电解池(系统)

1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的装置，使人类第一次获得了可供实用的持续电流。伏打(1745~1827）伏打电池科学史话次年，英国化学家尼科尔森和卡里斯尔获知伏打的发明后，立即着手用伏打电池进行电解水的试验。当他们接通电流后，两电极上都有气泡产生。经收集、鉴定，这两种气体分别是氢气和氧气，且其体积比约为2∶1。科学史话阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极电极名称实验结论阴极上有H2生成；阳极上有O2生成。H2O2H2O思考：通电后，水电离出的H+(阳离子)和OH-(阳离子)分别向哪个电极运动？水的电解e-huaxu.comcom戴维（1778~1829）电解水的成功，使人们意识到电可以用于化学研究。英国科学家戴维在思考：电可以分解水，那么，电对于盐溶液又将产生什么作用呢？科学史话在阴、阳两极上可能会出现什么现象？两极上析出或逸出的产物可能是什么？阴极阳极电极现象电极产物大胆猜想阴极阳极电极现象电极产物电极反应反应类型有红色物质析出。无气泡产生。有气泡产生，该气体可使润湿的淀粉碘化钾试纸变蓝。CuCu2++2e-=Cu还原反应Cl22Cl——2e-=Cl2↑氧化反应CuCl2Cu+Cl2↑总反应电解电解原理一、电解的有关概念1.定义：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叫电解。把电能转变为化学能的装置。4.电解池：2.组成：①直流电源（电流）②电解质溶液或熔融电解质③两个电极④形成闭合回路3.电极：阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极5.放电：阴阳离子在电极失去或获得电子发生氧化或还原反应的过程（氧化反应）（还原反应）（也叫电解槽）6.电解池中电子、离子运动方向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子移动方向离子移动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.电解池中电子、离子运动方向装置类别电解池原电池电极名称电极反应类型形成条件电子移动方向离子移动方向能量转变反应能否自发进行电解池和原电池对比从阳极流向阴极从负极流向正极较活泼金属做负极阴极：连接电源负极负极发生氧化反应阳极氧化反应化学能变为电能电能变为化学能阳向正，阴向负阳向阴，阴向阳直流电源无电源非自发的氧化还原自发的氧化还原思考：电解CuCl2溶液时，溶液中也有H+和OH—，为什么没有H2和O2生成呢？猜想1.离子浓度太小猜想2.离子氧化性、还原性（得失电子能力）有区别，涉及放电顺序7.离子放电顺序电极材料惰性电极活性电极石墨（C）、Au、Pt等金属除石墨（C）、Au、Pt等以外的金属规律：首先看电极材料，若阳极是活性电极，则电极本身失电子，变成阳离子进入溶液，此时任何阴离子均不会在此放电阳极区若阳极是惰性电极，则电极根据阴离子放电顺序阴离子放电顺序S2—I—Br—Cl—OH—含氧酸根F—（SO42—、NO3—等）电极材料不论是活性还是惰性，电极材料均不发生反应，只存在阳离子在此放电。阴极区阳离子放电顺序Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（水）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+清楚离子的移动趋向比较离子的放电能力，然后根据阴极还原、阳极氧化得出电极产物e-e-e-e-e-还原反应氧化反应阳离子明确电解质溶液中或熔融态电解质中存在的离子阴离子特别注意：如果阳极是活性电极，则电极自身反应，离子不放电分析电解过程步骤稀硫酸稀硫酸稀硫酸硫酸ABCD例题1：下列装置中属于原电池的是（）属于电解池的是（）BCD怎样区分原电池、电解池？原电池、电解池区分关键看是否有外接电源；多池组合判断：①无外电源：一池为原电池，其余为电解池；②有外电源：全部为电解池。原电池电解池电解池电解池练习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）电解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+H2SO4CuSO4+H2↑C.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√√练习2：某同学在做电解水的实验时发现两极产生气泡的速率特别缓慢，（水是一种极弱的电解质，导电能力很差）你能否在不改变两电极产物的情况下，加入某种物质使其加快电解速率？NaNO3Na2SO4等2、电解无氧酸（HF除外）阳极：阴极：总反应：HCl溶液1、电解不活泼金属的无氧酸盐溶液阳极：阴极：总反应：CuCl2溶液二、用惰性电极进行电解的规律CuCl2Cu＋Cl2↑电解2Cl——2e—＝Cl2↑Cu2＋＋2e—＝Cu溶液pH值：如何复原：增大加CuCl2固体2Cl——2e—＝Cl2↑2H＋＋2e—＝H2↑2HClH2↑＋Cl2↑电解溶液PH值：如何复原：增大通入HCl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3、电解含氧酸阳极：阴极：总反应：4OH—－4e—=2H2O+O2↑4H＋＋4e—=2H2↑2H2O2H2↑＋O2↑电解溶液PH值：如何复原减小加水H2SO4溶液4OH——4e—＝2H2O+O2↑4H＋＋4e—=2H2↑2H2O2H2↑＋O2↑电解溶液PH值：如何复原增大加水4、电解可溶性强碱溶液阳极：阴极：总反应：NaOH溶液4OH——4e—＝2H2O+O2↑4H＋＋4e—＝2H2↑2H2O2H2↑＋O2↑电解溶液PH值：如何复原不变加水5、电解活泼金属含氧酸盐溶液阳极：阴极：总反应：K2SO4溶液电解类型：电解水型2Cl——2e—＝Cl2↑2H＋＋2e—＝H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑电解溶液PH值：如何复原增大通入HCl气体6、电解活泼金属的无氧酸盐溶液阳极：阴极：总反应：NaCl溶液电解类型：放氢生碱型7、电解不活泼金属的含氧酸盐溶液阳极：阴极：总反应：4OH——4e—＝2H2O+O2↑2Cu2＋＋4e—＝2Cu2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑电解溶液PH值：如何复原减小加CuOCuSO4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.NaOHB.H2SO4C.AgNO3D.Na2SO4√用惰性电极电解熔融盐电解熔融的Al2O3电解熔融的NaCl阳极：阴极：总反应：6O2－—12e—＝3O2↑4Al3＋＋12e—＝4Al阳极：阴极：总反应：2Cl－—2e—＝Cl2↑2Na＋＋2e—＝2Na2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电解饱和食盐水CC三、电解原理的应用1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气①反应原理NaCl=Na++Cl－Cl2H2阴极阳极复习电解食盐水的方程式，指出阳极、阴极产物放电顺序：Cl－OH－H+Na+电极反应阴极：阳极：2H++2e－=H2↑2Cl－－2e－=Cl2↑总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑电解阴极产物阳极产物H2OH++OH－怎样检验两极产物？（氯碱工业）◆工业上电解饱和食盐水◆电极材料：阳极：金属钛或石墨阴极：铁丝网（附有一层石棉绒）溶液：精制饱和食盐水设备：立式隔膜电解槽阳离子交换膜：只允许阳离子（Na+）自由通过阳极室阴极室优点：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2、电镀定义：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。实例：铁上镀锌阳极阴极ZnFeZnSO4溶液电极反应：阳极：阴极：Zn－2e－=Zn2+Zn2++2e－=Zn+思考：电解质溶液浓度如何变化？规律：一少一多一不变◆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）纯铜粗铜纯铜CuSO4溶液电极反应：阳极（粗铜）：阴极：CuSO4溶液比铜活泼，先放电Zn－2e－=Zn2+Fe－2e－=Fe2+Ni－2e－=Ni2+Cu－2e－=Cu2+Cu2++2e－=Cu比铜活泼性差的Ag、Pt、Au不溶解，以单质形式沉积于电解槽的底部，形成阳极泥，可回收提炼贵重金属。纯度可高达99.95%～99.98%2、电冶金（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KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu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：练习（2009湖南高考）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。1.接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：①电源的N端为极；②电极b上发生的电极反应为；③列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积：；④电极c的质量变化是g；⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：甲溶液；乙溶液；丙溶液；2.如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？正4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O2.8L16碱性增大，因为电解后，水量减少溶液中NaOH浓度增大酸性增大，因为阴极上OH－生成O2，溶液中H＋离子浓度增加酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液酸碱性可以因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应