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1、化学：化学：4.34.3电解池电解池课件课件（人教版高中选修四）（人教版高中选修四）1/12/2023第二节第二节 电解池电解池肥城六中肥城六中 高二化学组高二化学组1/12/2023已知：已知：1molNa1molNa在在氯气氯气中燃中燃烧烧放出放出411kJ411kJ的的热热量，量，试写试写出出该该反反应应的的热热化化学学方程式。方程式。金属钠是在金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在用于工业生产，约在1891年才获得成功。年才获得成功。1921年电解氯化钠年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
2、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，世界上钠的工业生产多应用，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少数仍沿用电解氢氧化钠的方法.电解是将电能转化为化学能的一种重要方法电解是将电能转化为化学能的一种重要方法1/12/2023一、一、电电解原理解原理（以（以电电解解氯氯化化钠为钠为例）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：有气泡，有阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使刺激性气味，并能使湿润的湿润的KI-淀淀
3、粉试纸粉试纸变变蓝蓝（Cl2)阴极：有金属钠析出阴极：有金属钠析出阴极阴极阳极阳极氯氯气气钠钠熔融熔融NaCl1/12/2023实验实验分析：分析：通通电电前：前：分析熔融分析熔融电电解解质质中的离子情中的离子情况况 阳阳离子离子：NaNa+阴阴离子离子：ClCl-做无做无规则运动规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电）（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1/12/2023（2 2）判）判断电极产断电极产物物并书写电极并书写电极反反应应:阳阳离子移向离子移向阴极阴极放放电电，阴阴离子
4、移向离子移向阳极阳极放放电电 阳极阳极：2Cl2Cl-ClCl2 2 +2e2e-氧化反氧化反应应 阴极阴极：2Na2Na+2e+2e-2Na2Na 还还原反原反应应总总式：式：2NaCl2Na+Cl2通电1/12/2023电解电解:使使电流电流通过通过熔融电解质熔融电解质(电解质溶液电解质溶液)而而在在阴阳两极阴阳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
5、，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 (4)(4)形成闭合回路。形成闭合回路。1/12/2023电子的流向电子的流向:电电子子从从外加外加电电源的源的负极负极流出，流到流出，流到电电解池的解池的阴极阴极，再再从从阳极阳极流回流回电电源源正正极极。（注：。（注：电电子只在外子只在外电电路定向移路定向移动动，不能不能从从溶液中移溶液中移动动）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
6、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，如：铝、锌、铁、铜等）活性电极（除铂、金外的金属，如：铝、锌、铁、铜等）：既可以导电、又可以参与电极反应。既可以导电、又可以参与电极反应。1/12/2023电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。在电解质溶液中进行。以以电电解解氯氯化化铜铜为为例例实验：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：阴极：碳棒上有一层红色的铜析出阴极：碳棒上有一层红色的铜
7、析出阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使 湿湿润的润的KI-淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝(Cl2)1/12/2023实验实验分析：分析：通通电电前：前：分析分析电电解解质质溶液中的离子情溶液中的离子情况况 阳阳离子离子：H H+、CuCu2+2+阴阴离子离子：OHOH-、ClCl-做无做无规则运动规则运动通电后：通电后：（必须直流电）（必须直流电）（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1/12/2023（3 3）判）判断电极产断电极产物物并书写电极并书写电极反反应应:阳
8、阳离子移向离子移向阴极阴极放放电电，阴阴离子移向离子移向阳极阳极放放电电 阳极阳极：2Cl2Cl-ClCl2 2 +2e2e-氧化反氧化反应应 阴极阴极：CuCu2+2+2e+2e-Cu Cu 还还原反原反应应总总式：式：（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：Cu2+H+阴离子阴离子：Cl-OH-（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：CuCl2Cu+Cl2电解氯化铜溶液浓度降低氯化铜溶液浓度降低1/12/2023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放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。活性材料作电极时：活性
9、材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成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。阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。（如：铝、锌、铁、铜等）（如：铝、锌、铁、铜等）用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等石墨、钛等)时：时：溶液中阴离溶液中阴离子的放电顺序（由易到难）是：子的放电顺序（由易到难）是：S S 2-2-SOSO3 32-2-II-BrBr-ClCl-OHOH-NONO33-SOSO4 42-2-(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）FF-AgAgAgAg+FeFeFeFe3+3+3+3+CuCuCuCu2+2+
