人教版选修四高中化学4-3-电解池（共36张PPT）

(共36张PPT)
第四章第三节
电解池
【思考】电解质溶液的导电跟金属的导电原理是否相同？
溶液：水合离子的定向移动
金属：自由电子的定向移动
【思考】电解质溶液与金属间如何传递电荷？（以原电池为例）
物质在电极得失电子→发生氧化还原反应
现象：
①电流表指针发生偏转
②与电源正极相连的电极上有气泡析出，有刺激性气味，使润湿的白色的KI淀粉试纸变蓝；
与电源负极相连的电极上有红色物质析出。
③一段时间后，溶液颜色变浅
【演示实验】氯化铜溶液的导电性实验
电解质溶液导电过程就是电解质溶液的电解过程
电解氯化铜溶液微观模拟
一、电解池及其工作原理
1.电解：
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
电解池：
电能转化为化学能的装置。
2.
形成电解池的条件
⑴直流电源及与电源相连的两个电极
⑵电解质溶液或熔融的离子化合物
⑶内外电路形成闭合回路
阴极：
与电源负极相连，电子流入，发生还原反应
阳极：
与电源正极相连，电子流出，发生氧化反应
隋性电极：
只导电,不参与氧化还原反应(例如：C、Pt、Au)
活性电极：
既导电又参与氧化还原反应（优于溶液中的离子）
一般为除了Au、Pt外的金属材料
3.
电极反应和电解总反应
(
阳氧阴还
)
阳极：2Cl-
-
2e=Cl2↑
(氧化）
阴极：Cu2++2e=Cu
(还原）
电解CuCl2水溶液时，向阳极迁移的离子有哪些？为何阳极是Cl-放电；向阴极迁移的离子有哪些？为何放电的是Cu2+。电解时离子放电有何规律
？
思考：
4.
电解时溶液中离子放电顺序
（1）阴极:
阳离子放电，得电子能力强的先放电
（2）阳极:
②阳极是惰性电极：阴离子放电，失电子能力强的先放电
S2－＞I－＞Br－＞Cl－
＞OH－＞最高价含氧酸根离子＞F-
①若阳极是活性电极：电极材料失电子。
Ag+＞
Hg2+
＞
Fe3+
＞Cu2+＞
H+
>Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+
＞(H+)
酸性溶液中
水溶液中只考虑这部分
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
中性及碱性溶液中
课堂练习1：
如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是：
A.
逸出气体的体积a电极的小于b电极的
B.
一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C.
a电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色
D.
a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色
分析电解反应的一般思路：
明确溶液中存在哪些离子
根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物
确定阴阳两极及反应离子
二
(2)写出电极反应式
Cu(Ⅰ)
。
Cu(Ⅱ)
。
(1)写出直流电源的电极名称
a:
。
(3)总反应方程式
课堂练习2：
练习
二
用惰性电极电解下列各组溶液，试写出电极反应式和总反应式。
第1组：H2SO4溶液、
NaOH溶液、NaNO3溶液
第2组：盐酸、饱和ZnCl2溶液
第3组：CuSO4溶液、AgNO3溶液
第4组：NaCl溶液、KI溶液
练习：
电解一段时间后，
判断溶液的质量分数将如何变化?
溶液的PH值将如何变化?
加入什么物质可以使电解质溶液恢复到电解前?
