第四章第二节电解池 第2课时 课件2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

电解原理　 第四章 化学反应与电能 第一节　电解池 第2课时 Principle of electrolysis　 1.知道电解的基本原理，会判断一般电解反应产物； 2.能说出电解、电解池及形成条件； 3.能正确书写电极反应式和电解的总化学方程式； 4. 明确原电池与电解池的区别和联系。 学习 目标 【知识回顾】 原电池是 的装置。 把化学能转化为电能 电解池是 的装置。 把电能转化为化学能 1、工作原理： （1）阴极： （2）阳极： （3）离子移动： 阴阳相吸（阴离子——阳极；阳离子——阴极） （与外电源负极相连）/发生还原反应/得电子。 （与外电源正极相连）/发生氧化反应/失电子。 【实验4-2】 在U形管中注入质量分数为25%CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极材料，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。 1、实验探究：电解CuCl2溶液 一、电解原理 一、电解原理 图4-9氯化铜溶液的电解装置示意图 现象： 阴极（负极相连）:石墨棒上有一层红色的固体析出； 阳极（正极相连）:石墨棒上有气泡产生，有刺激性气味， 湿润的KI-淀 粉试纸变蓝 实验表明：电解CuCl2 溶液生成了Cu和Cl2 CuCl2 溶液在直流电的作用下为什么会生成单质Cu和Cl2 呢？ 实验分析： 通电前后，电解质溶液中中有哪些离子，如何运动？ ①通电前：氯化铜溶液中存在的离子有：Cu2＋、Cl－、H＋、OH－， 通电前这些离子在溶液中作无规则运动。 ② 通电时： 在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动， 即Cl－、OH－向阳极（与直流电源正极相连的石墨棒）迁移， Cu2＋、H＋向阴极（与直流电源负极相连的石墨棒）迁移。 实践探究 Cl-→Cl2↑ OH-→O2↑ 阴极区： Cu2+→Cu H+→H2↑ 阳极区： 思考：猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物可能是哪些？ 阳极： 阴极： 2Cl- － 2e- = Cl2↑（氧化反应） Cu2+ ＋ 2e－ = Cu （还原反应） 总反应式：CuCl2 ====== Cu + Cl2↑ 电解 放电：阴、阳离子到达电极，就失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程。 Cl-＞OH- Cu2+＞H+ 放电顺序： 放电顺序： 【电解CuCl2原理】 oooooooooooooooooooo － ＋ 阴极 阳极 Cu Cl2 ooooooooooooooooooooooo e- e- Cu2+ ＋ 2e－ = Cu （还原反应） 与直流电源负极相连的电极为阴极，发生还原反应。 与直流电源正极相连的电极为阳极，发生氧化反应。 阳离子Cu2+和H+ 向阴极移动 阴离子OH-和Cl- 向阳极移动 Cu2+在阴极放电： 总反应式：CuCl2 Cu + Cl2↑ 电解 Cl- 在阳极放电： 2Cl－－2e－=Cl2↑ （氧化反应） 2、电解和电解池 注意：①电流应是直流电 ②熔融态的电解质也能被电解 ③电解质溶液或熔融的电解质； ④形成闭合回路。 与负极相连的为阴极，发生还原反应 与正极相连的为阳极，发生氧化反应 ②阴、阳两个电极： 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （1）电 解 将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （2）电解池 ①外加直流电源 （3）电解池的构成条件： 一、电解原理 （4）判断电解池的阴、阳极？ 与电源正极相连 发生氧化反应 阴离子移向阳极 电子从阳极出来，流向正极 电极溶解或有O2、Cl2放出 阴极 与电源负极相连 发生还原反应 阳离子移向阴极 电子从负极出来，流向阴极 析出金属或有H2放出 阳极 随堂练习 Fe Cu 氯化铜溶液 氯化铜溶液 C C A B Fe Cu 盐酸溶液 分析下图，属于电解池的是（ ） C Cu 氯化铜溶液 D C D 随堂练习 下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是( ) A、a为负极、b为正极 B、a为阳极、b为阴极 C、电解过程中，d电极质量增加 D、电解过程中，氯离子浓度不变 C 阳极 阴极 + - 二、阴、阳极的放电顺序 离子在电极表面得到或失去电子的过程。 离子放电顺序与哪些因素有关？ 放电 在电解CuCl2溶液时，为什么是Cu2+在阴极放电，而不是H+？ 为什么是Cl-在阳极放电，而不是OH-？ 思考 二、放电顺序 1. 阴极产物判断： (1)考虑谁“得电子”： 阳离子 H2O（H+）放电。 （2）放电顺序（氧化性（得电子）顺序） 若是电解水溶液中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+，等同 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 阳离子得电子能力 金属活动顺序表倒过来 水溶液（含H+）中不放电,熔融状态才得电子 2H2O+2e-=H2↑+2OH- （放H2生碱） 或 电解H2O 阴极： 二、放电顺序 2. 阳极产物判断： 阴离子 H2O（OH- ） 电极材料。 若是活性电极（除 ），则金属单质失电子 (1)考虑谁“失电子”： (2) 优先考虑电极材料： （3）若是惰性电极（ ），只导电，不反应，溶液中的阴离子放电. 放电顺序（还原性（失电子）顺序）： 活性电极>S2->I->Fe2+>Br->Cl->H2O（OH- ）>最高价含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-）>F- 阴离子失电子能力逐渐减弱 若是电解最高价含氧酸根，等同 2H2O- 4e-=4H++O2↑ （放O2生酸） 或 或 Pt、Au、石墨以外 Pt、Au、石墨 电解H2O 阳极： 三、电解池中电极反应的书写 1. 先判断电极材料 2. 找全阴、阳离子 3. 根据放电顺序写出电极反应式 4. 阴、阳两极相加得总反应式， 条件写电解 （弱电解质写化学式） 特别提醒　①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。 ②电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 (1)电解H2O型（惰性电极） 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－= O2↑＋4H＋ ____________________________ 2H2O－4e－= O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－=O2↑ ＋2H2O 阴极反应式 ___________________ 4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－ pH变化 c(H2SO4)增加 ______ c(NaOH)增加 ______ c(Na2SO4)增加 ______ 复原加入物质 加入______ 4H＋＋4e－=2H2↑ 减小 增大 不变 H2O 四、电解池中电极反应的书写 (2)电解电解质型（惰性电极） 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 ______________________ 阴极反应式 ___________________ _________________ pH变化 c(HCl)减少 _____   复原加入物质 ______ ______ 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2H＋＋2e－=H2↑ Cu2＋＋2e－=Cu 增大 HCl CuCl2 (3)电解质和水都发生电解型（惰性电极） 电解质 NaCl（放氢生碱型） CuSO4（放氧生酸型） 阳极反应式 _______________________ ________________________ 阴极反应式 _________________________ ____________________ pH变化 c(NaOH)增加 ______ c(H2SO4)增加 ______ 复原加入物质 _____ _____________ 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－=2Cu 增大 减小 HCl CuO 小结 （包括水的电离，并分成 阳离子组和阴离子组） ②明确溶液中存在哪些离子 ③判断阴阳离子的放电顺序 ④根据阳极氧化，阴极还原完成电极反应式 书写电极反应式及总方程式的方法 ①判断电极材料 （注意得失 电子守恒） ⑤由阴阳两电极反应式，合并得总反应式 （弱电解质的须保持分子形式） 【练一练】 1. 判断正误 (1) 电解是把化学能转化为电能( ) (2) 电解质溶液导电一定发生化学反应( ) (3) 某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( ) (4) 任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生( ) (5) 电解、电离均需要通电才能实现( ) (6) 电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程( ) × √ √ √ × √ 【练一练】 2. 如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正 确的是(　　) A. 通过该装置可以将化学能转化为电能 B. 石墨电极为正极 C. Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质 D. 电流从负极流出，流入铁电极 C 【练一练】 3. 工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。试分析电解熔融MgCl2 的原理，写出有关的电极反应式及总反应方程式。 电极反应式 阳极： ； 阴极： 。 2Cl－－2e－=Cl2↑ Mg2＋＋2e－=Mg 电解方程式： 。 MgCl2(熔融） Mg+Cl2↑ 电解 课堂总结 CLASS SUMMARY 1. 电解 4. 电极反应式的书写 2. 电解池（电解槽） 3. 电解池构成条件 第四章 化学反应与电能 第一节　原电池 第2课时 感谢您的观看 THANKS FOR WATCHING 第四章 第2课时 电解原理的应用　 第二节 电解池 化学反应与电能 APPLICATION OF ELECTROLYSIS PRINCIPLES Electrolytic cell ， Cl－、OH－ 应用一、电解饱和食盐水（氯碱工业） 食盐水中的离子： 湿润的淀粉 KI试纸变蓝 离子移动方向： 移向阳极， 移向阴极。 现象： 阴极: 阳极： H＋、Na＋ H＋、Na＋、Cl－、OH－ 阳极： 阴极： 总反应化学方程式： 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 电解 2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 电解 有无色气体产生，阴极端溶液变红 产生的黄绿色气体能使淀粉—KI溶液变蓝。 2Cl－－2e－=Cl2↑ 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ Electrolytic cell 应用一、电解饱和食盐水（氯碱工业） 思考：上述装置的缺点 （1）H2和Cl2 混合不安全。 （2）Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。 Electrolytic cell 33 应用一、电解饱和食盐水（氯碱工业） － + Cl2 Cl— H2 Na+ H+ OH— 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O（含少量NaOH） 阳离子交换膜 只允许阳离子、水分子通过 阳 极 阴 极 阳极室 阴极室 氯碱工业 : 1、离子交换膜电解槽制烧碱 阳离子交换膜的作用： a、防止H2和Cl2混合而引起爆炸 (遇火或强光会爆炸) b、避免Cl2和NaOH反应影响NaOH的产量。 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 思考：换成阴离子交换膜可否？ 思考1：阴极室加入的水 中含有少量NaOH的原因？ 增强导电性 Electrolytic cell 34 应用一、电解饱和食盐水（氯碱工业） 粗盐的成分： 这些杂质会与碱性物质反应生成沉淀，损坏离子交换膜。 2、精制食盐水 除杂过程 Electrolytic cell 35 应用一、电解饱和食盐水（氯碱工业） 3.氯碱工业产品及其应用 以氯碱工业为基础的化工生产 电解饱和食盐水 湿氢气 湿氯气 液碱 H2 Cl2 含氯漂白剂 NaOH 金属冶炼 有机合成 HCI 盐酸 有机合成 氯化物合成 农药 有机合成、造纸 玻璃、肥皂 纺织、印染 Electrolytic cell 36 电镀与生产生活 应用二、电镀 生活中的电镀现象： Electrolytic cell 【思考】如果想在铁制品表面镀上铜，该如何设计实验？ 