1.2 电解池的工作原理及应用 课件-2024-2025学年高二化学苏教版（2019）选择性必修1

化学能与电能的转化 电解原理的应用 电解池的工作原理 2H2O === 2H2 ↑ +O2 ↑ 电解 2NaCl+2H2O === 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 2NaCl 2Na+Cl2↑ MgCl2 Mg+Cl2↑ 2Al2O3 2Al+3O2↑ K Ca Na Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 其他方法 化合物得金属最强手段 电解和电解池 (1)电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生　　　　和________的过程。 氧化反应 还原反应 (2)电解池：将　　 转化为　　　 的装置。 电能 化学能 (3)电解池的电极名称 阴极：与电源　　 相连的电极，发生　　 反应； 阳极：与电源　　 相连的电极，发生　　 反应。 负极 还原 正极 氧化 (1)金属活泼性不同的两个电极 (2)两电极都接触电解质溶液 (3) 构成闭合回路 (4)自发进行的氧化还原反应 原电池 电解池 (4)具有直流电源 (1)两个电极(阴阳极） (2) 电解质溶液或熔融电解质 (3)构成闭合回路 例.如图所示装置中属于电解池的是______(填序号)。 ③⑥ 电解熔融氯化钠原理 阳极 阴极 （1）通电前：熔融 中存在的微粒有________,这些微粒做自由（无规则）运动。 （2）通电后：离子移动方向:移向____极, 移向____极。 Na+、Cl- 阴 阳 电极上发生的反应: 阴极电极反应式为________________ ___, 阳极电极反应式为__________________ _, 总反应方程式：　　　　　　　　　　　。 熔融的NaCl在　　　作用下发生了　　　　　　，分解生成了　　　　 直流电 氧化还原反应 Na和Cl2 电子和离子移动方向 ①电子：从电源　　流向电解池的　　，从电解池的　　流向电源的　　。 ②离子：阳离子移向电解池的　　，阴离子移向电解池的　　。 负极 阴极 阳极 正极 阴极 阳极 电解熔融氯化钠原理 工业上利用电解饱和食盐水制氯气和烧碱，称为氯碱工业。 电解饱和食盐水（氯碱工业） 氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、含氯漂白剂等。 ——电解饱和食盐水原理 氯碱工业 用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。 两极的现象 产生的气体是什么？ 酚酞溶液检验了什么？ 淀粉碘化钾试纸检验了什么？ 通电前： NaCl Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 向阴极迁移 向阳极 迁移 通电时： H+ ＞Na+ 放电顺序 Cl- ＞ OH- 阴极：2H2O＋2e-=== H2↑+2OH- 阳极：2Cl-－2e- === Cl2↑ 还原反应 氧化反应 总反应：2NaCl + 2H2O 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 【思考】根据电解原理，分析使用惰性电极电解食盐水时，如何制得氯气和烧碱？ 离子 分析电极反应 产物检验方法 总反应 阴极 阳极 NaCl溶液 能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH？若不能，该怎样改进装置 缺点: 电解产物之间能够发生化学反应 NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火或强光能发生爆炸 2H2O＋2e-=== H2↑+2OH- Na+/H+(H2O) Cl-/OH-(H2O) 2Cl-－2e- === Cl2↑ 湿润的淀粉碘化钾试纸 点燃的小木条/酚酞 2NaCl + 2H2O === 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑ 电解 Cl2 + 2NaOH === NaClO + NaCl + H2O H2 + Cl2 === 2HCl 一定条件 Cl2 H2 淡盐水 NaOH溶液 精制饱和NaCl溶液 H2O(含少量NaOH) 阳离子交换膜 阳极金 属钛网 阴极 碳钢网 + － 电解原理 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2↑ 阴极：2H2O +2e- =H2＋2OH－ 总反应： 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 氯碱工业规律： 阳氯阴氢碱，进啥出啥。 （避免Cl2与NaOH反应，防止Cl2和H2混合而引起爆炸） 补充Na+和Cl- 增强溶液导电性 离子交换膜由高分子特殊材料制成，分四类： (1)阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 常见的离子交换膜 2、电解氯化铜溶液实验探究 实验现象 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层_________ 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉碘化钾试纸____ 实验结论 　　　　　，阴极的电极反应式是： ________________ 产生了　　，阳极的电极反应式是： __________________ 电流计指针发生偏转 说明电解质溶液导电， 形成闭合回路 红色物质 析出金属铜 Cu2＋＋2e－===Cu 变蓝 氯气 2Cl－－2e－===Cl2↑ （1）通电前 Cu2＋、Cl－、H＋、OH－ （2）通电后 Cl－、OH－ 向a极移动 Cu2＋、H＋ 向b极移动 通电 总反应： 离子放电顺序 ① 活性金属电极：金属活动性顺序中排在之前,包括，电极金属失电子,生 成对应的金属阳离子,溶液中的阴离子不放电。 ② 惰性电极、 、石墨等):溶液中的阴离子失电子 电极反应规律 (2)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子 (1)阳极： 类型 电解 水型 电解 水型 电解 水型 实例 H2SO4 NaOH NaOH 电极反应式 阳极：_______________________ 阴极：__________________ 总反应：______________________ 阳极：________________________ 阴极：_________________________ 总反应：______________________ 阳极：________________________ 阴极：_________________________ 总反应：______________________ 电解对象 水 水 水 溶液pH变化 _____ _____ _____ 溶液复原方法 _____ _____ _____ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 减小 增大 加水 酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 电解 水型 Na2SO4 阳极：_______________________ 阴极：_________________________ 总反应：______________________ 水 _____ _____ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 不变 加水 电解质溶液复原遵循“出什么加什么”的原则。(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物) 电解 电解 质型 电解 电解 质型 无氧酸(氢氟酸除外) 不活泼金属的无氧酸盐 HCl CuCl2 阳极：__________________ 阴极：__________________ 总反应：________________________ 阳极：__________________ 阴极：__________________ 总反应：________________________ ____ _____ _____ － ____________ ____________ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Cu2＋＋2e－===Cu HCl 增大 通入HCl气体 CuCl2 加CuCl2固体 类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液 pH变化 溶液复 原方法 类型 放氢生碱型 放氧生酸型 类型 活泼金 属的无 氧酸盐 不活泼金属的含氧酸盐 实例 NaCl CuSO4 电极反应式 阳极：__________________ 阴极：________________________ 总反应：______________________ _______________ 阳极：________________________ 阴极：__________________ 总反应：______________________ _____________ 电解 对象 _____ ____ ______ ____ 溶液 pH变化 _____ _____ 溶液复原方法 _____ _____ _____ _____ _____ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ＋Cl2↑＋2OH－ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ Cu2＋＋2e－===Cu ＋O2↑＋4H＋ NaCl H2O 增大 通入HCl 气体 CuSO4 H2O 减小 加入CuO或CuCO3固体 和 和 致用 1.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物（方括号内的物 质）,一定能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) B A. B. C. D. [解析] A项: ,反应后脱离反应体系的物质是 和,所以应当加入适量才能复原;B项: ,反应后脱离反 应体系的是和,加入适量 可以复原;C项: ,反应后脱离反应体系的是和 ,应通入适 量气体才能复原;D项: ,反应后脱离反 应体系的是和,加入适量 可以复原。 “84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一 种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱 和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有 较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、 d都为石墨电极。完成下列填空： (1)a为电源的_____极，c为电解池的_____极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。 负 阳 课堂练习 (2)d电极的电极反应式：_________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________ ___________________。 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ NaCl＋H2O 课堂练习 铜导线 黄铜矿（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质） ? 精炼 1、含义：利用电解原理将粗铜中的杂质(如锌、铁、镍、银、金等)除去，以获得电解铜(含Cu的质量分数达99．95％～99．98％)的过程。 2、目的：制得电解铜，以增强铜的导电性 铜的电解精炼 阳极材料 阴极材料 阳极反应 阴极反应 “阳极泥” 溶液变化 粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等） 精铜             Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e—===Ni2+ Cu－2e－===Cu2＋ Cu2+ + 2e- === Cu Ag、Au等金属杂质失电子能力弱，会以单质形式沉积，形成“阳极泥”。 ①电解质溶液的Cu2+浓度_______ ②引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去 减小 铜的电解精炼 电解精炼过程中，电解液组分（如浓度、酸碱性）是否变化？ Cu2+浓度减小，需定期补充电解液 阴阳两电极的质量差有何变化？阳极泥有何作用？ 阳极减轻，阴极增重，且不相等；提炼贵金属、稀有金属、其他有价金属 铜的电解精炼 思考： 致用 1.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量、、、 等杂质,可用电解法制备高纯 度的镍。电解时,下列有关叙述正确的是（已知氧化性: ）( ) C A.阳极发生还原反应，电极反应式: B.电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 C.电解后，电解槽底部的阳极泥中主要有和 D.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有和 [解析] 根据电解原理,阳极上发生失电子的氧化反应,故A错误;粗镍作阳极,根据金属活 动性顺序,金属活动性强的先放电,因此阳极发生反应: 、 、,阴极发生反应: ,因此电解过 程中阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,故B错误;根据相应离子的氧化性强弱 顺序,推出比活泼,放电,不放电,阳极泥中主要有和 ,故C正确;精炼时,电 解液中含有,因此电解后溶液中存在的金属阳离子除、外,还有 ,故D 错误。 电镀 （1）定义：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。 （2）目的：使金属增强抗腐蚀能力，防止金属氧化，增加美观和表面硬度。 镀铜 镀铬 镀镍 电镀 请应用电解原理，设计实验方案，在铁钉上镀铜。 1.铁制品应该在哪一极？ 2.电解质溶液中应该含有什么离子？ 3.另一极应该用什么材料做电极？ 阴极 铜离子 纯铜做电极 阳极： 阴极： Cu2++2e-＝Cu Cu-2e-=Cu2+ 思考：电解一段时间后溶液中硫酸铜浓度怎样变化？ 硫酸铜浓度不变 电镀 电解精炼铜的时候硫酸铜浓度是怎么变化的？ 减小 电镀 （4）特点： （3）电镀池的结构： 阴极——待镀金属（镀件） 电镀液——含有镀层金属阳离子 的盐溶液 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(电镀液的组成及酸碱性保持不变)。 + 镀件 镀层金属 － 含镀层金属离子的盐溶液 电镀 (2)基础实验：铁钉镀锌 根据电解原理，设计在铁钉上镀锌的实验方案。 电解原理 电解原理 电解原理 阳极：________ ， 阴极：_________ _______ 阳极：________ ， 阴极：_________ _______ 阳极：________ ， 阴极：_________ _______ 电镀方案 电镀方案 电镀方案       电极 材料 电镀液 镀件 阳极： ， 阴极：_____ ZnCl2溶液 铁钉 锌片 铁钉 Zn－2e－ ===Zn2＋ Zn2＋＋2e－ ===Zn 电镀 定义 形成条件 电极名称 特点 电解精炼池 原电解质溶液中金属离子的浓度减小 阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等 电镀池 阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。 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：镀层金属 阴极：镀件 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 电解精炼池、电镀池的比较 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，两不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“两不变”：电镀液(电解质溶液)的浓度不变和溶液pH等保持不变。 电解精炼池、电镀池的比较 (3)某电镀银实验装置如图所示。 请回答下列问题： ①银为 金属，与直流电源的 相连，作阳极；待镀金属制品与直流电源的 相连，作阴极；含银离子的溶液为 ，含有镀层金属离子。 ②阳极反应式为 ； 阴极反应式为 。 镀层 正极 负极 电镀液 Ag－e－===Ag＋ Ag＋＋e－===Ag ③可观察到的现象是待镀金属制品表面___________ ，银 。 ④含银离子的溶液浓度的变化是 。 不变 镀上一层光亮的银 不断溶解 电镀 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 (1)原理：比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，使金属离子得电子被还原。 电冶金 2NaCl (熔融) 2Na + Cl2↑ MgCl2 (熔融) Mg + Cl2↑ 2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2↑ 电解 冰晶石 助熔剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点 注意：(1)电解法制钠、钾、镁、铝时不能电解含有这些金属阳离子的水溶液。 (2)工业上用电解熔融MgCl2而不是MgO的方法制Mg；用电解熔融Al2O3而不是AlCl3的方法制Al。（由于AlCl3是共价化合物，无法导电） 电冶金 电解原理的应用 电解饱和食盐水 电镀 电解精炼 电冶金 原理 现象及检验 离子交换膜 产品及应用 定义 目的 电镀池构成 特点 原理 本质 工业电解熔融氯化钠 归纳总结