10、2+2+HHHH+PbPbPbPb2+2+2+2+SnSnSnSn2+2+2+2+FeFeFeFe2+2+2+2+ZnZnZnZn2+2+2+2+AlAlAlAl3+3+3+3+MgMgMgMg2+2+2+2+NaNaNaNa+CaCaCaCa+KKKK+电极本身无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反电极本身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。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：阳离子在阴极上放电顺序是：阳极：阳极：阴极阴极:1/12/2023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CuCl
11、2阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：Cu2+2e-=2Cu减小减小减减小小CuCl2CuCl2溶液溶液CuCl2Cu+Cl2电解1/12/2023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PH值值复原复原Na2SO4实例实例电极反应电极反应浓度浓度PH值值复原复原Na2SO4阳极阳极:4OH-4e-2H2O+O2阴极阴极:4H+4e-2H2变大变大不不变变加加H2ONa2SO4溶液溶液2H2O2H2+O2电解1/12/2023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-Cl2阴极阴极:2H+2
12、e-H22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2电解减小减小增增大大加加HClNaCl溶液溶液1/12/2023实实例例电极电极反反应应浓浓度度PHPH值值复复原原CuSOCuSO4 4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+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解1/12/20231.1.如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有关叙对该装置的有关叙述正确的是述正确的是A.PA.P是电源的正极是电源的正极B.FB.F极上发生的反应为：极上发
13、生的反应为：4OH4OH-4e-4e-=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，其余电极两极外，其余电极均参加了反应均参加了反应D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变B1/12/20232.为为下下图图所所示示装装置置中中，a、b都都是是惰惰性性电电极极，通通电电一一段段时时间间后后，b极极附附近近溶溶液液呈呈红红色色。下下列列说说法正确的是法正确的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH
14、值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a XY bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC1/12/20231/12/2023（2 2）对该装置的有关叙述正确的是）对该装置的有关叙述正确的是A.PA.P是电源的正极是电源的正极B.FB.F极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH-4e-4e-=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，两极外，其余电极均参其余电极均参 加了反应加了反应D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶
15、液的PHPH不变不变B巩固练习巩固练习1如图所示：如图所示：通电后通电后A极上析出极上析出Ag(1)判断电源以及甲、判断电源以及甲、乙、丙三池中的电极乙、丙三池中的电极名称，并分别书写电名称，并分别书写电极反应式极反应式1/12/2023二、二、电电解原理的解原理的应应用用1/12/2023电电解解饱饱和食和食盐盐水反水反应应原理原理思考思考:（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，会有若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象什么现象?（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
16、产生这种现象的原因。的原因。在在U U型管里装入型管里装入饱饱和食和食盐盐水，用水，用一根一根碳碳棒作棒作阳极阳极，一根，一根铁铁棒作棒作阴阴极极。接通直流。接通直流电电源源实验装置实验装置1/12/20231.1.电电解食解食盐盐水水现现象：象：阳极阳极：有：有气气泡泡产产生，使生，使湿润湿润的淀粉的淀粉KIKI溶液溶液变蓝变蓝阴极阴极：有：有气气泡泡产产生，滴加生，滴加酚酚酞酞溶液溶液变红变红阳极：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1/12/2023（1 1）生）生产设备
17、产设备名名称称：离子交：离子交换换膜膜电电解槽解槽阴极阴极：碳钢碳钢 阳极阳极：钛钛阳阳离子交离子交换换膜：只允膜：只允许阳许阳离子通离子通过过(ClCl、OHOH离子和离子和气气体不体不能通能通过过)，把，把电电解槽隔成解槽隔成阴极阴极室和室和阳极阳极室。室。（2 2）离子交）离子交换换膜的作用：膜的作用：a a、防止、防止氢气氢气和和氯气氯气混合而引起爆炸；混合而引起爆炸；b b、避免、避免氯气氯气和和氢氧氢氧化化钠钠反反应应生成生成 ，而影，而影响氢氧响氢氧化化钠钠的的产产量。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1/12/2023+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH
18、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1/12/20232.2.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），这种粗铜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能力。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