铜片 CuSO4溶液 待镀铁件 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 1.概念 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或合金的过程。 2.主要目的 （镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易起变化的金属和合金） 4.电镀的特点： 一增（ ）一减（ ）一（ ）不变。 3、镀层金属作 待镀金属制品（即镀件）作 阳极 阴极： 电解质溶液： 含镀层金属离子的盐溶液 阴极质量增加 阳极极质量减少 电解质溶液的浓度 应用二、电镀 口诀：“阳镀阴被镀” 阳极(纯铜)：Cu-2e- =Cu2+ 阴极：Cu2++2e-=Cu 总反应：Cu + Cu2+= Cu2++Cu 且阴极增加的质量和阳极减少的质量 相等 Electrolytic cell 38 电镀 Electrolytic cell 应用三、电解精炼 镍铁精炼炉 已知粗铜含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等)，分别写出阴、阳极可能发生的电极方程式 阴极: 纯铜 Cu2+ + 2e- = Cu 不如铜活泼的贵重金属（银、金等）,会以单质的形成沉积, 沉入槽底形成阳极泥。 以阳离子形式留于溶液中 问：电解一段时间后，Cu2+的浓度有何变化？ 粗铜的精炼 减小 Cu - 2e- = Cu2+（主要） Fe - 2e- = Fe2+ Zn - 2e- = Zn2+ Ni - 2e- = Ni2+ 问：阴极增加的质量和阳极减少质量是否一样？ 不一样，阳极减少的质量，不是只有铜 阳极：粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等） 口诀：“阴纯阳粗” Electrolytic cell 40 电解精炼池、电镀池的比较 电解精炼池 电镀池 定义 阳极 粗铜(含锌、银、金等杂质) 镀层金属：纯Cu Cu2+ + 2e- = Cu 阴极 纯铜 Cu2+ + 2e- = Cu 待镀金属 Cu2+ + 2e- = Cu 电解质溶液 c(Cu2+) 减小 金、银等金属沉积形成阳极泥 电镀液须含有镀层金属的离子 c(Cu2+) 不变 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。 Zn - 2e- = Zn2+ Fe - 2e- = Fe2+ Ni - 2e- = Ni2+ Cu - 2e- = Cu2+ 阳极泥Ag Au Electrolytic cell 41 应用3：粗铜的精炼 Electrolytic cell 42 应用四、电冶金 1.金属冶炼： 由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要方法。对于冶炼Na、Ca、Mg、Al这样的活泼金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。 2.原理 使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。 Mn+ + ne- = M Electrolytic cell 43 应用四、电冶金 3.冶炼金属的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 加热法 物理提取法 Electrolytic cell 44 应用四、电冶金 熔融NaCl 阴极 阳极 e- e- Na+ Cl- 总反应：2NaCl(熔融） === 2Na+Cl2↑ 电解 4.电解熔融NaCl制金属钠 阳极： 2 Cl－- 2e- ＝ Cl2↑ 阴极： 2 Na++2e- ＝ 2Na Electrolytic cell 45 应用四、电冶金 阴极: 阳极: 总反应: 4Al3+ + 12e- = 4Al 6O2- - 12e- = 3O2↑ 2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2↑ 电解 助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠） 冰晶石 5.电解熔融Al2O3制金属铝 石墨 石墨 阴极 Electrolytic cell 46 D 随堂练习 利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 Electrolytic cell 四、电冶金 1.关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ） A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B.若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色 C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 B 课堂练习 Electrolytic cell 48 四、电冶金 2.以硫酸铜溶液做电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼，下列叙述正确的是（ ） ①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为Cu2+ +2e－＝Cu ④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥 ③电路中毎通过0.5mol电子，得到精铜质量为16g A、 ① ③ D、 ② ③ C、 ③ ④ B、 ② ④ D 课堂练习 Electrolytic cell 49 3.电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O，下列说法正确的是（　　） A.右侧发生的电极方程式：O2+4e-+2H2O=4OH- B.电解槽内发生反应的总化学方程式是： KI+3H2O=KIO3+3H2↑ C.电解结束后，右侧溶液中不可能含有IO3- D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内反应的总化学方程式不变 四、电冶金 B 课堂练习 Electrolytic cell 50 第四章 化学反应与电能 Electrolytic cell 感谢您的观看 THANK $$