NaCl,A,練習(xí),4、用質(zhì)量均為100g的銅做電極，電解AgNO3 溶液，一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差28g,此時(shí)兩電極質(zhì)量分別為（ ） 陽極93.6g ；陰極121.6g 陽極100g ； 陰極128g 陽極91.0g；陰極119.0g 陽極86.0g；陰極114.0g,A,三、電解質(zhì)溶液電解規(guī)律,練習(xí),1、根據(jù)得失電子守恒法：其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，兩極得失電子數(shù)相等。借助得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需的關(guān)系式。 2、根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式的計(jì)量關(guān)系列比例式計(jì)算。常見微粒間的計(jì)量關(guān)系式為：4e-～4H+～4OH-～4Cl-～4Ag+～2Cu2+～2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu～2H2O。,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,1、單一溶液的電解,（2）、用兩個(gè)惰性電極插入500mL CuSO4溶液中，通電電解。當(dāng)電極上析出固體質(zhì)量6.4g,（設(shè)陰極沒有氫氣逸出，且電解液體積變化可以忽略）生成氧氣體積為多少升？（標(biāo)況下）生成硫酸物質(zhì)的量濃度為多少？,（1）用石墨電極電解2L飽和NaCl溶液，當(dāng)電源供給0.2mol電子時(shí)，所得溶液中NaOH的濃度為_________。,0.1mol/L,1.12L,0.2mol/L,（1）、在100mL H2SO4和CuSO4的混合液中用石墨做電極電解，兩極均收集到2.24L氣體（標(biāo)況），則原混合液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為（ ） A. 1moL/L B. 2moL/L C. 3moL/L D. 4moL/L,陰極 Cu2++ 2e – = Cu 2H++ 2e – = H2 0.1mol 0.2mol 0.2mol 0.1mol 陽極 4OH– –4e – =2H2O+O2 0.4mol 0.1mol,[拓展]若全為CuSO4溶液呢？,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,2、混合溶液的電解,A,[拓展]、用石墨做電極電解一定濃度的CuSO4溶液，通電一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，則電解過程中共轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為（ ） A. 0.4mol B.0.5mol C.0.6mol D.0.8mol,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,2、混合溶液的電解,C,（2）將0.2moL AgNO3 、0.4moLCu(NO3)2、0.6moLKCl溶于水，配成100mL的溶液，用石墨做電極電解一段時(shí)間后，在一極析出0.3moLCu，此時(shí)在另一極收集到氣體體積為（標(biāo)況）（ ） A. 4.48L B. 5.6L C. 6.72L D. 7.84L,B,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,（3）、某混合溶液中只含有兩種溶質(zhì)NaCl和H2SO4，且n(NaCl):n(H2SO4)=3：1。若以石墨電極電解該溶液，下列推斷不正確的是（ ） A. 陰極產(chǎn)物為H2 B. 陽極先析出Cl2，后析出O2 C. 電解液的pH不斷增大，最終大于7 D. 整個(gè)電解的過程實(shí)質(zhì)是電解水,陰極： 2H+ + 2e – = H2 2mol 陽極 : 2Cl– – 2e – = Cl2 2mol,2H+ + 2e – = H2 1mol 2Cl– – 2e – = Cl2 1mol,4H+ + 4e – = 2H2 4OH- - 4e- = 2H2O + O2,D,（1）、把兩個(gè)電解槽串聯(lián)起來如下圖所示，電解一段時(shí)間后，銅陰極的質(zhì)量增加了0.192g,金屬X陰極質(zhì)量增加了0.195g,已知X的相對原子質(zhì)量為 65，求X離子所帶電荷數(shù)？,X的硫酸鹽,CuSO4,為X2+,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,3、串聯(lián)電路的電解,（2）、如右圖裝置，用惰性電極電解，通直流電一段時(shí)間后在a、b、c、d四個(gè)電極上析出物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為（ ） A．2∶2∶4∶1 B．1∶4∶2∶2 C．2∶2∶3∶1 D．4∶1∶2∶2,A,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,Cu,Cl2,O2,Ag,（3）如圖裝置，用惰性電極電解,一段時(shí)間后，若甲杯的陰極析出氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為0.448L時(shí)，則乙杯的陰極產(chǎn)物是_ __，質(zhì)量是_____g；丙杯的陽極產(chǎn)物是____，其物質(zhì)的量是_ ____mol。,Ag,4.32,O2,0.01,常用關(guān)系式： 4e-～ 4H+ ～ 2Br2 ～ 2Cl2 ～ O2 4e- ～ 2H2 ～ 2Cu ～ 4Ag ～ 4OH-,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,H2,Cl2,O2,Ag,O2,H2,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,（1）、單池判斷：有外加電源一定為電解池，無外加電源一般為原電池；,4、池型的判斷,X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。