人教版选修四高中化学第三节 电解池 两课时课件(73张PPT)

(共73张PPT)
第四章
电化学基础
第三节
电解池
（共二课时）
第一课时
有关电解
“1799年，当意大利人发明了最原始的电池——伏打电池之后，许多科学家对电产生了浓厚的兴趣，电给世界带来了太多的不可思议，好奇心驱使着人们去进行各种尝试，想看看它还能否出现什么奇特的现象。1807年，当英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时，奇迹终于发生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起了轰动。他随后用电解法又相继发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素，戴维成为发现化学元素最多的人。这其中的奥妙是什么呢？电解时，物质的变化是如何发生的呢？……”
电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。
一、电解原理（以电解熔融氯化钠为例）
实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠
现象：
阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝（Cl2)
阴极：有金属钠析出
阴极
阳极
氯
气
钠
熔融NaCl
☆实验分析：
通电前：分析熔融电解质中的离子情况
阳离子：Na+
阴离子：Cl-
——做无规则运动
通电后：（必须直流电）
（1）确定电极名称：
阳极（接电源正极）
阴极（接电源负极）
（2）判断电极产物并书写电极反应:
阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电
阳极：2Cl--2e-
=Cl2↑
氧化反应
阴极：2Na+
+2e-=2Na
还原反应
总式：
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:借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。
★构成条件:
(1)外加直流电源
(2)与电源相连的两个电极：
接电源正极的为阳极，发生氧化反应
接电源负极的为阴极，发生还原反应
(3)电解质溶液或熔融的电解质
(4)闭合回路
电子的流向:电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。
离子定向移动的方向:
阳离子向
阴极移动,
阴离子向
阳极移动.
惰性电极与活性电极：
惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅导电，不参与反应
活性电极（除铂、金外的金属）：既可以导电、又可以参与电极反应
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。
以电解氯化铜为例
实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液
现象：
阳极：有气泡，有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝（Cl2)
阴极：碳棒上有一层红色的铜析出
阴极
阳极
氯
气
铜
CuCl2溶液
实验分析：
通电前：分析电解质溶液中的离子情况
阳离子：H+、Cu2+
阴离子：OH-、Cl-
——做无规则运动
通电后：（必须直流电）
（1）确定电极名称：
阳极（接电源正极）
阴极（接电源负极）
电解氯化铜溶液微观模拟
（3）判断电极产物并书写电极反应:
阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电
阳极：
2Cl--2e-
=Cl2↑
氧化反应
阴极：
Cu2++2e-
=Cu
还原反应
总式：
（2）判断离子的放电顺序：
阳离子：Cu2+>H+
阴离子：Cl->OH-
（4）分析电解质溶液的变化情况：
CuCl2溶液浓度降低
★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。
①活性材料作电极时：
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。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：
金属电极>
S
2->SO32->I
->Br
->Cl
->OH
->(含氧酸根离子）>F-
阳极：
Ag+>Fe3+
>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)>
Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+（前提：离子浓度近似相等时）
注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）
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。阳离子在阴极上放电顺序是：
阴极:
1.分析溶液中存在的所有离子（包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。
2.根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电极反应式。（注意得失电子守恒）
3.由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（弱电解质的须保持分子形式）
写电极反应方法小结：
[例]以石墨碳棒为电极，请写出电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。
CuSO4溶液:
想一想、做一做
阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2↑
或(4H2O
4H++4OH-)
阴极：2Cu2+
+4e-＝2Cu
电解
总反应式：2Cu2++2H2O＝Cu+O2↑+4H+
想一想，H+应该在哪一极生成？
[例]以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时,在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。
(1)NaCl溶液:
(2)CuSO4溶液:
想一想、做一做
阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2↑
或(4H2O
4H++4OH-)
阴极：2Cu2+
+4e-＝2Cu
电解
总反应式：2Cu2++2H2O＝Cu+O2↑+4H+
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
阴极：2H++2e-=H2↑
或(2H2O
2H++2OH-)
总反应方程式：2Cl-+2H2O
==
Cl2↑+H2↑+2OH-
电解
想一想，H+应该在哪一极生成？
OH-在哪一极？
↑
通电
电解质溶于水或受热融化状态
电解质电离后，再通直流电
电解质电离成为自由移动的离子例：CuCl2=Cu2++2Cl-
阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：
CuCl2==Cu+Cl2
只产生自由移动的离子
发生氧化还原反应生成了新物质
电解必须建立在电离的基础上
电　离
电　解
条件
过
程
特点
联系
电解池与原电池异同：
①两电极接直流电源
②电解质溶液
③形成闭合回路
①活泼性不同的两电极
②电解质溶液
③形成闭合回路
④自发氧化还原反应
形成条件
将电能
转变成化学能的装置
将化学能
转变成电能的装置
定义
装置
实例
电解池
原电池
装置
电解池与原电池异同(续)
电源负极→电解池阴极电解池阳极→电源正极
电子
流向
阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子
阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子
负极：氧化反应，金属失电子
正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子
电极
反应
阳极：与电源正极相连
阴极：与电源负极相连
负极：较活泼金属
正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）
电极
名称
电解池
原电池
装置
二、电解规律(用惰性电极电解时)
阴极
阳极
氯
气
铜
阳极：2Cl--2
e-
=Cl2↑
阴极：Cu2++
2e-=2Cu↓
减小
变大
CuCl2
CuCl2溶液
1、电解电解质型
阳极
阴极
氧气
氢
气
阳极:
4OH-
-4e-
=
2H2O+O2↑
阴极:
4H
++
4e-
=
2H2
↑
变大
不
变
加H2O
Na2SO4溶液
2H2O
2H2↑
+O2↑
2、电解水型
阳极
阴极
氯气
氢
气
阳极:
2Cl--2e-
=Cl2↑
阴极:
2H
++
2e-
=H2
↑
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2
↑
+
Cl2
↑
减小
增
大
加
HCl
NaCl溶液
3、放氢生碱型
阳极
阴极
氧
气
铜
阳极:
4OH-
-
4e-
=
2H2O+O2↑
阴极：2Cu2++
4e-
=2Cu
减小
减小
加
CuO
CuSO4溶液
4、放氧生酸型
实例
电极反应
浓度
pH
复原
CuSO4
电解质溶液电解时各种变化小结
加CuO
减小
产生新电解质
电解质和水
CuSO4
放O2生酸型
加HCl
增大
产生新电解质
电解质和水
NaCl
放H2生碱型
加CuCl2
增大
减小
电解质
CuCl2
加HCl
增大
减小
电解质
HCl
分解电解质型
加H2O
不变
增大
水
Na2SO4
加H2O
减小
增大
水
H2SO4
加H2O
增大
增大
水
NaOH
电解水型
电解质溶液复原
pH值
电解质
浓度
电解
对象
实例
类型
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+
1.写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液pH的变化。
巩固练习
2.如上图所示，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
?
B
3.在下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是
A．X是正极，Y是负极
B．X是负极，Y是正极
C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小
D．CuSO4溶液的PH值不变
AC
4.用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，
通电电解。当电解液的pH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)，电极上析出银的质量大约是：
A、27mg
B、54mg
C、108mg
D、216mg
B
第四章
电化学基础
第三节
电解池
第二课时
三、电解原理的应用
电解饱和食盐水反应原理
在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源
思考:
（1）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，会有什么现象?
（2）怎样初步检验两极产物的生成?
（3）结合教材，分析产生这种现象的原因。
1.电解食盐水
现象：
阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉－KI溶液变蓝
阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红
阳极：2Cl--2e-
=Cl2↑
阴极：2H++2e-
=H2↑
总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑
(条件:通电)
（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽
阴极：碳钢
阳极：钛
阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。
（2）离子交换膜的作用：
a、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
，而影响氢氧化钠的产量。
补充：氯碱工业:离子交换膜法制烧碱
Cl2
Cl2
Cl—
H2
H+
OH—
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
离子交换膜
阳极室
阴极室
粗盐的成份：
泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜
精制食盐水
杂质的除去过程：
粗盐水
含少量Ca2+.Mg2+
精制盐水
2.铜的电解精炼
粗铜
含杂质(Zn
Fe
Ni
Ag
Au
等)
纯铜
粗铜
阳极：
Zn→
Zn2+＋2e-
Fe
→
Fe2+＋2e-
Ni
→
Ni2+＋2e-
Cu→
Cu2+＋2e-
Zn
Fe
Ni
CuAg
Au
阴极:
Cu2+
+
2e-
→
Cu
阳极泥
问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
CuSO4溶液
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的过程，
①电极：
阳极——镀层金属
或惰性电极
阴极——待镀金属制品(镀件)
②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。
溶液中CuSO4的浓度保持不变或变小
4.电冶金-冶炼钠
制取金属钠
电解熔融状态的氯化钠。
阳极：
2Cl
-
－2e-
==
Cl2↑
阴极：
2Na+
+
2e-
==
2Na
总反应：
电解熔融氯化钠制钠
4.电冶金-冶炼铝
阳极：6O2--12
e-
=3O2↑
阴极：4Al3+
+
12e-
=4Al
原理:
助熔剂：冰晶石（Na3AlF6
六氟合铝酸钠）
阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充
思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?
冶炼铝设备图
烟罩
电解池、电解精炼池、电镀池的比较
将电能转变成化学能的装置。
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。
①两电极接直流电源
②电极插人电解质溶液
③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连
阳极：镀层金属；
阴极：镀件
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。
①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极
②电解质溶液须待提纯金属的离子
阳极：不纯金属；
阴极：纯金属
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
电解池
电解精炼池
电镀池
定义
形成
条件
电极
名称
电极
反应
1.
a
、b哪一极为正极？
2.
若要给铁叉镀锌，
a极选用什么材料？
选择何种溶液？
3.
若要给铁叉镀金，
a极选用什么材料？
选择何种溶液？
思考:
e-
金属性强弱的判断
已知①M+N2+=M2++N
②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M
③N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液,电极反应：E2++2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为
答案：P>M>N>E
工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4
1.电解时,应以
作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会
,
2.阳极反应式为
,
3.总电解反应式为
.
