电解原理及其应用

华蓥中学：杨旭电解原理及其应用电解原理及其应用夯实基础：一、电解原理二、电解类型三、电解原理应用四、金属的腐蚀与防护探究实验一：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能自发进行的原电池反应发生甲装置不满足构成原电池的条件分析原因:甲－－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。CCCuCl2阴极阳极CuCl2溶液＋－探究实验二：阴极：Cu2++2e-=Cu阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑电解氯化铜溶液的微观反应过程Cl—Cl—Cl—Cl—Cu2+Cu2+Cu2+、Cl—无规则运动Cu2+、Cl—定向运动Cl—Cl—Cl—Cl—Cu2+Cu2+Cu2+、Cl—发生电子得失ClClClClCuCu阴阳两极上生成Cu、Cl2Cl2Cl2ee+-+-+-1.电解定义：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。3.构成电解池的条件：①.直流电源；与电源负极相连的电极为阴极！与电源正极相连的电极为阳极！②.阴、阳电极③.电极插入电解质溶液或熔融电解质；2.电解池：电能转变为化学能的装置。一、电解原理④.闭合电路考考你判断下列装置是否属于电解池：CCCH3CH2OH玻璃棒玻璃棒稀H2SO4稀H2SO4FeC稀H2SO4CCu稀H2SO4CuCCu2+oooooooooooooooooooo－＋阴极阳极CuCl2ClClooooooooooooooooooooooo电解氯化铜溶液e-e-4.电解池的工作原理：电子流动方向电源负极电解池阴极电解质溶液电解池阳极电源正极5.电解质溶液导电的实质：6.电解是最强有力的氧化还原手段:电解质溶液导电的过程就是电解过程。能使不能自发进行的反应发生。想一想:在CuCl2溶液中，存在着四种离子：Cu2+、Cl-、H+和OH-。为什么只有Cu2+在得电子，Cl-在失电子呢？放电顺序：——氧化性最强的离子先得电子二、电解质溶液中的离子放电规律阴极：还原性渐弱氧化性渐强K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+H+Cu2+Fe3+Hg2+Ag+......KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu......（只在熔化状态下才放电）（浓度很大时排在H+前）（水溶液中只考虑此部分）上述顺序基本上与金属活动顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。活性阳极S2－I－Br－Cl－OH－(水)含氧酸根离子——还原性最强的离子先失电子除Pt、Au、石墨外的金属电极阳极：分别以Fe和石墨为电极电解CuCl2溶液，写出电极反应方程式及总的反应方程式。练习：（水溶液中只考虑此部分）电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果：离子放电的顺序阳离子阴离子H+Na+OH－SO42－4OH－－4e－＝2H2O+O2↑4H++4e－＝2H2↑2H2O＝＝O2↑+2H2↑电解阳极：阴极：考考你Na2SO4=2Na++SO42-H2O≒H++OH-或4H2O+4e-＝2H2↑+4OH-总反应：或4H2O－4e-＝2O2↑+4H+以碳棒为电极，电解下列溶液，写出电极反应式，并总结电解规律：1.CuCl2HI2.Na2SO4、H2SO4、NaOH3.NaClKCl4.AgNO3CuSO4动动手：电解池与原电池有哪些异同:装置原电池电解池装置实例定义形成条件将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置①活泼性不同的两电极②电解质溶液③形成闭合回路④存在自发进行的氧化还原反应①两电极接直流电源②电解质溶液③形成闭合回路电解类型1.电解水型2.电解电解质型3.析氢生碱型4.析氧生酸型——电极为惰性电极且对象为电解质溶液!注：二、电解类型返回——电解最高价含氧酸、强碱溶液、活泼金属的最高价含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、NaOH、Na2SO4等总反应：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。例如：电解硫酸钠溶液增大水1.电解水型返回阳极：阴极：4H2O+4e-＝2H2↑+4OH-4H2O－4e-＝2O2↑+4H+——电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的非含氧酸盐溶液，如电解HCl、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)2Cl－－2e－＝Cl2↑2H++2e－＝H2↑2HCl＝＝Cl2↑+H2↑电解减小溶质2.电解电解质型例如：电解盐酸返回阳极：阴极：总反应：——电解活泼金属的非含氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl、NaBr、KCl等电解后原溶液中溶质的质量分数，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的。阳极：4Cl－－4e－＝2Cl2↑阴极：4H2O+4e-＝2H2↑+4OH-总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解3.析氢生碱型例如：电解NaCl溶液减小HCl返回——电解不活泼金属的最高价含氧酸盐时，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：4H2O－4e-＝2O2↑+4H+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，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量。4.析氧生酸型例如：电解CuSO4溶液减小金属氧化物类型实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原需加入的物质电解水型H2SO4NaOHNa2SO4电解电解质型HClCuCl2放O2生酸型CuSO4放H2生碱型NaClH2OH2OH2O增大增大增大减小增大不变H2OH2OH2O电解质电解质电解质和水电解质和水减小减小生成新电解质---酸生成新电解质---碱增大减小增大氯化氢氯化铜氧化铜氯化氢(1).电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。(2).电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。(3).电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①.若为酸性pH，②.若碱性溶液，则溶液的pH，③.若为中性，则pH。增大减小减小增大不变电解过程中溶液pH的变化规律考考你:1、(2008·东北育才理综模拟)以惰性电极电解CuSO4溶液。一段时间后取出电极，加入9.8gCu(OH)2后溶液与电解前相同，则电解时电路中流过的电子为()A.0.1molB.0.2molC.0.3molD.0.4molD2、在500mL1.0mol·L－1的CuSO4溶液中，阳极为100gCu片，阴极为100gZn片，通电一段时间后，立即取出电极，测得Zn片质量变为106.4g，此时剩余溶液中CuSO4的物质的量浓度为()A.0.25mol·L－1B.0.8mol·L－1C.1.0mol·L－1D.1.2mol·L－1C返回电解原理的应用1.氯碱工业2.铜的电解精炼3.电镀4.电冶金三、电解原理应用现象：实验装置1.氯碱工业有气泡产生，能使湿润的淀粉－KI溶液变蓝有气泡产生，滴加酚酞溶液变红2Cl-—2e-=Cl2↑2H2O+2e-=H2↑+2OH-电解2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑阳极：阴极：总式：阳极：阴极：实验装置－+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(1)、生产设备名称：阴极：阳极：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，而影响氢氧化钠的纯度。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱碳钢钛食盐水的精制:粗盐泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42－等杂质①、混入产品，导致产品不纯②、生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞离子交换膜孔。如何除去粗盐水中的杂质？试剂：BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液、HCl溶液粗盐水NaOHBaCl2Na2CO3过滤适量HCl除Mg2+、Fe3+除SO42-除Ca2+及过量Ba2+滤去泥沙及沉淀除过量的OH－、CO32－阳离子交换树脂精盐水少量Ca2+、Mg2+1.Na2CO3必须在BaCl2之后2.加入盐酸在过滤之后2.铜的电解精炼一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜含杂质(ZnFeNiAgAu等)阳极：Zn—2e-==Zn2+Fe—2e-==Fe2+Ni—2e-==Ni2+Cu—2e-==Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-==Cu阳极泥纯铜粗铜CuSO4溶液——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。待镀金属镀层金属易溶性待镀金属的盐溶液3.电镀原理：FeCuCuSO4溶液金属冶炼：Mn＋＋ne－===M.(1)、电解熔融的氯化钠冶炼金属钠：①.阳极反应：.②.阴极反应：.③.总反应：.2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑4.电冶金(2)、电解熔融的氯化镁冶炼金属镁：①.阳极反应：.②.阴极反应：.③.总反应：.2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2e－===MgMgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑(3)、电解熔融的氧化铝冶炼金属铝：①.阳极反应：.②.阴极反应：.③.总反应：.6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al2Al2O3(熔融)=====电解4Al＋3O2↑1、为了除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Fe3＋、SO42-及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，正确的操作顺序是()①.过滤②.加过量的NaOH溶液③.加入适量盐酸④.加过量的Na2CO3溶液⑤.加入过量的BaCl2溶液A.①④②⑤③B.④①②⑤C.②⑤④①③D.⑤②④①③CD考考你:2、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A.a为正极，b为负极；NaClO和NaClB.a为负极，b为正极；NaClO和NaClC.a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD.a为阴极，b为阳极；HClO和NaClB例题3：（08天津高考12）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（）（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）A.阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2++2e—=NiB.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和PtD4、在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是()A.锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B.铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C.铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D.锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子A返回四、金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀2.金属腐蚀的类型4.防止金属腐蚀的方法夯实基础：金属的腐蚀与防护3.影响金属腐蚀快慢的因数：——金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。1.金属腐蚀：实质：金属被氧化M-ne-=Mn+返回2.金属腐蚀的类型①.化学腐蚀②.电化学腐蚀（主要）（次要）原电池腐蚀电解池腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀（次要）（主要）钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图负极（Fe）：Fe-2e—=Fe2+正极（C）：2H++2