0615电解池讲解

第四章电化学基础2019年9月29日星期日第三节电解池一、电解原理（以电解氯化铜溶液为例）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）与电极材料无关Cl-Cu2+Cu2+Cu2+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Ⅰ通电前Cu2+Cu2+Cu2+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-－＋阴极阳极Ⅱ通电后（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溶液浓度降低复原电解质溶液的方法：加入CuCl2CuCl2Cu+Cl2↑电解电解: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)电解质溶液或熔化的电解质电子的流向: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。（注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）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池的工作原理阳极：溶液中阴离子阳极失电子----发生氧化反应-----电子电源正极阴极：电子从电源负极阴极----溶液中阳离子得电子----发生还原反应电解质的导电过程，就是该溶液的电解过程。思考？？?在溶液中存在Cu2+、CI-、H+、OH-四种离子，为何发生氧化还原反应的是Cu2+、CI-？★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是：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-、SO42-等含氧酸根离子F-阳极：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+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:★电解规律阴极阳极氯气铜实例电极反应PH值复原CuCl2阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：Cu2++2e-=Cu↓增大CuCl2CuCl2溶液CuCl2Cu+Cl2↑电解1、电解电解质型电解熔融物﹑不活泼金属无氧酸盐（F-除外）﹑无氧酸（除HF），实际上是电解电解质本身。如:HCl、CuCl2等.阳极阴极氧气氢气实例电极反应PH值复原Na2SO4阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:4H++4e-=2H2↑不变加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑+O2↑电解2、电解水型电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水。如:Na2SO4﹑KNO3等.阳极阴极氯气氢气实例电极反应PH值复原NaCl阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑电解增大加HClNaCl溶液3、放氢生碱型电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属。实质上是电解水和电解质本身.(F-除外）如:NaCl﹑KBr等.实例电极反应PH值复原CuSO4阳极阴极氧气铜阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极：2Cu2++4e-=2Cu减小加CuOCuSO4溶液2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4电解3、放氧生酸型电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属。实质上是电解水和电解质本身.如：CuSO4﹑AgNO3等.如何书写电解池的电极反应式？（1）阳极：注意是否是惰性电极(C.Pt.Au)（2）阴极：失电子的一极,发生氧化反应,需判断什么物质发生了氧化反应,生成了什么物质。得电子的一极,发生还原反应,需判断什么物质发生了还原反应,生成了什么物质。注意：总反应式=阳极反应式+阴极反应式阳极的电极反应：4OH--4e=2H2O+O2阴极的电极反应：Cu2++2e-=Cu2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4电解电解规律（惰性电极）小结阳极：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-ⅠⅡⅢⅣⅠ与Ⅲ区：电解本身型如CuCl2、HClⅠ与Ⅳ区：放氢生碱型如NaClⅡ与Ⅲ区：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区：电解水型如Na2SO4、H2SO4、NaOH阴极：Ag+Fe3+Cu2+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+二、电解原理的应用1、氯碱工业（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：。Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+2Cl--2e-=Cl22H++2e-=H2总化学方程式：;总离子方式:.(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，如何检验阳极气体？NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解阴极附近的溶液无色变为红色阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,产生气体可以使湿润KI淀粉试纸变蓝色.(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:.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜（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。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室2.铜的电解精炼粗铜含杂质(ZnFeNiAgAu等)纯铜粗铜阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu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、冶炼金属阳极：6O2--12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al4.冶炼铝通电总式：2Al2O34Al+3O2↑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?冶炼铝设备图阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料金属腐蚀化学腐蚀是金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。电化学腐蚀不纯的金属跟电解质溶液接触时发生原电池反应而引起的腐蚀。是金属被氧化的过程，包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种“析”氢腐蚀“吸”氧腐蚀电化学腐蚀负极：Fe－2e－＝Fe2＋正极：O2+2H2O+4e－＝4OH－总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2负极：Fe－2e－＝Fe2＋正极：2H++2e－＝H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2+H2↑4Fe(OH)2＋O2+2H2O＝4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O酸性介质中性介质、弱酸性金属的防护1、改变金属的成分2、保护层法3、电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极电保护法原理：形成原电池时，让被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；而活泼金属作负极(阳极)，反应受到腐蚀。1.牺牲阳极的阴极保护法2.外加电流的阴极保护法原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。辅助阳极（不溶性）下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢顺序.FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水)B(海水)C(海水)D(海水)FeSnF(天然水)E(海水)DEFACB金属的腐蚀知识梳理·题型构建判断金属腐蚀快慢的规律(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。今有两支黑色铅笔、两段导线、干电池、滤纸、培养皿、碘化钠、酚酞、淀粉溶液的混合溶液。应用今天所学的知识，设计一个电解实验，请问两支铅笔能写出什么颜色的字？【实践活动】（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe1.写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液PH值的变化。巩固练习原电池电解池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BAg++e-=Ag-+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a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC-+金属性强弱的判断4、已知①M+N2+=M2++N②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M③N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：PMNEMNPMNE5.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-+6.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ABCD阳极石墨CuCuCu阴极石墨石墨FePt电解液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液H2OB7.用两支惰性电极插入500mLAgNO3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)，电极上析出银的质量大约是：A、27mgB、54mgC、108mgD、216mgB8.按下图的装置进行电解实验：A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7