2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑
答案:Fe
增大
MnO42—_e-
=MnO4—
电解计算——电子守恒法
例一
：
铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.
答：pH=0
可析出铜为0.5mol.
例二
：
用石墨电极电解100mL
H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（
）
A.1mol/L
B.2mol/L
C.3mol/L
D.4mol/L
A
例三
：
某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01
mol
电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：
①金属M的相对原子质量及
x、n
值；
②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。
Mx+
+
xe-
=
M
0.005mol
0.01mol
0.32g
所以：x
=
2
；M
=
64
；n
=
3
产生H+为0.01mol，pH=1
1.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的
A
练
习
2.
根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：
Cu
+
2H2O=Cu(OH)2↓+
H2↑。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
种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是
B
A
B
C
D
阳极
石墨
Cu
Cu
Cu
阴极
石墨
石墨
Fe
Pt
电解液
CuSO4溶液
Na2SO4溶液
H2SO4溶液
H2O
3.德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在《科学》杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570℃的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到80%.
该电解池采用了能传导某种离子（
H+、
Li+、F-、
O2-
）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。
写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。
固体复合氧化物
1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应
A
B
D
C
练
习
2、写出下列装置的极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。
练
习
1、池型的判断
有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。
小结：一、原电池与电解池的比较及判断：
3、电解池放电顺序的判断
阳极放电：
1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。
2）非惰性电极：电极材料首先失电子。
阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。
2、电极的判断
原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。
4、判断溶液的pH变化：
先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
（1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；
（2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；
（3）如果既产生氢气又产生氧气
①若原溶液呈酸性则pH减小；
②若原溶液呈碱性pH增大；
③若原溶液呈中性pH不变。
3.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的
A
练
习
①电极：
阳极——镀层金属
阴极——待镀金属制品
小结：二、电解池的应用----电镀及氯碱工业
②电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。
③电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。
1、电镀
⒉氯碱工业原理
举例：
1、a
极变细，b
极变粗：
2、a
极变细，b
极有气泡：
3、a
极变粗，
b
极有气泡：
4、a
极有气泡,
b
极有气泡，且气体体积比为2
：1
5、a
极有气泡,
b
极有气泡;阴极加酚酞变红
拓展练习
4、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验
数天后
数天后
图一
图二
（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：
（2）图一说明原溶液呈
性，铁钉发生
腐蚀，
电极反应为：
（3）图二说明原溶液呈
性，铁钉发生
腐蚀，
电极反应为：
发生了原电池
反应
中性或弱碱
吸氧
负极：Fe
-2e
=
Fe2+
；
正极：2H2O
+O2
+2e　=4OH-　　　　
负极：Fe
-2e
=
Fe2+
；正极：2H+
+2e
=
H2↑
较强酸性
析氢
练
习
小结：三、电解池及原电池的应用----金属的防护
1）金属腐蚀快慢的判断
①电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>
化学腐蚀>
有防腐蚀措施的腐蚀
②同一种金属的腐蚀：
强电解质>弱电解质>非电解质
2）金属的防护方法
①改变金属内部结构
②覆盖保护层
③电化学保护法
外加电源的阴极保护法
牺牲负极的正极保护法
5.下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢
顺序
.
Fe
Fe
C
Fe
Zn
A(海水)
B(海水)
C(海水)
D(海水)
F(天然水)
E(海水)
拓展练习
6、汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。总
反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
（1）试写出放电时的正、负极反应式
正极:______________________________________
负极:______________________________________
（2）试写出充电时的阳、阴极反应式
阳极:______________________________________
阴极:______________________________________
PbO2+4H++SO42-
+2e-
=PbSO4+2H2O
Pb+
SO42-－2e-
=PbSO4
练
习
PbSO4+2H2O-2e-
=PbO2
+
4H++SO42-
PbSO4
+2e-
=Pb
+
SO42-
小结：四、原电池电解池的应用----可充电电池
阴极：
正极：
放电：原电池
充电：电解池
负极：
阳极：
?
此电池放电时，负极发生反应的物质为
A．Ag
B．Zn(OH)2
C．Ag2O
D．Zn
充电
放电
2Ag
+
Zn(OH)2
Ag2O
+
Zn
+
H2O
7．银锌电池广泛用于电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：
D
拓展练习
1．如上图所示，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
?
B
巩固练习
2．如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为Ag2O和Zn电解质溶液是KOH溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：Zn
+Ag2O==
ZnO+2Ag根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是
　
A、锌为负极，Ag2O为
正极；
B、放电时正极附近溶液的PH值升高；
C、放电时负极附近溶液的PH值升高；
D、溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动。
AB
巩固练习
10．为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是
A．X是正极，Y是负极
B．X是负极，Y是正极
C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小
D．CuSO4溶液的PH值不变
AC
练
习
11、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH—－4e
→2H2O+O2
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种只能将氧化剂和燃料全部储藏在电池内的发电装置
BD
12．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6+7O2+8KOH==4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是
A．负极反应为14H2O+7O2+28e-==28OH-
B．放电一段时间后，负极周围的pH减低
C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol
D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
B
C
练
习