,--,+,陰極,陽極,陽極,陰極,（1）.用如圖所示的裝置進(jìn)行電解。A中盛有AgNO3溶液，B中盛有飽和Na2SO4溶液，通電一會(huì)兒，發(fā)現(xiàn)濕潤的淀粉KI試紙的C端變?yōu)樗{(lán)色。,① 電源的F端為_____極。 ② A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ____________________________ ③在B中觀察到的現(xiàn)象是 a.______________、 b.______________、 c.__________________。,正,石墨極有氣泡產(chǎn)生,Cu極周圍變藍(lán)色,溶液中有藍(lán)色沉淀生成,陽極,陰極,--,+,陰極,陽極,陰極,陽極,AgNO3,飽和Na2SO4,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,（2）、多池組合判斷： ①含有活潑性不同電極的池為原電池，含相同電極的池為電解池。,4、池型的判斷,Cu,原電池,,電解池,,,,,,,e-,e-,e-,e-,e-,e-,,,,②一般含最活潑金屬的池為原電池，其余都是在原電池帶動(dòng)下的電解池；若最活潑的電極相同時(shí)，則兩極間活潑性差別最大的是原電池，其余為電解池。,四、關(guān)于電解的基本計(jì)算方法,（1）. 鉛蓄電池工作原理為：Pb+PbO2+2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O ， ①研讀下圖，下列判斷不正確的是（ ）,A.K閉合時(shí)，d電極反應(yīng)式為PbSO4+2H2O-2e-=== PbO2+4H++SO42- B.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)， Ⅰ中消耗的H2SO4為0.2mol C.K閉合時(shí)，Ⅱ中SO42-向c極移動(dòng) D.K閉合一段時(shí)間后，可單獨(dú)作為原電池，d電極為正極,②當(dāng)用該電池電解CuSO4溶液時(shí)（均用惰性電極），陰極上析出銅32 g 時(shí)，蓄電池內(nèi)消耗H2SO4的物質(zhì)的量為＿＿＿mol.,C,1,（2）．如圖裝置 ①左邊燒杯為 _____ 裝置，右邊燒杯為_____裝置。 ②裝置中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？完成電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 ③當(dāng)Zn減輕0.65g時(shí)，左邊燒杯的碳棒增重____ g， ④右邊燒杯的左邊碳棒為_____極， 產(chǎn)生的氣體為_______ mol； ⑤右邊燒杯的右邊碳棒為_____極， 在標(biāo)況下產(chǎn)生的氣體為_______ mL。,四、關(guān)于電解的基本方法,原電池,電解池,0.64,陽,0.01,陰,224,五、電解原理的應(yīng)用,1.氯堿工業(yè)-電解飽和食鹽水 2.電鍍池 3.冶煉金屬 4.保護(hù)金屬,五、電解原理的應(yīng)用,1、氯堿工業(yè)——電解飽和食鹽水,陽極: 2Cl- - 2e- = Cl 2 ↑,陰極: 2H + + 2e- = H2 ↑,2NaCl+2H2O ====2NaOH+H2 +Cl2,電解,（1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽 ①電極：陽極：鈦；陰極：碳鋼（均為惰性電極） ②陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl－、OH－離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。 （2）離子交換膜的作用 ①防止氫氣和氯氣混合； ②避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。,陽極：鍍層金屬 陰極：待鍍金屬制品 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì),陽極：鍍層金屬（純銅板） 陰極：待鍍金屬制品 電鍍液：①含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)（硫酸銅溶液） ②電鍍液濃度基本不變,五、電解原理的應(yīng)用,2、電鍍（電鍍池）,（1）、電鍍銅,（2）、精煉銅,純銅,粗銅含雜質(zhì)(Zn Fe Ni Ag Au 等),陽極：,Zn - 2e- == Zn2+ Fe - 2e- == Fe2+ Ni - 2e- == Ni2+ Cu - 2e- == Cu2+,Zn Fe Ni Cu Ag Au,陰極: Cu2+ + 2e- == Cu,,陽極泥,思考：電解完后，陽極減少的質(zhì)量 和 陰極增加的質(zhì)量哪個(gè)大?CuSO4溶液的濃度有何變化？,CuSO4溶液,,五、電解原理的應(yīng)用,陽極：粗金屬（粗銅） 陰極：純金屬（精銅） 電鍍液：含有金屬離子的電解質(zhì),,五、電解原理的應(yīng)用,3、電解法冶煉金屬（離子化合物）,陽極：,2Cl - －2e- == Cl2↑,陰極：,2Na+ + 2e- == 2Na,總反應(yīng)：,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ↑,（1）、電解熔融狀態(tài)NaCl,（2）、電解熔融狀態(tài)Al2O3,陽極：,6O 2- －12e- = 3O2↑,陰極：,4Al 3+ + 12e- = 4Al,總反應(yīng)：,思考：能否用電解熔融狀態(tài)AlCl3制備Al,以石墨為電極，由于高溫，電極可能反應(yīng)產(chǎn)生CO2，CO。,五、電解原理的應(yīng)用,4、金屬防護(hù),外加電源的陰極保護(hù)法 被保護(hù)的金屬連接外接電源的負(fù)極，作為陰極,（1）、下列各情況中，F(xiàn)e片腐蝕由快到慢的順序是,,(5),(2),(1),(3),(4),規(guī)律：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕,