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1、专题专题1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化电解池池的工作原理及应用电解池池的工作原理及应用 动画模拟动画模拟一、电解原理一、电解原理1、电解原理、电解原理在外加在外加直流电源直流电源的作用下，电解质的的作用下，电解质的阴阳阴阳离子离子在阴阳在阴阳两极两极发生发生氧化还原反应氧化还原反应的过程，的过程，叫电解。叫电解。电流是发生氧化电流是发生氧化还原反应的根源、还原反应的根源、动力。动力。阴阳离子在做定向运动导电的同时，阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就在两极发生了氧化还原反应，生也就在两极发生了氧化还原反应，生成了新物质；成了新物质
2、；明明确确定义：定义：把把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置。的装置。组成：组成：两个电极、两个电极、电解质溶液、电解质溶液、直流电源直流电源电极电极阳极阳极：与外电源与外电源正极正极相连的电极，相连的电极，出出电子，电子，氧化氧化反应。反应。阴极阴极：与外电源与外电源负极负极相连的电极，相连的电极，进进电子，电子，还原还原反应。反应。电电解解池池2、电极材料电极材料惰性惰性电极：电极：C C、PtPt、AuAu等，不论做阴等，不论做阴极、阳极，极、阳极，本身都不反应。本身都不反应。活泼活泼电极：电极：FeFe、CuCu、AgAg等等,做做阴极阴极本身本身不反应不反应;做做阳极阳极，本身，
3、本身被被氧化氧化溶解。溶解。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电解电解PtPt熔融的氯熔融的氯化钠化钠思考如果电解熔融的氯化钠,电极反应式及总方程式?4.电解池电极反应规律（阳氧阴还）电解池电极反应规律（阳氧阴还）(1)(1)阴极：得电子，还原反应阴极：得电子，还原反应 电极本身不参加反应电极本身不参加反应 一定是电解质溶液中阳离子一定是电解质溶液中阳离子“争争”得电子得电子(2)(2)阳极：失电子，
4、氧化反应阳极：失电子，氧化反应 若为金属（非惰性）电极，电极失电子若为金属（非惰性）电极，电极失电子 若为惰性电极，电解质溶液中阴离子若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争争”失电子失电子 重重点点要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。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。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阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。叫放电。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人溶液，阴离子不容
5、易在电极上放成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。电。金属电极（除金属电极（除PtAu）S2-I-Br-Cl-OH-等含氧酸根离子等含氧酸根离子F-阳极：阳极：阴极阴极:无论是惰性电极还是活性电极都不参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与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。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：AgAg+HgHg2 2+CuCu2+2+HH+PbPb2+2+SnSn2+2+FeFe2+2+ZnZn2+2+AlAl3+3+MgMg2+2+NaNa+CaCa+KK+想一想想一想：若若以以铜为阳极铜为阳极,铁为阴极铁为阴极,
6、电解电解氯化铜溶液，情况又如何？氯化铜溶液，情况又如何？分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据阳极氧化阳极氧化，阴极还原阴极还原分析得出产物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思考思考如果用惰性电极电如果用惰性电极电解解Cu(NO3)2或或AgNO3溶液溶液呢呢?二、二、电极反应式、电解方程式的书写：电极反应式、电解方程式的书写：例：例：写出用石墨做电极电解写出用石墨做电极电解CuSOCuSO4 4溶液的电极溶液的电极反应式及总的电解方程式反应式及总的电解方程式1 1、方、方 法法 阴极：阴极：阳极：阳极：阴极：
7、阴极：阳极：阳极：4OH4eO2+2H2O2Cu2Cu2+2+4e4e2Cu2CuOHOH SOSO4 42 2H H+CuCu2+2+、首先分析、比较出阴阳极放电离子：、首先分析、比较出阴阳极放电离子：、首先分析、比较出阴阳极放电离子：、首先分析、比较出阴阳极放电离子：、然后写电极反应式、然后写电极反应式 ：CuSO4溶液溶液CC、最后使得失数相等，两极半反应相最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式加得总方程式；2CuSO2CuSO4 4+2H+2H2 2O O电解电解2Cu2CuO O2 2+2H+2H2 2SOSO4 4（电解化学方程式电解化学方程式）练习：练习：完成下列溶液的电极反
8、应式完成下列溶液的电极反应式和总方程式。和总方程式。(以石墨为电极电解以石墨为电极电解)CCCCNaCl溶液溶液AgNO3溶液溶液2、电解方程式书写规律、电解方程式书写规律1、分析离子、分析离子2、离子运动、离子运动3、放电顺序、放电顺序4、电极反应式、电极反应式5、总方程式、总方程式练习练习电解电解Cu(NO3)2、Na2SO4、MgCl2混合溶液，书写电极反应式与混合溶液，书写电极反应式与总方程式。总方程式。CC思考思考分析下面三个电解池的电极反应式分析下面三个电解池的电极反应式与总方程式与总方程式3、当电极为非惰性（、当电极为非惰性（Pt、C）电极时。）电极时。FeCFeFeCFeNaC
9、l溶液溶液NaCl溶液溶液NaCl溶液溶液结论结论金属电极金属电极 阴极：不受影响阴极：不受影响阳极：金属失电子阳极：金属失电子CuCuCuCu例例注意下面二个电极反应式注意下面二个电极反应式 及总方程式的书写及总方程式的书写CuSO4溶液溶液AgNO3溶液溶液1.1.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，
10、除E E、F F两极外，其余电两极外，其余电极均参加了反应极均参加了反应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B2.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。下下列说法正确的是列说法正确的是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 XYbPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC3.用铂电极电解下表中各组
11、物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在和两极，电极产物电极产物的物质的量之比为的物质的量之比为12的是的是甲乙ABCD甲KOHH2SO4Na2SO4CuSO4乙CuSO4AgNO3HClHNO3甲甲乙乙D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：电电解解类类型型举举 例例电电极反极反应应溶液溶液PH变变化化溶液复溶液复原方法原方法物物质类别质类别实实例例电电解水解水 电电解解电电解解质质 电电解解质质和水同和水同时电时电解解 含氧酸含氧酸H2SO4强强碱碱NaOH活活泼泼金属的金属的含氧酸含氧酸盐盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4O
12、H-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：4H+4e-=2H2减小减小增大增大不不变变H2O阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2增大增大HCl不活不活泼泼金属金属的无氧酸的无氧酸盐盐CuCl2阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：Cu2+2e-=Cu减少减少CuCl2活活泼泼金属的无氧金属的无氧酸酸盐盐（放（放氢氢碱）碱）NaCl阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2增大增大HCl不活不活泼泼金属的含氧金属的含氧酸酸盐盐（放氧生酸）（放氧生酸）CuSO4阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e-=2Cu减小减
13、小CuO装置原电池电解池实例原理形成条件电极名称电子流向电流方向电极反应能量转化应用发生自发氧化还原反应，从而形成电流发生自发氧化还原反应，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
14、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）正极：正极：2H+2e-=H2（还原原应）（还原原应）阳极：阳极：2CI-2e-=CI2 (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二、电解原理的应用