19、粗铜铜含杂质含杂质(ZnFeNiAgAu等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极：ZnZn2+2e-FeFe2+2e-NiNi2+2e-CuCu2+2e-ZnFeNiCu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AgAuPt1/12/20233.3.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金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。的过程，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加美电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力观耐用，
20、增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，。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。防止钢铁发生腐蚀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、铜、铬、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。镍等。电镀：电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上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电镀液：含有镀层金属离
21、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1/12/2023电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电电解池解池电电解精解精炼炼池池电镀电镀池池定定义义形成形成条件条件电电极极名称名称电电极极反反应应将将电电能能转变转变成化学能成化学能的装置。的装置。应应用用电电解原理在某些解原理在某些金属表面金属表面镀镀上一上一层层其其它金属的装置。它金属的装置。两两电电极接直流极接直流电电源源电电极插人极插人电电解解质质溶液溶液形成形成闭闭合回路合回路镀层镀层金属接金属接电电源正极源正极待待镀镀金属接金属接电
22、电源源负负极极电镀电镀液液须须含有含有镀层镀层金金属的离子属的离子阳极：阳极：电电源正极相源正极相连连阴极：阴极：电电源源负负极相极相连连阳极：阳极：镀层镀层金属；金属；阴极：阴极：镀镀件件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：阴极：还还原反原反应应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应应用用电电解原理将不解原理将不纯纯的金属提的金属提纯纯的装置。的装置。不不纯纯金属接金属接电电源正极源正极纯纯的金属接的金属接电电源源负负极极电电解解质质溶液溶液须须待提待提纯纯金属的离子金属的离子阳极：不阳极：不纯纯金属；金属；阴极：阴极：纯纯金属金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应
23、阴极：还原反应1/12/20231.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-1/12/2023 电电解解计计算算电电子守恒法子守恒法例一例一 ：铂电极电铂电极电解解1LCu(NO1LCu(NO3 3)2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液,通通电电一段一段时间时间,两极两极均均产产生生11.2L(S.T.P)11.2L(S.T.P)气气体体.求求电电解后溶液的解后溶液的C(HC(H+),
24、),并并确定析出确定析出铜铜的物的物质质的的量量.解析：阳极解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极 Cu2+2e-=Cu 2H+2e-=H2 阳极转移电子的物质的量为阳极转移电子的物质的量为:0.54=2mol,消耗消耗4OH-2mol,即即产生产生H+2mol.阴极生成阴极生成0.5molH2,消耗消耗H+1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1mol/L 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 mol2=1mol,故故还有还有1mole-用于还原用于还原Cu2+,可可析出铜为析出铜为0.5mol.1/12/2023O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：
25、关系式：例二例二：用石墨电极电解用石墨电极电解100mLH2SO4与与CuSO4的混合液，的混合液，通电一段时间后，两极均收集到通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则标况）气体，则原混合液中原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A1/12/20231.1.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
26、无无臭臭气气体体放放出出,符符合合这一情况的这一情况的A 练练 习习1/12/20232.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A AB BC CD D阳极阳极石墨石墨CuCuCuCuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FeFePtPt电电解液解液CuSOCuSO4 4溶液溶液NaNa2 2SOSO
27、4 4溶液溶液H H2 2SOSO4 4溶液溶液H H2 2O OB1/12/20233.3.在如下的装置中在如下的装置中进进行行电电解，解，并并已知已知铁极铁极的的质质量量减减小小11.211.2克。克。（1 1）A A是是电电源的源的 极极（2 2）电电解解过过程中，程中，电电路中通路中通过过 摩摩电电子子（3 3）AgAg极极的的电极电极反反应应是是 ；析出物；析出物质质是是 克克（4 4）Cu(aCu(a)的的电极电极反反应应是是 ；（5 5）Cu(bCu(b)的的电极电极反反应应是是 。1/12/20234.4.按下按下图图的装置的装置进进行行电电解解实验实验：A A极极是是铜锌铜锌合金，合金，B B极为纯铜极为纯铜，电电解解质质中含有足量的中含有足量的铜铜离子。通离子。通电电一段一段时间时间后，若后，若A A极极恰好全部溶恰好全部溶解，此解，此时时B B极质极质量增加量增加7.687.68克，溶液克，溶液质质量增加量增加0.030.03克，克，则则A A合金合金中中CuCu、ZnZn原子原子个数个数比比为为A 4A 41 B 31 B 31 C 21 C 21 D 1 D 任意比任意比1/12/2023