人教版高中化学选修四：4.3《电解池》课件(37张ppt)

(共37张PPT)
第四章
电化学基础
第三节
电解池
他们怎么如此便宜呢？
苹果iphone4/4s内置电池
联想笔记本L3000、G450电池
手机，笔记本充电过程中发生了什么化学反应？
探究实验1
甲
实验步骤
如图甲所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳棒插入盛有CuCl2溶液的U型管中，观察现象。
实验现象
结论
无
现
象
没有且不能自发发生原电池反应
甲装置不满足构成原电池的条件。
分析原因:
CuCl2
溶液
氢气
氧气
电解
电解水
：2
H2O
====2
H2
↑＋
O2↑
+
_
探究实验2
－－
如图所示，将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入盛有CuCl2溶液的烧杯中
，再接通12V直流电,观察现象。
约3～5min后切断电源。
C
C
阴极
阳极
CuCl2溶液
＋
－
实验结果交流
实验记录
电极
实验现象
产物验证
产物确定
有黄绿色气泡逸出
有红色固体析出
氯气
铜
—————
与电源负极相连的一极→阴极
与电源正极相连的一极→阳极
使淀粉碘化钾试纸变蓝
1.电解：
使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起
氧化还原反应的过程，叫做电解。
2.电解池：
电能转变为化学能的装置。
A
B
一、电解原理
CuCl2溶液
阳极
阴极
3、电极名称：
阳极
阴极
→
→
和原电池正极相连
和原电池负极相连
4.离子流向：
阳离子移向阴极
阴离子移向阳极
5.电子流向：
电子从负极流向阴极，
再从阳极流回正极
｝
异性
相吸
6、电极反应
一、电解原理
C
C
CuCl2溶液
阳极
阴极
阳极：2Cl－－2e－=
Cl2↑(氧化反应）
阴极：Cu2+＋2e－=
Cu（还原反应）
总反应式:CuCl2
===
Cu
+
Cl2↑
电
解
阳极
阴极
→
→
失去电子，发生氧化反应
得到电子，发生还原反应
思考1：氯化铜溶液中含有哪些微粒?
思考2：在通电时这些微粒各向什么区移动？
阳离子：Cu2+
、H+
阴离子：Cl-
、OH-
Cu2+
、H+向阴极区移动；
Cl-
、OH-向阳极区移动
H2O
H+
+
OH-
CuCl2＝
Cu2++2Cl-
阳极:先看电极后看溶液
(1)
活泼金属电极:金属电极失电子（除金和铂)
(2)
惰性电极:溶液中阴离子失去电子,
失电子能力为:
S2-
>I
-
>Br
-
>Cl
-
>OH
-
>含氧酸根>F-
阴极:
溶液中阳离子得电子,得电子能力为:
Ag+
>
Fe3+
>
Cu2+
>
H+
（酸）>
Pb2+
>
Sn2+
>
Fe2+
>
Zn2+
>
H+
（水）
>
Al3+
>
Mg2+
>……
7.电极产物的判断及电极反应的书写
离子放电规律
阴极：
___电子，发生____反应，离子
_____越强，反应越容易。
常见阳离子放电顺序：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
阳极：___电子，发生____反应，离子
_____越强，反应越容易。
①当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子放电顺序：
S2-
>
I-
>
Br-
>
Cl-
>
OH-
>
含氧酸根
>
F－
得
还原
氧化性
失
氧化
还原性
阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电。
影响离子放电的因素：
离子得失电子的能力
离子的浓度
放电能力：
Ag+>
Hg2+>
Fe3+
>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+
阴极：氧化性强的离子先得电子。
阳极：还原性强的离子先失电子。
金属
>
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO3－>SO42－>F－
除Pt、Au
思考?
