《电解池的工作原理与应用》.ppt

第二第二单单元元电电解池的工作原理与解池的工作原理与应应用用1.一、一、电电解的有关概念解的有关概念1.1.定定义义：电电流流通通过电过电解解质质溶液而溶液而在阴、阳两极引起在阴、阳两极引起氧化氧化还还原反原反应应的的过过程程叫叫电电解解。把把电电能能转变为转变为化学能化学能的的装置装置。4.4.电电解池：解池：2.2.组组成：成：直流直流电电源（源（电电流）流）电电解解质质溶液或熔融溶液或熔融电电解解质质两个两个电电极极形成形成闭闭合回路合回路3.3.电电极：极：阳极阳极：与：与电电源正极相源正极相连连的的电电极极阴极阴极：与：与电电源源负负极相极相连连的的电电极极5.5.放放电电：阴阳离子在阴阳离子在电电极失去或极失去或获获得得电电子子发发生氧化或生氧化或还还原反原反应应的的过过程程（氧化反（氧化反应应）（还还原反原反应应）（也叫（也叫电电解槽）解槽）2.电电解解氯氯化化铜铜溶液微溶液微观观模模拟拟3.电源负极电解池阴极溶液中阳离子在阴极得电子溶液中阴离子电解池阳极阴离子在阳极失去电子电源正极电电子移子移动动方向方向离子移离子移动动方向方向阳离子电解池阴极阴离子电解池阳极外电路仍然是电子的定向移动内电路仍然是离子的定向移动溶液从而导电，但离子定向移到两极后要放电，因此，电解质溶液的导电实质是电解过程6.6.电电解池中解池中电电子、离子运子、离子运动动方向方向4.思考：思考：电电解解CuCl2溶液溶液时时，溶液中也有，溶液中也有H+和和OH，为为什么没有什么没有H2和和O2生成呢？生成呢？猜想猜想1.离子离子浓浓度太小度太小猜想猜想2.离子氧化性、离子氧化性、还还原性（得失原性（得失电电子能力）有区子能力）有区别别，涉及放涉及放电顺电顺序序5.7.7.离子放离子放电顺电顺序序电电极材料极材料惰性惰性电电极极活性活性电电极极石墨（石墨（C）、）、Au、Pt等金属等金属除石墨（除石墨（C）、Au、Pt等以外等以外的金属的金属规规律：律：首先看首先看电电极材料，若极材料，若阳极是活性阳极是活性电电极，极，则电则电极本极本身失身失电电子，子，变变成阳离子成阳离子进进入溶液，此入溶液，此时时任何阴离任何阴离子均不会在此放子均不会在此放电电阳极区阳极区若若阳极是惰性阳极是惰性电电极，极，则电则电极根据阴离子放极根据阴离子放电顺电顺序序阴离子放阴离子放电顺电顺序序S2 I Br Cl OH 含氧酸根含氧酸根 F（SO42、NO3等）等）6.电电极材料极材料不不论论是活性是活性还还是惰性是惰性，电电极材料均不极材料均不发发生反生反应应，只存在阳离子在此放只存在阳离子在此放电电。阴极区阴极区阳离子放阳离子放电顺电顺序序Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）（酸）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（水）（水）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+7.清楚离清楚离子的移子的移动趋动趋向向比比较较离子的放离子的放电电能力，能力，然后根据阴极然后根据阴极还还原、阳原、阳极氧化得出极氧化得出电电极极产产物物e-e-e-e-e-还还原原反反应应氧氧化化反反应应阳离子阳离子阳离子阳离子明确明确电电解解质质溶液溶液中或熔融中或熔融态电态电解解质质中存在的离子中存在的离子阴离子阴离子阴离子阴离子特特别别注意：如果阳极是活性注意：如果阳极是活性电电极，极，则电则电极自身反极自身反应应，离子不放，离子不放电电分析分析电电解解过过程步程步骤骤8.练习1：(07 江苏）某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（双选）A.电解过程中，铜电极上有H2产生B.电解初期，主反应方程式为：Cu+H2SO4 CuSO4+H2C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D.整个电解过程中，H的浓度不断增大9.练习练习2 2：某同学在做：某同学在做电电解水的解水的实验时发现实验时发现两极两极产产生气泡的生气泡的速率特速率特别缓别缓慢，（水是一种极弱的慢，（水是一种极弱的电电解解质质，导电导电能力很差）能力很差）你能否在不改你能否在不改变变两两电电极极产产物的情况下，加入某种物物的情况下，加入某种物质质使其使其加快加快电电解速率？解速率？NaNO3 Na2SO4 等等10.