15、二、电解原理的应用1.电解食盐水电解食盐水思考思考:（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?这些离子的运动情况怎样？这些离子的运动情况怎样？（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？（的电极材料，为什么？（3）通电后，溶液）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？中的离子运动发生了什么变化？（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？什么离子？（5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？的产物是什么？怎样初步检验两极产物的生怎样初步
16、检验两极产物的生成成?现象：现象：阳极：有气泡产生，使湿阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉润的淀粉KI试纸试纸变蓝变蓝阴极：有气泡产生，滴加阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液酚酞溶液变红变红实验装置实验装置阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2通电通电电解饱和食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。电解饱和食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。（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
17、通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室，把电解槽隔成阴极室和阳极室。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，而影响氢，而影响氢氧化钠的产量。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+Cl2Cl2ClH2Na+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2.2.电镀电镀电镀：电
18、镀：电镀是利用电解原理在某些金属表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面镀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电电镀镀液液：含含有有镀镀层层金金属属离离子子的的电电解解质溶液。质溶液。溶液中溶液中CuSO4的浓度基本保持不变的浓度基本保持不变(1).(1).铜的电解精炼铜的电解精炼粗铜粗铜含杂质含杂质(ZnFeNiAgAu等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极：ZnZn2+2e-FeFe2+2e-NiNi2+2e-CuCu2+2e-ZnFeNiCuAgAu阴极阴极:Cu2+2e
19、-Cu阳极阳极泥泥CuSO4溶液溶液阳极泥阳极泥:相对不活泼相对不活泼的金属以单质的形式的金属以单质的形式沉积在电解槽底沉积在电解槽底,形形成阳极泥成阳极泥4、电冶金、电冶金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。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目的：使金属离子获得电子，还原为单目的：使金属离子获得电子，还原为单质质阳极：阳极：6O2-12 e-=3O2 阴极：阴极：4Al3+12e-=4Al冶炼铝冶炼铝通电通电总式：总式：2Al2O34Al+3O2原理原理:助熔剂：冰晶石（助熔剂：
20、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?CCCuCl2溶液溶液原电池电解池比较原电池电解池比较练习练习分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。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，铜片表面出现气泡中，铜片表面出现气泡B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面 出现一层
21、铁出现一层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几 滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快滴氯化铜溶液，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B2100mL浓度为浓度为2mol/L的盐酸跟过的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方不影响生成氢气的总量，可采用的方法是法是 （）。）。A加入适量的加入适量的6mol/L的盐酸的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液加入适量的氯化钠溶液B3用石墨作电极，电解用石
22、墨作电极，电解1mol/L下列物质的下列物质的溶液，溶液的溶液，溶液的PH值保持不变的是（值保持不变的是（）。）。AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl4下列关于铜电极的叙述，不正确的是下列关于铜电极的叙述，不正确的是 （）。）。A铜锌原电池中铜是正极铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，粗铜作阳极用电解法精炼粗铜时，粗铜作阳极 C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极时，铜作阳极C1.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？
23、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M+N2+=M2+N Pt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 N与与E有导线相连放入有导线相连放入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：PMNE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KMnO41.电解时电解时,应以应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会将会 ,2.阳极反应式为阳极反应式为 ,3.总电解
24、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 电解计算电解计算电子守恒法电子守恒法例一例一 ：铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合混合溶液溶液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)气体气体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物并确定析出铜的物质的量质的量.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
25、4OH-2mol,即产生即产生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 pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故还有故还有1mole-用于还原用于还原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol.例二例二：用石墨电极电解用石墨电极电解100mLH2SO4与与CuSO4的混合的混合液，通电一段时间后，两极均收集到液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气（标况）气体，则原混合液中体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/L
26、D.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A例三例三：某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量，式量为为242，将，将1.21g该晶体溶于水配成该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性溶液，用惰性电极进行电解。当有电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：。求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为（溶液体积仍为100mL）。）。Mx+xe-
27、=M0.005mol0.01mol0.32g所以：x=2；M=64；n=3产生H+为0.01mol，pH=11.1.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味味气气体体放放出出,符合这一情况的是符合这一情况的是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小结小结与电源正极相连与电源正极相连阳极阳极阴极阴极与电源负极相连与电源负极相连发生氧化反应发生氧化反应阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向发生还原反应发生还原反应1、电源、电极、电极反应关系、电源、电极、电极反应关系2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金祝同学们学习进步！祝同学们学习进步！再再 见见