惰性电极电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果？
H2O
H+
+
OH—
Na2SO4
＝
2Na++
SO4
2—
离子放电的顺序
阳离子
阴离子
H+
>Na+
OH－>SO42－
4OH－－4e－＝2H2O
+O2↑
4H+
+4e－＝2H2
↑
总反应：2H2O＝＝
O2↑
+2H2↑
电解
阳极
：
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↑
阴极：2Cu2+
+4e-＝2Cu
电解
总反应式：2Cu2++2H2O＝2Cu+O2↑+4H+
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
阴极：2H++2e-=H2↑
总反应：2Cl-+2H2O
=
Cl2↑+H2↑+2OH-
电解
H+应该在哪一极？
OH-在哪一极？
(2H2O
2H++2OH-)
(4H2O
4H++4OH-)
电解池与原电池有哪些异同
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
自发的氧化还原反应
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
电解池与原电池有哪些异同(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
负极
正极
导线
二、电解规律(用惰性电极电解时)
1、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液
阳极
：
4OH－－4e－＝2H2O
+O2↑
阴极：
4H+
+4e－＝2H2
↑
总反应：2H2O
＝
O2↑
+2H2↑
电解
电解后溶液中溶质的质量分数
，若要恢复
原来的浓度，只需加入一定量的
即可。
实质：电解水
例如：电解硫酸钠溶液
增大
水
2、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的
无氧酸盐溶液，如电解盐酸、CuCl2溶液等
电解后溶液中溶质的质量分数
，若要恢复
原来的组成和浓度，需加入一定量的
(通入一
定量的HCl气体)
阳极：
2Cl
－－
2e－＝Cl2↑
阴极：
2H+
+2e－＝
H2
↑
总反应：2HCl
＝
Cl2↑
+
H2↑
电解
电解盐酸
实质：电解质本身被电解
减小
溶质
3、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都
有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液
等。
阳极
：
4OH－－4e－＝2H2O
+O2↑
阴极：
2Cu2+
+4e－＝2Cu
总反应：
2CuSO4
+2H2O
＝
2Cu+O2↑
+2H2SO4
电解
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
4、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HCl。
阳极
(C)：
2Cl
－－
2e－＝Cl2↑
阴极
(C)：
2H+
+2e－＝
H2
↑
总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+
Cl2↑
+
H2↑
电解
练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电极反应及电解总反应式。
　　AgNO3溶液
试一试
阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑
阴极：4Ag++4e-=4Ag
总反应式：4Ag++2H2O==4Ag
+O2
↑+4H+
通电
1、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，在铜片表面出现一层铁
C．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
D．与电源负极相连的是电解槽的阴极
B
练习
例：在50mL
0.2mol/L的硫酸铜溶液中插入两个电
极，通电电解(不考虑水分蒸发)，则：
⑴若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液溶
质浓度将怎样变化
。
⑵若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是
⑶如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放电
当电路中有0.01mol电子通过时，阴极增重
g，
阴极上的电极反应式是
。
不变
0.32
Zn
－2e－＝Zn2+
Cu2+
+2e－＝Cu
(1)在NaCl溶液中,NaCl电离出
，H2O电离出
。
通电后，在电场的作用下，
向阴极移动，
向阳极移动。
在阳极，由于
容易失去电子，被氧化生成
。
阳极方程式：
;
（2）在阴极，由于
容易得到电子被还原生成
．
使H2O
电离向右移动，因此阴极
浓度增大，PH
。
阴极方程式：
。
2Cl-
-
2e-
=
Cl2
2H+
+
2e-
=
H2
Na+、Cl-
H+、OH-
Cl-、OH-
Cl-
Cl2
H+
H2
OH-
增大
Na+、H+
三、电解原理的应用
1、氯碱工业
电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。
总化学方程式：
;
总离子方程式:
.
(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：
___________
，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？
阴极附近的溶液无色变为红色
阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.
阴极:产生无色、无味气体
(2)避免生成物H2和Cl2混合,
因为:
.
(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,
反应方程式:
.
