高中化學 第四章 電化學基礎 第三節(jié) 電解池課件 新人教版選修4.ppt

陽極：有氣泡，有刺激性氣味，并能使 濕潤的KI-淀 粉試紙變藍（Cl2),陰極：碳棒上有一層紅色的銅析出,現(xiàn)象？,1、電解：使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。 2、電解池：把電能轉化為化學能的裝置。,3、電解池的構成條件：,（1）外接直流電源,（2）兩個電極（可以相同，也可以不同） 惰性電極（石墨，Au，Pt），活性電極(除石墨，Au，Pt),（3）電解質溶液或熔融的電解質,（4）形成閉合回路,一、電解池,1、分析下圖，哪個是原電池，哪個是電解池。,原電池：,電解池：,一、電解池,關鍵,2 Cl- - 2e- = Cl2 (氧化反應),Cu2+ + 2e- = Cu (還原反應),陰極吸引陽離子，陽離子得電子,e-,e-,陽極吸引陰離子，陰離子失電子,氧化性強的先得電子,還原性強的先失電子,陰極,陽極,+,+,-,-,二、電解原理,二、電解原理,1、陰極：得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，被還原 陽極：失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應，被氧化 2、電解池中電荷移動方向 （1）外電路 電子移動方向：外接電源負極陰極； 陽極外接電源正極 電流方向：外接電源正極負極 （2）內電路：陰離子陽極 陽離子陰極,3、陰、陽極的判斷 （1）根據外接電源 陰極：與直流電源負極相連，得電子，所含元素化合價降低，發(fā)生還原反應 陽極：與直流電源正極相連，失電子，所含元素化合價升高，發(fā)生氧化反應 （2）根據離子定向移動 陰離子陽極 陽離子陰極 （3）根據電極現(xiàn)象 質量減少的電極一定為陽極 質量增加的電極一定為陰極,特別提醒： 電解池的陰陽極取決于外接電源的正負極，與電極材料的金屬活動性無關。,二、電解原理,活性電極：金屬(除Pt、Au、石墨等)在陽極失去電子被氧化成陽離子進入溶液，陰離子不容易在電極上放電。 惰性電極(Pt、Au、石墨等) ：由溶液中的陰離子放電，溶液中陰離子的放電順序（由易到難）：,S 2-SO32-I -Br -Cl -OH (包括堿和水電離電離出的OH ） NO3 -SO42-(等含氧酸根離子）F-,Ag+ Hg2+ Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（H2O）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ （只有熔融狀態(tài)才能放電） 注：當離子濃度相差較大時，放電順序會發(fā)生變化,無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應，發(fā)生反應的是溶液中的陽離子，陽離子在陰極上放電順序（由易到難）：,（1）陽極：吸引陰離子,（2）陰極:吸引陽離子,二、電解原理,4、放電順序,小結：分析電解反應的一般思路,判斷陽極材料,根據陽極氧化、陰極還原分析得出產物,判斷陰陽兩極附近離子種類 判斷陰、陽兩極離子的放電順序,先電離,后電解,1.若陽極是活性電極，陽極本身失去電子被氧化，若陽極是惰性電極，陰離子在陽極放電。,2.標明條件：通電或電解。若電解的H+或OH-來自于H2O，在總方程式中要以H2O形式存在，不能書寫H+或OH-作為反應物,1. 寫出用石墨電極電解硫酸銅溶液的電極反應式及總離子反應式,2. 寫出用銅作電極電解硫酸銅溶液的電極反應式,陽極,4OH-4e- = 2H2O+O2,陰極,2Cu2+4e- = 2Cu,總反應式,陽極 ( Cu )：,陰極 ( Cu )：,Cu 2e Cu2+,Cu2+ + 2e Cu,例題,2、以石墨為電極，電解下列物質的水溶液，寫出有關電極反應式和電解總反應式 （1） H2SO4 NaOH Na2SO4 （2）HCl CuCl2 （3） NaCl （4） CuSO4,練習,1. 