第三节电解池

第四章电化学基础第三节电解池2020年5月19日星期二[实验4-2]：P79现象：（1）阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜（2）阳极石墨棒上有使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体H+OH-阴极阳极1、电解的概念：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叫做电解。一、电解原理2、电解池的概念：把电能转变为化学能的装置，又称电解槽。3、构成：直流电源、两个电极、电解质溶液或熔融态电解质注意：电解质先电离后电解；导电过程就是电解过程。2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)Cu2++2e-=Cu(还原反应)总反应：CuCl2Cu+Cl2↑电解阴极不参与电解反应；活性阳极先于阴离子放电。惰性电极：石墨、金、铂活性电极：石墨、金、铂以外的金属阳离子得电子，放电e-e-阴离子失电子，放电氧化性强的先得电子还原性强的先失电子阴极阳极氯气铜实例电极反应浓度PH值复原CuCl2CuCl2Cu+Cl2↑电解阳极:(Cl-OH-):2Cl--2e-=Cl2↑阴极(Cu2+H+)：Cu2++2e-=2Cu减小增大加适量CuCl2晶体电解CuCl2电解NaCl阴极阳极氢气氯气实例电极反应浓度PH值复原NaCl阳极(Cl-OH-):2Cl--2e-=Cl2↑阴极(Na+H+):2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑减小增大通入适量HCl电解阴极：氧化性强的阳离子先得电子金属越不活泼,对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。阳极：还原性强的阴离子先失电子Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（先于H+放电）Pb2+Sn2++Fe2+Zn2+(浓度大时先于H+放电)H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+水中H+先放电金属（除Pt、Au）S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸F－4、放电顺序：金属阳极先放电，离子后放电5．电解后溶液的pH变化判断规律1．只有H+放电，无OH―放电：pH增大。例如：HCl。2．只有OH―放电，无H+放电：pH减小。例如：CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2。3．H+、OH―同时放电，具体分析。例如：强酸——pH减小，如H2SO4强碱——pH增大，如NaOH强酸强碱盐——pH不变，如Na2SO44．H+、OH―都不放电，所以pH不变。比如CuCl2。【开拓与创新】关于“电解氯化铜溶液时的pH值变化”问题，化学界有以下两种不同的观点：观点一：“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的pH值升高。观点二：“实验派”经过反复多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化有如右曲线关系。请回答下列问题：（l）电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是（用离子方程式说明）。.（2）“理论派”所持观点的理论依据是（3）“实验派”的实验结论是，他们所述“精确的实验”是通过来准确测定溶液的pH值的。（4）你持何种观点？你所持观点的理由是（从化学原理上加以简述）。【解题研究】（1）CuCl2中的Cu2＋能发生水解反应:Cu2＋+2H2OCu(OH)2+2H＋，使CuCl2溶液呈酸性。（2）电解时候，Cu2＋可在阴极上放电析出Cu，随着c(Cu2＋)的降低，Cu2＋的水解平衡向左移，导致溶液中c(H＋)下降，溶液的pH值升高（但不会超过7）。（3）溶液的pH值降低，pH计。（4）持“实验派”的观点。因阴极上产生Cl2，一部分Cl2溶于水后发生反应Cl2+H2O=H＋+Cl―+HClO，故使溶液中c(H＋)增大（主要矛盾），即pH值降低。小结金属导电电解质溶液导电定向移动的微粒自由电子自由移动的离子有无化学变化无氧化还原反应升温导电性减弱导电性增强2、电解和电离比较：1、金属导电和电解质溶液导电比较：电离电解条件在水溶液或者熔化状态下在电流作用下过程电解质离解成自由移动的离子的过程离子发生氧化还原反应的过程特点自发非自发联系电解质的电解必须建立在电离的基础上3、电解和电离、原电池和电解池的比较：原电池电解池电极名称正、负极阴、阳极电子流动方向负极正极电源负极阴极，阳极电源正极电极反应负极：氧化反应；正极：还原反应阳极：氧化反应；阴极：还原反应能量变化化学能→电能电能→化学能练习：以碳棒为电极，电解下列溶液，写出电极反应式1、CuCl2、HCl、HBr、HI2、Na2SO4、H2SO4、NaOH3、NaCl，KCl，NaBr，NaI，4、AgNO3、CuSO4、Cu(NO3)2实例电极反应浓度pH复原阴极阳极氯气铜实例电极反应浓度PH值复原CuCl2CuCl2Cu+Cl2↑电解阳极:(Cl-OH-):2Cl--2e-=Cl2↑阴极(Cu2+H+)：Cu2++2e-=2Cu减小增大加适量CuCl2晶体第一组：电解CuCl2阴极阳极碘氢气实例电极反应浓度PH值复原HI2HII2+H2↑阳极:(I-，OH-):2I--2e-=I2阴极(H+)：2H++2e-=H2↑减小增大通入适量HI第一组：电解HI溶液电解阴极阳极氧气氢气阳极(OH-SO42-):4OH--4e-=2H2O+O2↑实例电极反应浓度PH值复原Na2SO4阴极(H+Na+):4H++4e-=2H2↑变大不变加H2O2H2O==2H2↑+O2↑通电第二组：电解Na2SO4阴极阳极氧气氢气阳极(OH-SO42-):4OH--4e-=2H2O+O2↑实例电极反应浓度PH值复原H2SO4阴极(H+):4H++4e-=2H2↑变大变小加H2O2H2O==2H2↑+O2↑通电第二组：电解H2SO4阴极阳极氧气氢气阳极(OH-):4OH--4e-=2H2O+O2↑实例电极反应浓度PH值复原NaOH阴极(H+Na+):4H++4e-=2H2↑变大变大加H2O2H2O==2H2↑+O2↑通电第二组：电解NaOH第三组：电解NaCl阴极阳极氢气氯气实例电极反应浓度PH值复原NaCl阳极(Cl-OH-):2Cl--2e-=Cl2↑阴极(Na+H+):2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑减小增大通入适量HCl电解阴极阳极氧气铜实例电极反应浓度PH值复原CuSO42CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4阴极(Cu2+H+):2Cu2++4e-=2Cu减小加适量CuO固体第四组：电解CuSO4阳极(SO42-OH-):4OH--4e-=2H2O+O2↑减小电解二、电解产物判断规律（惰性电极）1．电解水型：强含盐氧酸、可溶性强碱和活泼金属含氧酸盐，其水溶液电解时，实际为电解水，产物为H2和O2。例如：Na2SO4、H2SO4、NaOH等。2．电解本身型：电解无氧酸和不活泼金属无氧酸盐的溶液，是自身电解。例如：HCl、CuCl2等（HF例外）。3．放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐的水溶液时，阴极析出金属，阳极放出O2。例如：CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2等。4．放氢生碱型：电解活泼金属无氧酸盐的溶液时，阴极放出H2，阳极析出非金属单质。例如：NaCl、KI、Na2S等。1、以Fe为阴极，Cu为阳极，电解CuSO4，画出电解池，标出电极名称，写出电极反应。2、以Cu为阴极，Ag为阳极，电解AgNO3，画出电解池，标出电极，写出电极反应。练习二、电解原理的应用1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2H++2e-==H2↑总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电食盐水中存在的离子：Na+、Cl-、H+、OH-离子放电顺序：阳离子H+＞Na+阴离子Cl-＞OH-电极反应：阳极氧化反应阴极还原反应H+Na+Cl-OH-阴极阳极二、电解原理的应用2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）电镀铜原理铜片待镀件硫酸铜溶液阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液（硫酸铜溶液）电镀铜电镀应用于铜的电解精练电极反应式阴极（纯铜）:Cu2++2e-=Cu(还原反应)阳极（粗铜）:Cu-2e-=Cu2+(氧化反应)杂质：Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥电解精练铜原理粗铜板纯铜板硫酸铜溶液3、电冶金（使用电解法冶炼象钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电电解熔融氯化钠制钠3、电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金属的方法）制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑通电冰晶石装置原电池电解池实例原理形成条电极名称电子流向电流方向电极反应能量转化应用发生氧化还原反应，从而形成电流电流通过引起氧化还原反应两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、自发发生氧化还原反应电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极（外电路）负极→正极电源负极→阴极→阳极→电源正极（外电路）正极→负极电源正极→阳极→阴极→电源负极负极：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e-=H2↑（还原原应）阳极：2CI--2e-=CI2↑(氧化反应)阴极:Cu2++2e-=Cu(还原反应)化学能→电能电能→化学能设计电池、金属防腐氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼铜锌原电池电解氯化铜思考交流对比原电池和电解池。电解池小结与电源正极相连阳极阴极与电源负极相连发生氧化反应阳离子移向阴离子移向发生还原反应1、电源、电极、电极反应关系2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金练习分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。2．(1)右图的装置会出现什么现象？并完成电极反应式和总反应式。(2)左边烧杯为_____装置，右边烧杯为_____装置。当Zn减轻0.65g时，左边烧杯的碳棒增重____g，右边烧杯的左边碳棒为__极，产生的气体为___mol，右边烧杯的右边碳棒为__极，在标状下产生的气体为___mL。原电池电解池