第一个问题:
Cl2
+2
NaOH
=NaCl
+
NaClO
+
H2O
混合遇火或遇强光爆炸
解决方法:使用离子交换膜
2、铜的电解精炼
⑴、粗铜所含的杂质
Zn、Fe、Ni、Ag、Au等
+
纯铜
粗铜
－
CuSO4溶液
⑵、粗铜的精炼
以粗铜为阳极，以纯
铜为阴极，
以CuSO4溶液
为电解液进行电解
阳极：
Zn
－2e－＝Zn2+
Fe－2e－＝Fe2+
Ni
－2e－＝Ni2+
Cu－2e－＝Cu2+
阴极：
Cu2+
+2e－＝Cu
3、电镀
⑴、概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一层
其它金属或合金的过程。
⑵、电镀池形成条件
+
镀件
镀层金属
－
含镀层金属离子的盐溶液
①、镀件作阴极
②、镀层金属作阳极
③、含镀层金属阳离子
的盐溶液作电解液
⑶、电镀的特点
电镀液的组成及酸碱性保持不变
4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）
制取金属钠
电解熔融状态的氯化钠。
通直流电后，
阳极：
2Cl
-
－2e-
==
Cl2↑
阴极：
2Na+
+
2e-
==
2Na
总反应：
2NaCl(熔融)
2Na
+
Cl2
↑
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。
制取金属铝
电解熔融状态的氧化铝。
阳极：
6O
2-
－12e-
==
3O2↑
阴极：
4Al
3+
+
12e-
==
4Al
总反应：
2Al2O3(熔融)
4Al
+
3O2
↑
冰晶石
原电池、电解池、电镀池判定规律
若无外接电源，
可能是原电池，然后依据原
电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”
先看电极：两极为导体且活泼性不同
再看溶液：两极插入电解质溶液中
后看回路：形成闭合回路或两极接触
若有外接电源，两极插入电解质溶液中，
则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质
溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情
况为电解池。
讨论：比较电解池和原电池的异同~~~~~~
装置
原电池
电解池
实例
?
?
?
?
?
?
?
原理
?
?
?
?
形成条
?
?
?
电极名称
?
?
?
电子流向
?
?
?
电流方向
?
?
?
?
电极反应
?
?
?
能量转化
?
?
应用
?
?
?
?
发生氧化还原反应，从而形成电流
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、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应
电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）
由电极本身决定
正极：流入电子
负极：流出电子
由外电源决定
阳极：连电源正极
阴极：连电源负极
（外电路）负极
→
正极
电源负极→阴极→阳极→电源正极
（外电路）正极→负极
电源正极→阳极→阴极→电源负极
负极：Zn
-
2e-
=Zn2+（氧化反应）
正极：2H+
+
2e-
=H2↑（还原原应）
阳极：2
Cl-
-
2e-
=
Cl2
↑(氧化反应)
阴极:
Cu2+
+
2e-
=
Cu
(还原反应)
化学能→
电能
电能→化学能
设计电池、金属防腐
氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼
铜锌原电池
电解氯化铜
提示：
第二个问题：精制食盐水
由于粗盐中含有泥沙、Ca2+
、Mg2+、
Fe3+
、SO42—等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？
3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个
合理的顺序逐一除杂吗？
2、用什么试剂除去Ca2+
、Mg2+、
Fe3+
、SO42—
1、用什么方法除去泥沙？
泥沙、Na+、
Cl-、Mg2+、
Ca2+、
Fe3+
、SO42-
Na+、
Cl-、
.Mg2+、
Ca2+、
Fe3+
、
SO42-
Na+、
Cl-、
Mg2+、
Ca2+、
Fe3+
、引入Ba2+
Na+、
Cl-、
Ca2+
、
Ba2+
、引入OH-
Na+、
Cl-、CO32-、OH-
Na+、
Cl-
沉降
除泥沙
略过量BaCl2
溶液
除SO42-
略过量Na2CO3
溶液
除Ca2+.
Ba2+
略过量NaOH
溶液
除Fe3+
,
Mg2+
适量HCl溶液
调节PH
除CO32-
、OH-