高三一轮复习：《电解池原理及其应用》课件.ppt

1、 高三化学第一轮复习高三化学第一轮复习 电解池原理及其应用电解池原理及其应用 一、电解池原理一、电解池原理1.定义：定义：(1)直流电源直流电源(2)两个电极（活性或惰性）两个电极（活性或惰性）(3)电解质溶液或熔融电解质电解质溶液或熔融电解质 （4）形成闭合回路）形成闭合回路 电能转化为化学能的装置为电解池，它是一电能转化为化学能的装置为电解池，它是一个在电流作用下，电解质在两极上发生个在电流作用下，电解质在两极上发生非自发非自发的氧化还的氧化还原反应的过程原反应的过程。2.构成条件构成条件3.电极名称电极名称：与电源负极相连的电极为与电源负极相连的电极为阴极阴极与电源正极相连的电极为与电源

2、正极相连的电极为阳极阳极电极的判断方法电极的判断方法例例1.1.判断下列装置是原电还是电解池判断下列装置是原电还是电解池4.电子、离子电子、离子定向移动方向定向移动方向：“负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极”即即“阳极失电子，阴极得电子阳极失电子，阴极得电子”电解池电解池必发生必发生得电子得电子的的还原反应还原反应必发生必发生失电子失电子的的氧化反应氧化反应阴离子向阳极移动阴离子向阳极移动阳离子向阴极移动阳离子向阴极移动 如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？不变？问题讨论：问题讨论：设计成电解池且设计成电解池且铁作阴极或做原铁作阴极或做原电池

3、的正极电池的正极练习练习2:2:某学生设计了一个某学生设计了一个“黑笔写红字黑笔写红字”的趣味的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是正确的是 ( )( )A.A.铅笔端作阳极，发生还原反应铅笔端作阳极，发生还原反应B.B.铂片端作阴极，发生氧化反应铂片端作阴极，发生氧化反应C.C.铅笔端有少量的氯气产生铅笔端有少量的氯气产生D.aD.a点是负极，点是负极，b b点是

4、正极点是正极D1.通电前，溶液中有哪些离子？通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？运动情况如何？思考2.2.通电时，离子的运动情况有什么改变？通电时，离子的运动情况有什么改变？CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2O H+ + OH- 阳离子：阳离子：Cu2+、H+ 移向阴极移向阴极阴离子：阴离子：Cl-、OH-移向阳极移向阳极 无规则运动无规则运动定向运动定向运动5.离子放电顺序及电解产物的判断离子放电顺序及电解产物的判断活泼金属阳极活泼金属阳极S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根含氧酸根F-（1）阳极上（氧化反应）阳极上（氧化反应）首先看电极，如果是活性电极（金属活动性顺序表Ag以前

5、），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如果是惰性电极（Pt、石墨等），则要看溶液中离子的失电子能力。根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序l (2)阴极上（还原反应）阴极上（还原反应）l 无论是惰性电极还是金属电极都不参与无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。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：阳离子在阴极上放电顺序是：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+H2O（H+）Al3+Mg2+Na+ 上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子，但泼的

6、金属，其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧氧化性较化性较Cu2+强。强。阴极电离电离 电解电解 条件条件过过程程 特特点点 联系联系 电解质溶于水或电解质溶于水或受热融化状态受热融化状态电解质电离后，电解质电离后，再通直流电再通直流电电解质电离成为自电解质电离成为自由移动的离子。由移动的离子。CuClCuCl2 2=Cu=Cu2+2+2Cl+2Cl- -通电通电阴阳离子定向移动，阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成在两极上失得电子成为原子或分子。为原子或分子。CuClCuCl2 2=Cu+Cl=Cu+Cl2 2 只产生自由移动只产生自由移动的离子的离子 发生氧化还原反应发生氧化还原反应生成了新物

7、质生成了新物质 电解必须建立在电离的基础上电解必须建立在电离的基础上 小结小结1电离与电解的区别与联系电离与电解的区别与联系练习练习2 2：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极：说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2Cl- - 2e- = Cl2 2H+2e- = H2 2HCl = H2HCl = H2 +Cl+Cl2 通电通电2H2H+2Cl+2Cl- = H = H2 +Cl+Cl2 通电通电6.电极反应书写电极反应书写1、基础电解池（即判断放电顺序）、基础电解池（即

8、判断放电顺序）阳极：阳极：4OH- - 4e- = 2H2O+O2 阴极阴极：Cu 2+ 2e-= Cu2CuSO4+2H2O = 2H2 SO4+O2 +2Cu 通电通电总反应：总反应：2Cu2+2H2O = 4H+O2 +2Cu 通电通电阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：2Cl- - -2e- =Cl2 2H+2e- = H2 2NaCl+2H2O = H2 +Cl2 +2NaOH通电通电2Cl-+2H2O = H2 +Cl2 +2OH-通电通电练习练习3 3. .右图中右图中x x、y y分别是分别是直流电源的两极直流电源的两极, ,通电后通电后发现发现a a极板质量增加极板质量增

9、加,b,b极极板处有无色无臭气体放出板处有无色无臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的 ( )( )A 1 1、指出下列装置的名称、电极名称，写出电、指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应式，并表示出电子移动方向。极反应式，并表示出电子移动方向。 e-如何流向如何流向?e-? ?池池?池池? ?极极? ?极极? ?极极? ?极极电解池电解池正正极极负负极极原电池原电池阳阳极极阴阴极极多池判断多池判断如有外接电源则均为电解池。如如有外接电源则均为电解池。如无外接电源则电极活性差异最大者为原电无外接电源则电极活性差异最大者为原电池，其余均为电解池。池，其余均为电解池。练练 习习4为下图所

10、示装置中，为下图所示装置中，a、b都是惰性电极，都是惰性电极，通电一段时间后，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说极附近溶液呈红色。下列说法正确的是法正确的是 ( )AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC (2014全国全国)H H3 3POPO2 2也可用电渗析法制备。也可用电渗析法制备。 “ “四室电渗析法四室电渗析法”工作原理如图所示工作原理如图所示( (阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子阳膜和

11、阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过通过) )： 写出阳极的电极反应式写出阳极的电极反应式 。 分析产品室可得到分析产品室可得到H H3 3POPO2 2的原因的原因 。只允许阳离子通过（通只允许阳离子通过（通过阳离子移动平衡电荷）过阳离子移动平衡电荷）只允许阴离子通过（通过阴只允许阴离子通过（通过阴离子移动平衡电荷）离子移动平衡电荷）6.电极反应书写电极反应书写2、非基础电解池、非基础电解池关键即根据化合价升降找出阴、阳极反应物产物关键即根据化合价升降找出阴、阳极反应物产物“三步配平三步配平”阴极：得电子阴极：得电子 化合价降低的物质化合价降低的物质 降低后的产物降低后的产物阳极：失电子阳极：失

12、电子 化合价升高的物质化合价升高的物质 升高后的产物升高后的产物（1）电解时，只生成）电解时，只生成H2而不生成而不生成O2，则溶液的，则溶液的pH 。 （2）电解时，只生成）电解时，只生成O2而不生成而不生成H2，则溶液的，则溶液的pH 。（3）电解时，既生成）电解时，既生成H2又生成又生成O2，则实际为电解水。，则实际为电解水。若为酸性若为酸性 pH ，若碱性溶液，则溶液的若碱性溶液，则溶液的pH ，若为中性，则若为中性，则pH 。增大增大减小减小减小减小增大增大不变不变7.电解过程中溶液pH的变化规律及电解总反应的书写电解总反应电解总反应=阳极反应阳极反应+阴极反应。阴极反应。小结小结不

13、能单纯的相互叠加，不能单纯的相互叠加，叠加时需注意放电离子是否来源于叠加时需注意放电离子是否来源于强电解质。强电解质。判断电解后溶液浓度变化，判断电解后溶液浓度变化，pH变化的最佳方法是利用总反变化的最佳方法是利用总反应判断。（应判断。（即判断即判断H2O H+ OH-反应前后的变化情况。反应前后的变化情况。）用惰性电极实现电解，下列说法正确的是用惰性电极实现电解，下列说法正确的是A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变不变B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶，故溶液液pH减小减小C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上

14、析出产电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为物的物质的量之比为1:2D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为产物的物质的量之比为1:1【跟踪训练【跟踪训练】D原电池和电解池知识总结比较表原电池和电解池知识总结比较表内容内容原电池原电池电解池电解池电极电极规定规定电极电极反应反应电子移电子移动方向动方向能量能量转变转变较活泼金属做负极较活泼金属做负极阴极：连接电源负极阴极：连接电源负极的一极的一极负极氧化、正极还原负极氧化、正极还原阳极氧化、阴极还原阳极氧化、阴极还原负极流向正极负极流向正极负极流出、流入正极负极流出、流入

15、正极化学能变为电能化学能变为电能电能变为化学能电能变为化学能小结小结2分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子小结小结3电解电解类型类型 举举 例例 电极反应电极反应 溶液溶液pHpH变化变化 溶液复原溶液复原方法方法 物质类别物质类别 实例实例 水水电电解解含氧酸含氧酸H H2 2SOSO4 4 强碱强碱NaOHNaOH 活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐 NaNa2 2SOSO4 4 溶溶质质电电解解无氧酸无氧酸 HClHCl

16、 不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐 CuClCuCl2 2 _ _溶质和溶质和水同时水同时电解电解活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐 NaClNaCl 不活泼金属不活泼金属的含氧酸盐的含氧酸盐 CuSOCuSO4 4 电解的基本规律电解的基本规律阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：4H4H+ +4e+4e=2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e =Cl=Cl2 2阴极：阴极：4H4H+ +4e+4e =2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e- = Cl= Cl2 2阴极：阴极：CuCu2+2+2e+2e = Cu=

17、 Cu阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e = Cl = Cl2 2阴极：阴极：2H2H2 2O+2eO+2e=H=H2 2+2OH+2OH- - 阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：2Cu2Cu2+2+4e+4e=2Cu=2Cu减小减小增大增大不变不变增大增大增大增大减小减小H H2 2O OHClHClCuClCuCl2 2 HClHClCuOCuO工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。 （一）氯碱工业（一）氯碱工业通电2NaCl+2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 二、电解池原理的应用

18、二、电解池原理的应用l （1 1）在在NaClNaCl溶液中溶液中,NaCl,NaCl电离出电离出 ，H H2 2O O电离出电离出 。 通电后，在电场的作用下，通电后，在电场的作用下， 向阴极移动，向阴极移动， 向阳极移动。向阳极移动。 在阳极，由于在阳极，由于 容易失去电子，被氧化生成容易失去电子，被氧化生成 。 阳极方程式：阳极方程式： ; ; （2 2）在阴极，由于）在阴极，由于 容易得到电子被还原生成容易得到电子被还原生成 使使H H2 2O O 电离向右移动，因此阴极电离向右移动，因此阴极 浓度增大浓度增大PHPH 。l 阴极方程式：阴极方程式： 。2Cl- - 2e- = Cl2

19、2H+ + 2e- = H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大增大Na+、H+氯碱工业氯碱工业l总化学方程式：总化学方程式： l总离子方程式总离子方程式: l(3)(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：l _ ，两极极板上，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？都有气体产生，如何检验气体的种类？ NaOH2HClOH2NaCl2222电解OH2HClOH2Cl2222电解 阴极附近的溶液无色变为红色阴极附近的溶液无色变为红色阳极阳极:把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,产生气

20、体可以使湿润产生气体可以使湿润KI淀粉试纸变蓝色。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: .第一个问题:Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜(1)(1)生产设备名称：阳离子交换膜电解槽生产设备名称：阳离子交换膜电解槽 阳离子交换膜：阳离子交换膜：只允许阳离子通过，只允许阳离子通过， 把电解槽隔成阴极室和阳极室。把电解槽隔成阴极室和阳极室。 (2)(2)离子交换膜的作用：离子交换膜的作用： a a、防止、

21、防止Cl2和和H2混合而引起爆炸混合而引起爆炸 b b、避免、避免Cl2与与NaOH反应生成反应生成NaClO影响影响NaOH的产量。的产量。提示：提示：第二个问题：精第二个问题：精制制食盐水食盐水 由于粗盐中含有泥沙、由于粗盐中含有泥沙、Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO42等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子等杂质，会在碱液中形成沉淀从而损坏离子交换膜，那么如何除去这些杂质呢？交换膜，那么如何除去这些杂质呢？3、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？合理的顺序逐一除杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+ 、Mg

22、2+、 Fe3+ 、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？（二）电镀（二）电镀1 1、定义：、定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。层其它金属或是合金的过程。2 2、目的：、目的：4、电镀的特点：、电镀的特点：3 3、电镀材料的选择：、电镀材料的选择：阴极阴极镀件镀件电镀液电镀液含有镀层金属离子的溶液含有镀层金属离子的溶液阳极阳极镀层金属镀层金属 使金属增强抗腐蚀的使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。能力，增加美观和表面硬度。1 1）阳极本身参加电极反应阳极本身参加电极反应2 2）电解质溶液的浓度保持不变

23、电解质溶液的浓度保持不变二、电解池原理的应用二、电解池原理的应用（三）铜的电解精炼（三）铜的电解精炼阳极：阳极： Cu = Cu2+2e-阴极：阴极：CuCu2+2+ 2e+ 2e- - = Cu Cu 杂质比铜活泼的杂质比铜活泼的ZnZn、FeFe等：等：Zn -2e- = Zn2+ Fe -2e- = Fe2+ 活泼性在铜之后的银、金等：活泼性在铜之后的银、金等：还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。留在溶液中，成为阳极泥。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。（天津高考（天津高考12

24、）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是的镍，下列叙述正确的是 （ ） （已知：氧化性（已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+）A阳极发生还原反应，其电极反应式：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电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和和 Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有电解后，电解槽底部的阳

25、极泥中只有Cu和和PtD（四）电冶金（四）电冶金 1 1、制取金属钠、制取金属钠电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠阳极：阳极：2Cl - - 2e- = Cl2阴极：阴极：2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：通电2NaCl = 2Na + Cl2 2 2、制取金属铝、制取金属铝电解熔融氧化铝电解熔融氧化铝阳极：阳极：6O2- - 12e- = 3O2阴极：阴极：4Al3+ + 12e- = 4Al总反应：总反应： 通电2Al2O3 = 4Al + 3O2注意：注意：反应过程中使用冰晶石反应过程中使用冰晶石1 1、金属腐蚀的本质：、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧

26、化反应金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2 2、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型三、金属的腐蚀和防护三、金属的腐蚀和防护类型类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀条件条件金属跟非金属单金属跟非金属单质直接接触质直接接触不纯金属或合金跟不纯金属或合金跟电解电解质溶液质溶液接触。接触。现象现象无无电流产生电流产生有微弱有微弱电流产生电流产生本质本质金属被金属被氧化氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化联系联系两者往往同时发生，两者往往同时发生，电化学腐蚀电化学腐蚀更普遍更普遍析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）为例）析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜酸性较强水膜酸性较强（pH4.3）水膜酸性很弱或中性水膜酸性很弱或中性 总反应式总反应式O2+2H2O+4e- =4OH-2H+2e- =H2Fe+2H+=Fe2+H2 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2Fe - 2e = Fe2+负极负极正极正极电极反应电极反应联系联系吸氧腐蚀更普遍。吸氧腐蚀更普遍。如图如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：中性或碱中性或碱 Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸酸Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 合金合金 、不锈钢不锈钢原电池原电池 活泼活泼 正正 电解池电解池 负负 阴阴