（1）电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3
NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：
电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。
电解水型！
二、电解规律的讨论：(用惰性电极电解时)
⑵
电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的
无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。
如电解盐酸、CuCl2溶液等时
电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(加入一定量的HCl气体、CuCl2固体)
电解盐酸
电解溶质型！
⑶
电解不活泼金属的含氧酸盐溶液时，电解质
和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、
AgNO3溶液等。
电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。
电解CuSO4溶液
放氧生酸型！
⑷
电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和
水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。
电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的无氧酸（HCl）。
电解NaCl溶液
放氢生碱型！
课后练习：
从NO3—、SO42—、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl—、Na+、OH—等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。
⑴两极分别放出H2和O2，电解质的化学式可能是
；
⑵若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能为
；
⑶两极分别放出气体，且体积比为1：1，电解质的化学式可能是
。
练习
基础练习
课后练习：
从NO3—、SO42—、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl—、Na+、OH—等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。
⑴两极分别放出H2和O2，电解质的化学式可能是
；
⑵若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能为
；
⑶两极分别放出气体，且体积比为1：1，电解质的化学式可能是
。
(4)电解一段时间后，溶液的PH增大，
(不考虑盐的水解)，电解质的化学式可能是
；
(5)若采用铜为阳极，铁为阴极，电解质的物质的量浓度不变（不考虑水解和溶液的体积变化），电解质的化学式可能为
；
练习
基础练习
小结：
3.
恢复电解质溶液到电解前
①
阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。
②
阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。
2.
讨论电解一段时间后，溶液中的pH变化(不考虑盐的水解)：
讨论电解池放电过程中电极区域PH值的变化：
①电解过程中,只产生H2，
pH
。
②电解过程中,只产生O2，pH
。
③电解过程中,既产生H2，又产生O2：
则原溶液呈酸性的pH
;
b.原溶液呈碱性的pH
;
c.
原溶液呈中性的pH
。
④电解过程中,
无H2和O2产生,
pH几乎不变.
变小
变大
变小
变大
不变.
练习
基础练习
三、电解的应用
1.
电解饱和食盐水-----氯碱工业
（1）氯碱工业的反应原理
阳极
：
2Cl
－－
2e－＝Cl2↑
阴极
：
2H+
+2e－＝
H2
↑
Cl2
Cl—
H2
H+
OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
阳离子交换膜
（只允许阳离子通过）
三、电解的应用
1.
电解饱和食盐水-----氯碱工业
（1）氯碱工业的反应原理
阳极
：
2Cl
－－
2e－＝Cl2↑
阴极
：
2H+
+2e－＝
H2
↑
（2）阳离子交换膜的作用（只允许阳离子通过）
把电解槽隔成阴极室和阳极室，
防止氯气和氢气混合而引起爆炸，
避免氯气与氢氧化钠反应影响氢氧化钠的质量。
镀层金属——阳极
镀件——阴极
含镀层金属阳离子的溶液作电解液
3.
电镀
电镀是应用电解原理在金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。
（3）电镀装置（电镀池）的组成
阳极参加反应的电解
电镀过程中电解质溶液的成分和浓度基本保持不变。
阳极(纯铜)：Cu-2e-
=Cu2+
（2）镀铜反应原理
总反应：Cu
+
Cu2+==
Cu2++Cu
阴极(镀件)：Cu2++2e-=Cu
（4）电镀的特点
练习：设计电镀池完成给铁镀锌。
（1）概念：
镀件
含镀层金属阳离子的盐溶液
镀层金属
2.
铜的电解精炼
（1）粗铜所含的杂质:
Zn、Fe、Ni、Ag、Au等
（2）粗铜的精炼
粗铜——阳极
纯铜——阴极
CuSO4溶液为电解液进行电解。
阳极：
阴极：
Cu2+
+2e－＝Cu
Zn:
Fe
:
Ni
:
Cu:
Ag
Au
Zn
–
2e–
=
Zn2+
Fe
–
2e–
=
Fe2+
Ni
–
2e–
=
Ni2+
Cu
–
2e–
=
Cu2+
阳极泥↓
（3）电解精炼铜原理（总结）
①粗铜的溶解与纯铜的生成：
阳极（粗铜）：Cu
－2e-
=
Cu2+
阴极（纯铜）：
Cu2+
+
2e-
=
Cu
②粗铜中比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；
③粗铜中比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质
沉积形成阳极泥；
④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略变小）；
4.电冶金
冶炼活泼金属
K
~~
Al
AlCl3
？
MgO
？
结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，
是最强有力的氧化还原的手段。
电解熔融NaCl制取Na
原电池与电解池的比较:
电能转化为化学能
阳极（接电源正极）
阴极（接电源负极）
阴离子向阳极迁移
阳离子向阴极迁移
化学能转化为电能
负极
正极
阴离子向负极迁移
阳离子向正极迁移
都是氧化还原反应
练习
电解池
能量转换
离子的迁移方向
发生氧化反应的电极
发生还原反应的电极
原电池
相同点
(从原理分析)
例.
某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3:1。用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是
A.
阴极自始至终只析出H2
B.
阳极先析出Cl2，后析出O2
C.
电解最后阶段为电解水
D.
溶液pH不断增大，最后为7
三
四、几个相关问题
1.电解质溶液为混合物
变式：
用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500
mL，经过一段时间后，两极均得到标准状况下11.2
L
的气体，则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为
A.
0.5
mol
/L
B.
0.8
mol
/L
C.
1.0
mol
/L
D.
1.5
mol
/L
例题：
如图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是?
A.
P是电源的正极
B.
F极上发生的反应为：4OH-
-
4e-=2H2O+O2↑
C.
电解时，甲、乙、丙三池中，除E、F两极外，其余电极均参加了反应
D.
通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变
?
2.
多个电解池串联
三
三
判断下列装置为原电池还是电解池，写出各装置中的电极反应和总反应。
①
②
③
④
⑤
⑥
例题：如右图所示，下列叙述正确的是
A
Y为阴极，发生还原反应
B
X为正极，发生氧化反应
C
Y与滤纸接触处有氧气生成
D
X为滤纸接触处变红
3.
原电池与电解池串联
KI—淀粉溶液
例：
用两支惰性电极插入500mLCuNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极增加的质量大约是：
A.
16mg
B.
32mg
C.
64mg
D.
128mg
4.利用得、失电子守恒的计算
三
基础练习
1.某同学为了使反应2HCl
+2
Ag
AgCl↓+H2↑能进行，设计了下列四个实验，如下图所示，你认为可行的方案是：
课堂练习：
三
2．（08上海卷改编）取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现b电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。
（1）a电极的电极名称是
；
a电极附近溶液的pH
（填“变大”、“变小”、或“不变”）；若有0.02mol电子流入电源正极，理论上a极可产生
mol气体。
（2）b极的电极反应式为：
；内圈为白色的原因是（用离子方程式表达）：
。
三
3.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是：
课堂练习：
三
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3
4.如图所示装置，电极a、b分别为Ag和Pt，电极c、d为石墨。通电一段时间后，在c、d上共收集到336mL（标况）气体。回答：
课堂练习：
（1）直流电源中，M为
极；
（2）Pt电极上生成的物质是
，质量为
g；
（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c分别生成的物质的物质的量之比为2：
：
：
；
（4）AgNO3溶液的浓度
其PH比电解前
（变大、变小或不变）；
H2SO4溶液的浓度
其PH比电解前
（变大、变小或不变）；
（5）若H2SO4的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸
g。
铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：
Pb+PbO2+4H++2SO42-
请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：
（1）放电时：正极的电极反应式是________________；电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1
mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。
2PbSO4+2H2O
电解规律（惰性电极）小结：
阳极：S2-
>
I-
>
Br-
>
Cl-
>
OH-
>
含氧酸根
>
F-
Ⅰ与Ⅲ区：电解电解质本身型
如CuCl2
、HCl
Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型
如NaCl
Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型
如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区：电解水型
如Na2SO4、H2SO4
、NaOH
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>…>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+
5.在浸泡过碘化钾溶液和
淀粉溶液的滤纸上，接上电源（如图）。
通电后，发现在A处出现蓝色。
（1）请写出A、B处的电极方程式和写出总反应
A：
，
B：
，
总反应：
。
（2）若有0.02mol电子流入电源正极，
理论上可产生
molH2。