寫出用銅作電極電解硫酸溶液的電極反應式和總反應方程式,陽極,Cu - 2e- = Cu2+,陰極,2H+ + 2e- = H2,總反應式,注：當離子濃度相差較大時，放電順序會發(fā)生變化,三、電解質溶液電解規(guī)律,陽極: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 ,陰極 :4H + 4e- = 2H2 ,2H2O = 2H2 +O2 ,通電,變大,變小,加H2O,陽極: 4OH- 4e- = 2H2O+O2,陰極 :4H + 4e- = 2H2 ,變大,變大,加H2O,2H2O = 2H2 +O2 ,通電,（1）含氧酸,（1）強堿,1、惰性電極的電解,三、電解質溶液電解規(guī)律,陽極: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 ,陰極:4H + 4e- = 2H2 ,變大,不變,加H2O,2H2O = 2H2 +O2 ,通電,消耗H+或生成OH-的電極一定為陰極 消耗OH-或生成H+的電極一定為陽極,（1）活潑金屬含氧酸鹽,三、電解質溶液電解規(guī)律,陽極: Cl- 2e- = Cl2 ,陰極:2H + 2e- = H2 ,變小,變大,通入適量HCl,2HCl = H2 +Cl2 ,通電,CuCl2 = Cu + Cl2 ,陽極 : 2Cl-2 e- =Cl2 ,陰極：Cu2+ 2e-=2Cu,變小,加適量CuCl2 晶體,電解,（2）無氧酸,（2）不活潑金屬的無氧酸鹽,三、電解質溶液電解規(guī)律,陽極: 2Cl- 2e- = Cl 2 ,陰極:2H + 2e- = H2 ,2NaCl+2H2O =2NaOH+H2 +Cl2 ,減小,增大,通入適量 HCl,2CuSO4+2H2O =2Cu +O2+2H2SO4,陰極: 2Cu2+ 4e-=2Cu,減小,加適量CuO/CuCO3 固體,陽極 :4OH- 4e- = 2H2O+O2 ,減小,電解,電解,（3）活潑金屬的無氧酸鹽,（4）不活潑金屬的含氧酸鹽,三、電解質溶液電解規(guī)律,全品·二輪復習電解CuSO4溶液，加入堿式碳酸銅復原,2、非惰性電極的電解,（1）、用銅做電極電解電解AgNO3溶液，寫出電極反應方程式及總反應方程式。,三、電解質溶液電解規(guī)律,2、用銅做電極電解電解稀H2SO4溶液，寫出電極反應方程式及總反應方程式。,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2Ag+ + 2e- = 2Ag,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2H+ + 2e- = H2,2、非惰性電極的電解,三、電解質溶液電解規(guī)律,（3）、用銅做電極電解電解 Na2SO4溶液，寫出電極反應方程式及總反應方程式。,拓展、對比用惰性電極電解Na2SO4溶液的不同,陽極: Cu- 2e- = Cu2+,陰極:2H + 2e- = 2H2 ,陽極: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 ,陰極:4H + 4e- = 2H2 ,2H2O = 2H2 +O2 ,通電,1、用惰性電極實現(xiàn)電解, 下列說法正確的是（ ） A. 電解稀硫酸溶液, 實質上是電解水, 故溶液pH不變 B. 電解稀氫氧化鈉溶液, 要消耗OH，故溶液pH減小 C. 電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1:2 D. 電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1:1,D,2、用石墨作電極電解CuSO4和KCl的混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質是（ ） A. H2，Cl2 B. Cu，Cl2 C. H2，O2 D. Cu，O2,B,練習,3、下圖為電解水的實驗裝置示意圖, 閉合開關S后，觀察到電壓表的示數(shù)為6.0V，毫安表的示數(shù)為100 mA。 (1) 現(xiàn)只有一根石墨電極和一根鐵電極，該實驗中, A極應選擇_做電極，B極的電極反應式為:,鐵,4OH4e=2H2OO2,(2) 為了加快電解水的速率，有很多方法，其中可在水中加入某些電解質, 如_(填編號) A. Na2SO4 B. HCl C. CuSO4 D. NaCl,A,練習,4、用質量均為100g的銅做電極，電解AgNO3 溶液，一段時間后，兩電極質量相差28g,此時兩電極質量分別為（ ） 陽極93.6g ；陰極121.6g 陽極100g ； 陰極128g 陽極91.0g；陰極119.0g 陽極86.0g；陰極114.0g,A,三、電解質溶液電解規(guī)律,練習,1、根據得失電子守恒法：其依據是電路中轉移的電子數(shù)相等，兩極得失電子數(shù)相等。借助得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式。 2、根據總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式的計量關系列比例式計算。