练习练习2 2：某同学在做：某同学在做电电解水的解水的实验时发现实验时发现两极两极产产生气泡的生气泡的速率特速率特别缓别缓慢，（水是一种极弱的慢，（水是一种极弱的电电解解质质，导电导电能力很差）能力很差）你能否在不改你能否在不改变变两两电电极极产产物的情况下，加入某种物物的情况下，加入某种物质质使其使其加快加快电电解速率？解速率？NaNO3 Na2SO4 等等11.2、电电解无氧酸（解无氧酸（HF除外）除外）阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：HCl溶液溶液1 1、电电解不活解不活泼泼金属的无氧酸金属的无氧酸盐盐溶液溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：CuCl2溶液溶液二、用惰性二、用惰性电电极极进进行行电电解的解的规规律律CuCl2 CuCl22Cl 2e Cl2 Cu2 2e Cu溶液溶液pH值值：如何复原：如何复原：增大增大加加CuCl2固体固体2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2HCl H2Cl2溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原：增大增大通入通入HCl气体气体电解类型为：电解电解质型恢复电解质溶液原浓度的方法：将两极产物（脱离电解质溶液）发生反应的物质即为所需加入的物质12.3 3、电电解含氧酸解含氧酸阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：4OH 4e=2H2O+O24H 4e=2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原减小减小加水加水H2SO4溶液溶液4OH 4e 2H2O+O24H 4e=2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原增大增大加水加水4 4、电电解可溶性解可溶性强强碱溶液碱溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：NaOH溶液溶液13.4OH 4e 2H2O+O24H 4e 2H22H2O 2H2O2溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原不不变变加水加水5 5、电电解活解活泼泼金属含氧酸金属含氧酸盐盐溶液溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：K2SO4溶液溶液电解类型：电解水型2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原增大增大通入通入HCl气体气体6 6、电电解活解活泼泼金属的无氧酸金属的无氧酸盐盐溶液溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：NaCl溶液溶液电解类型：放氢生碱型14.7 7、电电解不活解不活泼泼金属的含氧酸金属的含氧酸盐盐溶液溶液阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：4OH 4e 2H2O+O22Cu2 4e 2Cu2CuSO4 2H2O 2Cu2H2SO4O2溶液溶液PH值值：如何复原：如何复原减小减小加加CuOCuSO4溶液溶液电解类型：放氧生酸型练习：【2004 广东】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pHa，则该电解质可能是A.NaOH B.H2SO4 C.AgNO3 D.Na2SO415.用惰性用惰性电电极极电电解熔融解熔融盐盐 电电解熔融的解熔融的AlAl2 2O O3 3电电解熔融的解熔融的NaClNaCl阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：6O2 12e 3O24Al3 12e 4Al阳极：阳极：阴极：阴极：总总反反应应：2Cl 2e Cl22Na 2e 2Na2Al2O3(熔融熔融)4Al3O22NaCl(熔融熔融)2NaCl216.三三、电电解解应应用：用：1 1、电冶金冶金特特别别活活泼泼的金属的金属钠钠、镁镁、铝铝等只能通等只能通过电过电解解的方法制取的方法制取为为什么不什么不电电解解钠钠、镁镁、铝铝的的盐盐溶液？溶液？2Al2Al2 2O O3 3 =4Al+3O =4Al+3O2 2通通电电熔融熔融MgClMgCl2 2 =Mg+Cl=Mg+Cl2 2通通电电熔融熔融2NaCl =2Na2NaCl =2Na +Cl+Cl2 2通通电电熔融熔融AlClAlCl3 3？MgOMgO？17.（1）金属冶炼的本质与方法本质：Mn+ne=M方法：电解法、热还原法、热分解法、物理富集法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法热分解法 物理富集法（2）电冶金（电解法）本质：利用电解原理，电解熔融的金属化合物，两极强制氧化还原冶炼范围：K、Ca、Na、Mg、Al举例：18.19.铝铝 电电 解解 槽槽阳极阳极C C电电解解质质钢钢壳壳烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢导电钢导电棒棒阴极阴极C C耐火耐火材料材料20.2 2、氯氯碱工碱工业业+-精制精制饱饱和和NaClNaCl淡淡盐盐水水ClCl2 2H H2 2NaOHNaOH溶液溶液H H2 2O O含少量含少量NaOHNaOHClCl-ClCl2 2H H2 2OHOH-NaNa+Na+Na+交交换换膜膜电电解解饱饱和食和食盐盐水的原理示意水的原理示意图图2H2H+2e+2e-=H=H2 22Cl2Cl-2e-2e-=Cl=Cl2 2阳阳 阴阴H H+从何来？从何来？优点：防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气混合爆炸 避免氯气和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱质量21.22.3、电镀1）定义：利用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。镀层金属：通常是一些在空气或溶液中不易起变化的金属 （如：铬、镍、银）和合金（黄铜）目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度工艺：把待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。23.2 2）装置）装置硫酸硫酸铜铜溶液溶液阳极：阳极：Cu2eCu2e-=Cu=Cu2+2+阴极：阴极：CuCu2+2+2e+2e-=Cu =Cu 3）电镀电镀材料的材料的选择选择：阴极阴极镀镀件件 阳极阳极镀层镀层金属金属 电镀电镀液液含有含有镀层镀层金属离子金属离子的溶液的溶液4 4）电镀电镀的的结结果，果，电镀电镀液的液的浓浓度保持不度保持不变变铜铜镀镀件件规规律：一少一多一不律：一少一多一不变变24.4、电解精炼铜利用电镀原理，铜上镀铜阳极：阴极：电解液：粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au）纯铜纯铜粗粗铜铜纯铜纯铜CuSO4溶液电极反应：阳极（粗铜）：阴极：CuSO4溶液比铜活泼，先放电Zn2e=Zn2+Fe2e=Fe2+Ni2e=Ni2+Cu2e=Cu2+Cu2+2e=Cu比比铜铜活活泼泼性差的性差的Ag、Pt、Au不溶解，以不溶解，以单质单质形式沉形式沉积积于于电电解槽的底部，形成解槽的底部，形成阳极泥阳极泥，可，可回收提回收提炼贵炼贵重金属。重金属。纯度可高达99.95%99.98%25.3 3、铜铜的的电电解精解精炼炼粗粗铜铜：含：含杂质杂质(Zn(Zn、FeFe、NiNi、AgAg、Au Au 等等)阳极：阳极：Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+Fe-2eFe-2e-=FeFe2+2+NiNi -2e-2e-=Ni=Ni2+2+Cu-2eCu-2e-=Cu=Cu2+2+Zn Zn Fe Fe Ni Ni CuCuAg Ag Au Au 阴极阴极:Cu:Cu2+2+2e+2e-=Cu=Cu阳极泥阳极泥问问：电电解完后，解完后，CuSOCuSO4 4溶液的溶液的浓浓度有何度有何变变化？化？粗粗铜铜纯铜纯铜硫酸硫酸铜铜溶液溶液26.电电离与离与电电解的比解的比较较电电解解质质溶于水溶于水或熔化状或熔化状态态下下电电解解质电质电离后离后,再通以直流再通以直流电电电电解解质电质电离成离成为为自由移自由移动动的离子的离子阴阳离子定向移阴阳离子定向移动动,在两极上放在两极上放电电CuClCuCl2 2 CuCu2+2+2Cl+2Cl-CuClCuCl2 2 Cu+Cl Cu+Cl2 2电电解解电电解必解必须须建立在建立在电电离的基离的基础础上上27.正极正极 负负极极还还原原反反应应氧化氧化反反应应还还原原反反应应氧化氧化反反应应先从先从负负极极导线导线正极正极 负负极极导线导线阴极阴极 阳极阳极导线导线正极正极阴极阴极阳极阳极将化学能将化学能转转化化为电为电能能将将电电能能转转化化为为化学能化学能原原电电池与池与电电解池的比解池的比较较28.2.2.用惰性用惰性电电极极电电解解饱饱和和NaNa2 2COCO3 3溶液，若保持溶液，若保持温度不温度不变变，则则一段一段时间时间后后 （）A.A.溶液的溶液的pHpH变变大大B.B.c c(Na(Na+)与与c c(CO(CO3 32-2-)的比的比值变值变大大C.C.溶液溶液浓浓度度变变大，有晶体析出大，有晶体析出D.D.溶液溶液浓浓度不度不变变，有晶体析出，有晶体析出巩固巩固练习练习：1.1.在在电电解水解水时时,常加入一些稀硫酸常加入一些稀硫酸,其目的是其目的是A.A.使溶液酸性增使溶液酸性增强强 B.B.使溶液中离子使溶液中离子浓浓度增大度增大C.C.加快加快电电解的速率解的速率 D.D.使溶液的氧化性增使溶液的氧化性增强强C CD D29.3.3.铂电铂电极极电电解解1LCu(NO1LCu(NO3 3)2 2和和KNOKNO3 3混合溶液混合溶液,通通电电一段一段时间时间,两极均两极均产产生生11.2L(11.2L(标标况下况下)气气体体.求求电电解后溶液的解后溶液的C(HC(H+)。CuCu2+2+得得电电子数子数+H+H+得得电电子数子数=OH=OH-失失电电子子总总数数解析：阳极解析：阳极 4OH 4OH-4e-4e-=2H=2H2 2O+OO+O2 2 阴极阴极 Cu Cu2+2+2e+2e-=Cu 2H=Cu 2H+2e=H+2e=H2 2n(Cun(Cu2+2+)2+0.52=0.54)2+0.52=0.54n(Cun(Cu2+2+)=0.5mol)=0.5molCuCu2+2+2H2H+C C(H(H+)=1mol/L)=1mol/L30.稀稀H2SO4Cu石墨石墨4(2007江江苏苏高考高考11)某同学按某同学按图图所示的装置所示的装置进进行行 电电解解实验实验,下列下列说说法正确的是法正确的是 ()(A)电电解解过过程中，程中，铜电铜电极上有极上有H2产产生生(B)电电解初期，主反解初期，主反应应方程式方程式为为：CuH2SO4=CuSO4H2(C)整个整个电电解解过过程中，程中，H的的浓浓度不断增大度不断增大(D)电电解一定解一定时间时间后，石墨后，石墨电电极上有极上有铜铜析出析出B D31.4.4.在在2525时时.将两个将两个铂电铂电极插入一定量的极插入一定量的饱饱和和NaNa2 2SOSO4 4溶液中溶液中进进行行电电解，通解，通电电一段一段时间时间后在阴后在阴极逸出极逸出a a摩气体，同摩气体，同时时析出析出w w克克NaNa2 2SOSO4 410H10H2 2O O晶晶体，若温度不体，若温度不变变，此，此时时剩余溶液的剩余溶液的质质量分数是量分数是 （）A.B.A.B.C.D.C.D.32.电解原理（09安徽卷安徽卷12）Cu2O是一种半是一种半导体材料，基于体材料，基于绿色化学理念色化学理念设计的制取的制取.Cu2O的的电解池示意解池示意图如如下，下，电解解总反反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2O。下。下列列说法正确的是法正确的是A.石墨石墨电极上极上产生生氢气气B.铜电极极发生生还原反原反应C.铜电极接直流极接直流电源的源的负极极D.当有当有0.1mol电子子转移移时，有，有0.1molCu2O生成。生成。33.（燃料电池）（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e-Al(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极34.（化学电源）（09山东卷29）（12分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。（1）该电池的负极材料是。电池工作时，电子流向（填“正极”或“负极”）。（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的（填代号）。a.NaOH b.Znc.Fe d.NH3H2O(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为。35.（09山东卷29）答案：答案：（1）Zn（或锌）正极（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b （3）2H+2e-H2,87g36.