第五章 化学反应与能量 第4讲 电解池 -2025年高考化学一轮复习

第五章 化学反应与能量 第4讲 电解池 1 目录 CONTENTS 电解池 01 电解池原理的应用 02 2 电解池 3 一、电解池 1.电解池的定义 把电能转化为化学能的装置 2.电解池的构成条件 (1)直流电源 阴极:与电源负极相连 [还原反应] 阳极:与电源正极相连 [氧化反应] (2)阴、阳电极 (3)电解质溶液或熔融的电解质 (4)形成闭合回路 4 一、电解池 1.电解池的定义 把电能转化为化学能的装置 2.电解池的构成条件 (1)直流电源 阴极:与电源负极相连 [还原反应] 阳极:与电源正极相连 [氧化反应] (2)阴、阳电极 (3)电解质溶液或熔融的电解质 (4)形成闭合回路 5 一、电解池 3.电解 使电流通过电解质溶液（熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程叫做 电解。 电解过程可以看作外接电源提供的电能，借助电解池将还原剂的电子转移给了氧化剂 6 一、电解池 ②一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子 4.电解池电极放电顺序 (1)阴极：得电子，还原反应 ①电极本身不参加反应 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >H+（水）> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 阳离子在阴极上放电顺序是： 阳离子 7 一、电解池 ②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子 (2)阳极：失电子，氧化反应 ①若为金属（非惰性）电极，电极失电子 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。 S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F- 阴离子的放电顺序是： 石墨电极、金电极、铂电极 阴离子 4.电解池电极放电顺序 8 一、电解池 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后， 最后分析得出产物 阴阳两极附近有哪些离子 分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路： 5.电解池电极反应式的书写 9 一、电解池 阴极 阳极 氯 气 铜 阳极：2Cl- - 2 e- = Cl2↑ 阴极：Cu2+ + 2e-= Cu CuCl2溶液 例题 CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- H2 O H+ + OH- Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >H+（水）> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ S2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子)>F- CuCl2 Cu+Cl2↑ 总反应： 10 阳极 阴极 氧 气 铜 阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O+O2 ↑ 阴极：Cu2++ 2e- = Cu CuSO4溶液 总反应：2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 ↑+ 2H2SO4 CuSO4 = Cu2+ + SO42- H2 O H+ + OH- 课堂检测 11 一、电解池 阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 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 阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+） >Al3+>Mg2+>Na+ 6.用惰性电极电解电解质溶液 12 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 阳极 ：2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 阴极： 4H+ +4e－＝2H2 ↑ 电解后溶液中溶质的质量分数增大， 若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。 含氧酸 如电解H2SO4、HNO3等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 电解水型 13 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 阳极 ： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑ 阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－ 电解后溶液中溶质的质量分数增大， 若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。 如电解NaOH、KOH等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 强碱 电解水型 14 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 阳极 ： 2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 阴极： 4H2O +4e－＝2H2 ↑+ 4OH－ 电解后溶液中溶质的质量分数增大， 若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。 如电解Na2SO4、KCO3等溶液时其电极反应式为： 总反应：2H2O O2↑ +2H2↑ 电解 氢前金属含氧酸盐 电解水型 15 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体) 阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极： 2H+ + 2e－＝ H2 ↑ 无氧酸 如电解盐酸时其电极反应式为： 总反应：2HCl Cl2↑ + H2↑ 电解 电解本身 16 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(加入一定量的CuCl2固体) 阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极： Cu2+ + 2e－＝Cu 如电解CuCl2溶液时其电极反应式为： 总反应：CuCl2 Cl2↑ + Cu 电解 氢后金属无氧酸盐 电解本身 17 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。 阳极 ： 4OH－－4e－＝2H2O +O2↑ 阴极： 2Cu2+ +4e－＝2Cu 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。 电解CuSO4溶液时其电极反应式为： 氢后金属含氧酸盐 总反应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2↑ +2H2SO4 电解 放氧生酸 18 一、电解池 6.用惰性电极电解电解质溶液 如电解NaCl、KCl、MgCl2 、AlCl3 溶液等。 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体。 阳极 ： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极 ： 2H+ +2e－＝ H2 ↑ 氢前金属无氧酸盐 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 电解NaCl溶液时其电极反应式为： 放氢生碱 19 电解池原理的应用 20 二、电解池原理的应用 阳极 ： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极 ： 2H2O + 2e－＝ H2 ↑+2OH- 总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 电解NaCl溶液时其电极反应式为： 2Cl-+2H2O 2OH-+ Cl2↑ + H2↑ 电解 Cl－>OH－ 阳极离子放电顺序： H＋>Na＋ 阴极离子放电顺序： 1.氯碱工业 21 二、电解池原理的应用 图4-12 离子交换膜电解槽 工业生产中，电解饱和食盐水在离子交换膜电解槽中进行。 离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。 1.氯碱工业 22 二、电解池原理的应用 － + Cl2 Cl2 Cl— H2 Na+ 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 阳极室 阴极室 图4-13 一个单元槽的电解原理示意图 23 二、电解池原理的应用 离子交换膜的作用 防止Cl2和H2混合而引起爆炸 避免Cl2与NaOH反应生成NaClO,影响 NaOH的产量。 1.氯碱工业 24 二、电解池原理的应用 电 解 饱 和 食 盐 水 液碱 湿氢气 湿氯气 NaOH 含氯漂白剂 Cl2 H2 HCl 有机合成 造纸 玻璃 肥皂 纺织 印染 有机合成 氯化物合成 农药 盐酸 有机合成 金属冶炼 图4－11 氯碱工业产品及其应用 25 二、电解池原理的应用 2.电镀 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加工工艺 使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。 26 二、电解池原理的应用 阴极——镀件 电镀液——含有镀层金属离子的溶液 阳极——镀层金属 阳极本身参加电极反应 电解质溶液的浓度保持不变 2.电镀 特点 27 二、电解池原理的应用 阳极：粗铜 阴极：精铜 电解液：CuSO4 阳极： 不及铜活泼的贵重金属（银、金等）沉入槽底形成阳极泥。 阴极：Cu2+ + 2e- =Cu （Cu2+氧化性最强且浓度最大） 比铜活泼的金属： Zn – 2e- = Zn2+ Fe – 2e- = Fe2+ Ni – 2e- = Ni2+ Cu – 2e- = Cu2+ 含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等) 电解质溶液中CuSO4的浓度变小 3.电解精炼铜 28 二、电解池原理的应用 粗铜 纯铜 3.电解精炼铜 29 电解池 电解精炼池 电镀池 定义 形成 条件 电极 名称 电极 反应 将电能转变成化学能的装置。 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。 ①直流电源 ②阴、阳两电极 ③电解质溶液 ④形成闭合回路 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 阳极:电源正极相连 阴极:电源负极相连 阳极：镀层金属； 阴极：镀件 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 应用电解原理将不纯的金属提纯的装置。 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 阳极：不纯金属； 阴极：纯金属 二、电解池原理的应用 二、电解池原理的应用 4.金属冶炼 得电子，被还原 Mn+ M +ne- 正价 0价 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 富集法 通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来 31 二、电解池原理的应用 制取一些活泼金属单质 (熔融) 电解 Mg + Cl2↑ MgCl2 阳极： 2Cl- － 2e- == Cl2 ↑ 阴极：Mg2++ 2e- == Mg 阳极：6O2- － 12e- == 3O2↑ 阴极：Al3++3e- == Al 电解 冰晶石 Al2O3(熔融) 4Al+ 3O2↑ 2 2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ 电解 阳极： 2Cl- － 2e- == Cl2 ↑ 阴极：Na++ e- == Na 4.金属冶炼 32 $$