常見微粒間的計量關系式為：4e-4H+4OH-4Cl-4Ag+2Cu2+2H2O22Cl24Ag2Cu2H2O。,四、關于電解的基本計算方法,四、關于電解的基本計算方法,1、單一溶液的電解,（2）、用兩個惰性電極插入500mL CuSO4溶液中，通電電解。當電極上析出固體質量6.4g,（設陰極沒有氫氣逸出，且電解液體積變化可以忽略）生成氧氣體積為多少升？（標況下）生成硫酸物質的量濃度為多少？,（1）用石墨電極電解2L飽和NaCl溶液，當電源供給0.2mol電子時，所得溶液中NaOH的濃度為_。,0.1mol/L,1.12L,0.2mol/L,（1）、在100mL H2SO4和CuSO4的混合液中用石墨做電極電解，兩極均收集到2.24L氣體（標況），則原混合液中Cu2+的物質的量濃度為（ ） A. 1moL/L B. 2moL/L C. 3moL/L D. 4moL/L,陰極 Cu2+ 2e = Cu 2H+ 2e = H2 0.1mol 0.2mol 0.2mol 0.1mol 陽極 4OH 4e =2H2O+O2 0.4mol 0.1mol,拓展若全為CuSO4溶液呢？,四、關于電解的基本計算方法,2、混合溶液的電解,A,拓展、用石墨做電極電解一定濃度的CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢復電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，則電解過程中共轉移的電子的物質的量為（ ） A. 0.4mol B.0.5mol C.0.6mol D.0.8mol,四、關于電解的基本計算方法,2、混合溶液的電解,C,（2）將0.2moL AgNO3 、0.4moLCu(NO3)2、0.6moLKCl溶于水，配成100mL的溶液，用石墨做電極電解一段時間后，在一極析出0.3moLCu，此時在另一極收集到氣體體積為（標況）（ ） A. 4.48L B. 5.6L C. 6.72L D. 7.84L,B,四、關于電解的基本計算方法,四、關于電解的基本計算方法,（3）、某混合溶液中只含有兩種溶質NaCl和H2SO4，且n(NaCl):n(H2SO4)=3：1。若以石墨電極電解該溶液，下列推斷不正確的是（ ） A. 陰極產物為H2 B. 陽極先析出Cl2，后析出O2 C. 電解液的pH不斷增大，最終大于7 D. 整個電解的過程實質是電解水,陰極： 2H+ + 2e = H2 2mol 陽極 : 2Cl 2e = Cl2 2mol,2H+ + 2e = H2 1mol 2Cl 2e = Cl2 1mol,4H+ + 4e = 2H2 4OH- - 4e- = 2H2O + O2,D,（1）、把兩個電解槽串聯(lián)起來如下圖所示，電解一段時間后，銅陰極的質量增加了0.192g,金屬X陰極質量增加了0.195g,已知X的相對原子質量為 65，求X離子所帶電荷數(shù)？,X的硫酸鹽,CuSO4,為X2+,四、關于電解的基本計算方法,3、串聯(lián)電路的電解,（2）、如右圖裝置，用惰性電極電解，通直流電一段時間后在a、b、c、d四個電極上析出物質的物質的量之比為（ ） A2241 B1422 C2231 D4122,A,四、關于電解的基本計算方法,Cu,Cl2,O2,Ag,（3）如圖裝置，用惰性電極電解,一段時間后，若甲杯的陰極析出氣體的體積在標準狀況下為0.448L時，則乙杯的陰極產物是_ _，質量是_g；丙杯的陽極產物是_，其物質的量是_ _mol。,Ag,4.32,O2,0.01,常用關系式： 4e- 4H+ 2Br2 2Cl2 O2 4e- 2H2 2Cu 4Ag 4OH-,四、關于電解的基本計算方法,H2,Cl2,O2,Ag,O2,H2,四、關于電解的基本計算方法,（1）、單池判斷：有外加電源一定為電解池，無外加電源一般為原電池；,4、池型的判斷,X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。,-,+,陰極,陽極,陽極,陰極,（1）.用如圖所示的裝置進行電解。A中盛有AgNO3溶液，B中盛有飽和Na2SO4溶液，通電一會兒，發(fā)現(xiàn)濕潤的淀粉KI試紙的C端變?yōu)樗{色。, 電源的F端為_極。 A中發(fā)生反應的化學方程式為 _ 在B中觀察到的現(xiàn)象是 a._、 b._、 c._。,正,石墨極有氣泡產生,Cu極周圍變藍色,溶液中有藍色沉淀生成,陽極,陰極,-,+,陰極,陽極,陰極,陽極,AgNO3,飽和Na2SO4,四、關于電解的基本計算方法,四、關于電解的基本計算方法,（2）、多池組合判斷： 含有活潑性不同電極的池為原電池，含相同電極的池為電解池。