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新课标人教版选修四 第三节电解池

新课标人教版选修四 第三节电解池. 2010年12月23日. 联想*质疑. 金属钠是在 1807 年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在 1891 年才获得成功。 1921 年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。. 已知： 1molNa 在氯气中燃烧放出 411kJ 的热量，试写出该反应的热化学方程式。. 电解是将电能转化为化学能的一种重要方法. 实验： 用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠. 一、电解原理 （以电解氯化钠为例）.

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新课标人教版选修四 第三节电解池

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  1. 新课标人教版选修四第三节电解池 2010年12月23日

  2. 联想*质疑 金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。 已知：1molNa在氯气中燃烧放出411kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式。 电解是将电能转化为化学能的一种重要方法

  3. 实验：用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠 一、电解原理（以电解氯化钠为例） 阴极 阳极 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) 氯 气 钠 熔融NaCl 阴极：有金属钠析出

  4. 实验分析： 通电前：分析熔融电解质中的离子情况 阳离子：Na+ 阴离子：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

  5. 通电 2NaCl 2Na+Cl2 ↑ （2）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：2Na+ +2e-→2Na还原反应 总式：

  6. 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

  7. 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）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

  8. 电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。 以电解氯化铜为例 实验：用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液 阴极 阳极 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) 氯 气 铜 CuCl2溶液 阴极：碳棒上有一层红色的铜析出

  9. 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

  10. 电解 CuCl2 Cu+Cl2 ↑ （2）判断离子的放电顺序： 阳离子：Cu2+>H+阴离子：Cl->OH- （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： （4）分析电解质溶液的变化情况： 氯化铜溶液浓度降低

  11. 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。 阳极： 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人溶液，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（由易到难）是： S2->I->Br->Cl->OH->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F- 阴极: 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： Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）

  12. 电解规律 实例 电极反应 浓度 PH值 复原 CuCl2 电解 CuCl2 Cu+Cl2 ↑ 阴极 阳极 氯 气 铜 CuCl2溶液 阳极：2Cl--2 e- =Cl2↑ 减小 减小 CuCl2 阴极：Cu2++ 2e-=2Cu↓

  13. 实例 实例 电极反应 电极反应 浓度 浓度 PH值 PH值 复原 复原 Na2SO4 Na2SO4 电解 阴极 阳极 氧气 氢 气 Na2SO4溶液 阳极: 4OH- → 4e- ＋ 2H2O+O2↑ 不 变 加 H2O 阴极:4H ++ 4e- → 2H2 ↑ 变大 2H2O 2H2 ↑+ O2 ↑

  14. 实例 电极反应 浓度 PH值 复原 NaCl 电解 阳极 阴极 氯气 氢 气 NaCl溶液 阳极: 2Cl- → 2e- ＋ Cl 2↑ 增 大 加 HCl 减小 阴极: 2H ++ 2e- → H2 ↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑+ Cl2 ↑

  15. 电解 2CuSO4+2H2O 2Cu +O2↑+ 2H2SO4 阳极 阴极 氧 气 铜 CuSO4溶液 阳极: 4OH- -4e- →2H2O+O2↑ 加 CuO 阴极：Cu2++ 2e- →Cu 减小 减小

  16. 电解规律（惰性电极）小结 Ⅱ Ⅰ Ⅲ Ⅳ 阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- 阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+ Ⅰ与Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2、HCl Ⅰ与Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl Ⅱ与Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 Ⅱ与Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4、NaOH

  17. 电解质溶液用惰性电极电解的示例： 含氧酸 H2SO4 减小 阳极：4OH-→4e-＋O2+2H2O 阴极：4H+ + 4e- → 2H2↑ 强碱 NaOH 增大 H2O 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 不变 阳极：2Cl- →2e-＋Cl2↑ 阴极：2H++2e- →H2↑ 无氧酸 HCl 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 阳极：2Cl- →2e- ＋Cl2↑ 阴极：Cu2++2e- →Cu↓ CuCl2 CuCl2 减少 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl- →2e- ＋Cl2↑ 阴极：2H++2e- →H2↑ 增大 HCl 不活泼金属的含氧酸盐 阳极：4OH- →4e-＋O2↑+2H2O 阴极：2Cu2++4e- →2Cu↓ CuO CuSO4 减小

  18. 巩固练习 Fe Ag AgNO3 （D） Pt Pt Cu Ag Cu C CuSO4 NaHSO4 AgNO3 （ A ） （B） （C） 1.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。

  19. 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 B

  20. 3.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在①和④两极，电极产物的物质的量之比为1︰2的是3.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在①和④两极，电极产物的物质的量之比为1︰2的是 甲 乙 • A B C D • 甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4 • 乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 D

  21. •X Y • Cu a Pt b CuSO4溶液 NaCl和酚酞溶液 4.为下图所示装置中，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 AC

  22. 5.用两支惰性电极插入50mLAgNO3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、27mg B、54mg C、108mg D、216mg B

  23. 第三节 电解池２

  24. 二、电解原理的应用

  25. 实验装置 电解饱和食盐水反应原理 在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源 思考: （1）电解池的两极各产生什么现象?若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象? （2）怎样初步检验两极产物的生成? （3）结合教材，分析产生这种现象的原因。

  26. 实验装置 1.电解食盐水 现象： 阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉－KI溶液变蓝 阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红 阳极：2Cl--2e- =Cl2↑ 阴极：2H++2e- =H2↑ 总式：2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑ 通电

  27. 氯碱工业:离子交换膜法制烧碱 （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。

  28. + － 阳 极 金属钛网 阴 极 碳钢网 Na+ Cl2 H2 淡盐水 NaOH溶液 Cl2 H+ Cl— OH— 阴极室 阳极室 离子交换膜 精制饱和NaCl溶液 H2O（含少量NaOH）

  29. 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(Zn Fe Ni Ag Au 等) 纯铜 粗铜 阳极： Zn→ Zn2+＋2e- Fe → Fe2+＋2e- Ni→ Ni2+＋2e- Cu→ Cu2+＋2e- Zn Fe Ni CuAg Au CuSO4溶液 阳极泥 阴极:Cu2+ + 2e-→ Cu 问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？

  30. 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，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。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，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。 铜片 铁片 硫酸铜溶液 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

  31. 总式：2Al2O3 4Al+3O2 ↑ 通电 4.冶炼铝 原理: 阳极：6O2--12 e- =3O2↑ 阴极：4Al3+ + 12e- =4Al 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?

  32. 阳极C 电解质 熔融态铝 钢壳 耐火材料 阴极C 钢导电棒 冶炼铝设备图 烟罩

  33. 电解池、电解精炼池、电镀池的比较 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。 将电能转变成化学能的装置。 ①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极 ②电镀液须含有镀层金属的离子 ①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极 ②电解质溶液须待提纯金属的离子 ①两电极接直流电源 ②电极插人电解质溶液 ③形成闭合回路 阳极：镀层金属； 阴极：镀件 阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连 阳极：不纯金属； 阴极：纯金属 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应

  34. 思考: e- 1. a 、b哪一极为正极？ 2. 若要给铁叉镀锌， X极选用什么材料？ 选择何种溶液？ X

  35. 金属性强弱的判断 已知①M+N2+=M2++N ②Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐，阴极先析出M ③N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：P>M>N>E

  36. 工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4 1.电解时,应以作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会, 2.阳极反应式为, 3.总电解反应式为. 答案:Fe 增大 MnO42—_e-=MnO4— 2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑

  37. 电解计算——电子守恒法 例一 ： 铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量. 解析：阳极 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 阴极 Cu2++2e- =Cu↓ 2H++2e- =H2↑ 阳极转移电子的物质的量为: 0.5×4 = 2mol,消耗4OH- 2mol,即产生H+ 2mol. 阴极生成0.5molH2,消耗H+ 1mol;所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成H2转移的电子:0.5 ×2=1mol,故还有1mole-用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.

  38. 形成练习： 用石墨电极电解100mL H2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L A 阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol 则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A

  39. 例二 ： 某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求： ①金属M的相对原子质量及 x、n 值； ②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。 Mx+ + xe- = M 0.005mol 0.01mol 0.32g 所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3 产生H+为0.01mol，pH=1

  40. 练 习 1.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

  41. 2. 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 B

  42. 巩固练习 1．如图所示： 通电后A极上析出Ag (1) 判断电源以及甲、乙、丙三池中的电极名称，并分别书写电极反应式 （2）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 B

  43. 2.按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）：2.按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）： （1）U型管内发生什么现象?写出有关反应的化学方程式 （2）在A b烧杯中发生什么现象 （3）如果小烧杯中有0.508克碘析出，问大烧杯中，负极减轻多少克?

  44. 3.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7.68克，溶液质量增加0.03克，则A合金中Cu、Zn原子个数比为3.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7.68克，溶液质量增加0.03克，则A合金中Cu、Zn原子个数比为 A 4︰1 B 3︰1 C 2︰1 D 任意比

  45. 精制食盐水 粗盐的成份： 泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜 杂质的除去过程： 粗盐水 含少量Ca2+.Mg2+ 精制盐水

  46. 电化学专题３＼４

  47. 练 习 Fe Fe Cu Cu Cu C 氯化铜溶液 氯化钠溶液 氯化铜溶液 Cu C 氯化铜溶液 1、写出下列装置的电极反应，并标明氧化反应还原反应 A B C D

  48. 练 习 Fe Ag AgNO3 （D） Pt Pt C Ag Cu Cu （C） （ A ） （B） AgNO3 CuSO4 NaHSO4 2、写出下列装置的极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。

  49. 小结：一、原电池与电解池的比较及判断： 1、池型的判断 有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。 2、电极的判断 原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。 3、电解池放电顺序的判断 阳极放电：1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。 2）非惰性电极：电极材料首先失电子。 阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电。

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