,4、池型的判斷,Cu,原電池,電解池,e-,e-,e-,e-,e-,e-,一般含最活潑金屬的池為原電池，其余都是在原電池帶動下的電解池；若最活潑的電極相同時，則兩極間活潑性差別最大的是原電池，其余為電解池。,四、關于電解的基本計算方法,（1）. 鉛蓄電池工作原理為：Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O ， 研讀下圖，下列判斷不正確的是（ ）,A.K閉合時，d電極反應式為PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+4H+SO42- B.當電路中轉移0.2mol電子時， 中消耗的H2SO4為0.2mol C.K閉合時，中SO42-向c極移動 D.K閉合一段時間后，可單獨作為原電池，d電極為正極,當用該電池電解CuSO4溶液時（均用惰性電極），陰極上析出銅32 g 時，蓄電池內消耗H2SO4的物質的量為mol.,C,1,（2）如圖裝置 左邊燒杯為 _ 裝置，右邊燒杯為_裝置。 裝置中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？完成電極反應式和總反應式。 當Zn減輕0.65g時，左邊燒杯的碳棒增重_ g， 右邊燒杯的左邊碳棒為_極， 產生的氣體為_ mol； 右邊燒杯的右邊碳棒為_極， 在標況下產生的氣體為_ mL。,四、關于電解的基本方法,原電池,電解池,0.64,陽,0.01,陰,224,五、電解原理的應用,1.氯堿工業(yè)-電解飽和食鹽水 2.電鍍池 3.冶煉金屬 4.保護金屬,五、電解原理的應用,1、氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水,陽極: 2Cl- - 2e- = Cl 2 ,陰極: 2H + + 2e- = H2 ,2NaCl+2H2O =2NaOH+H2 +Cl2,電解,（1）生產設備名稱：離子交換膜電解槽 電極：陽極：鈦；陰極：碳鋼（均為惰性電極） 陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl、OH離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。 （2）離子交換膜的作用 防止氫氣和氯氣混合； 避免氯氣和氫氧化鈉反應而影響氫氧化鈉的產量。,陽極：鍍層金屬 陰極：待鍍金屬制品 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質,陽極：鍍層金屬（純銅板） 陰極：待鍍金屬制品 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質（硫酸銅溶液） 電鍍液濃度基本不變,五、電解原理的應用,2、電鍍（電鍍池）,（1）、電鍍銅,（2）、精煉銅,純銅,粗銅含雜質(Zn Fe Ni Ag Au 等),陽極：,Zn - 2e- = Zn2+ Fe - 2e- = Fe2+ Ni - 2e- = Ni2+ Cu - 2e- = Cu2+,Zn Fe Ni Cu Ag Au,陰極: Cu2+ + 2e- = Cu,陽極泥,思考：電解完后，陽極減少的質量 和 陰極增加的質量哪個大?CuSO4溶液的濃度有何變化？,CuSO4溶液,五、電解原理的應用,陽極：粗金屬（粗銅） 陰極：純金屬（精銅） 電鍍液：含有金屬離子的電解質,五、電解原理的應用,3、電解法冶煉金屬（離子化合物）,陽極：,2Cl - 2e- = Cl2,陰極：,2Na+ + 2e- = 2Na,總反應：,2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 ,（1）、電解熔融狀態(tài)NaCl,（2）、電解熔融狀態(tài)Al2O3,陽極：,6O 2- 12e- = 3O2,陰極：,4Al 3+ + 12e- = 4Al,總反應：,思考：能否用電解熔融狀態(tài)AlCl3制備Al,以石墨為電極，由于高溫，電極可能反應產生CO2，CO。,五、電解原理的應用,4、金屬防護,外加電源的陰極保護法 被保護的金屬連接外接電源的負極，作為陰極,（1）、下列各情況中，F(xiàn)e片腐蝕由快到慢的順序是,(5),(2),(1),(3),(4),規(guī)律：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢： 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕,