4.3 电解池 第1课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第三节 电解池 课时1 电解池的工作原理 电解池的阴极、阳极反应 2 电解原理 1 1. 理解电解的原理，掌握电解池的构成及工作原理，能正确书写电极反应式和总反应方程式。 2. 了解离子放电顺序，能根据离子放电顺序判断电解产物。 3. 掌握电解池阴、阳极的判断方法，以及电解后溶液 (pH) 的变化规律和电解质溶液复原的原则。 铜粒 铜电线 铜片 铜块 生活中所用的铜制品纯度都达到了99.99%，大自然中很难得到如此纯度的铜，那么，我们是通过什么方式得到的呢? 1 2 3 4 5 原料 准备 矿石 浸出 溶液 净化 电解 精炼 精炼和 合金化 将含铜的矿石进行破碎和磨细，以便提高矿石的表面积 通过电解方法将铜离子还原成铜金属。在电解槽中，将浸出液作为电解质，两个电极(阴极和阳极)之间施加电压，阴极上析出纯铜金属 将破碎后的矿石浸入酸性溶液中，使溶解的铜离子进入溶液中，通常使用硫酸浸出 对浸出液进行净化处理，去除杂质和有害元素。常用的净化方法包括中和沉淀、溶解和再结晶等 对铜金属进行再次熔炼和精炼处理 电解是个啥? 铜的冶炼工艺流程 01 电解原理 实验步骤 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 在U形管中注入0.4 mol·L-1 CuCl2 溶液，分别插入两根石墨棒电极，连接直流电源，接通电源。用注射器收集产生的气体，并通入盛有淀粉碘化钾溶液的试管中，观察实验现象并做好记录。 阴极 与直流电源的负极相连 阳极 与直流电源的正极相连 CuCl2溶液 实验装置 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 实验装置 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖一层红色的固体 与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生 CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和Cl2。 实验结论 实验现象 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 思考：电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2的原理是什么呢? 通电前， Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动 通电时， Cu2+和Cl-在溶液中改作定向运动 理论分析 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 阳极上Cl-失去电子发生氧化反应 阴极上Cu2+得到电子发生还原反应 阳离子(Cu2+)向阴极(与直流电源的负极相连)迁移 阴离子(Cl-)向阳极(与直流电源的正极相连)迁移 以上这个过程叫做放电 理论分析 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 02 电解池的阴极、阳极反应 通过之前的学习，我们知道：水分子也会电离，即溶液中存在着氢离子和氢氧根离子，这些离子是否参与反应呢? 通电前， Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动 通电时， Cu2+和Cl-在溶液中改作定向运动 CuCl2 Cu2+ + 2Cl- H2O H+ OH- + Cu2+、H+向阴极迁移 Cl-、OH-向阳极迁移 理论分析 电解原理 实验探究：电解得粗铜的原理 放电顺序 2e- 2Cl- Cl2↑ － 放电顺序 2e- Cu2+ ＋ Cu 还原反应 Cu2+ ＞ H+ 氧化反应 Cl- ＞ OH- 总反应： Cu2+＋2Cl- Cu ＋ Cl2↑ 电解 Cu2+、H+向阴极迁移 Cl-、OH-向阳极迁移 理论分析 电解池的阴极、阳极反应 离子放电顺序实质：阳离子氧化性强弱顺序，阴离子还原性强弱顺序 思考：离子放电顺序如何判断呢? 还原性减弱 放电能力减弱 (与金属活动顺序表相反) 氧化性减弱 放电能力减弱 阴离子 放电顺序 溶液中只考虑部分 S2- > I- > Br- > Cl- > OH- >含氧酸根> F- 只在熔融状态下放电 浓度很大时排在H+前 溶液中只考虑部分 阳离子放电顺序 Ag+>Hg+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 离子放电顺序 电解池的阴极、阳极反应 阴离子 阴极 阳极 氧化 反应 还原 反应 阳离子 阳极 阴极 电源 溶液中离子 阴离子 阳离子 电极反应 放电顺序 e- e- 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。 电 解 电解池(电解槽) 把电能直接转化为化学能的装置。 电解池示意图 电解池的阴极、阳极反应 电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。 电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。 电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。 电解池原理注意事项 归纳总结 电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 电解池的阴极、阳极反应 思考：如何判断电解池阴、阳极呢? 归纳总结 电解时电极产物的判断 阳极 活性电极 在阳极时优先放电(电极材料失电子溶解)。 惰性电极 (除铂、金、石墨电极之外的电极) (铂、金、石墨电极) 溶液中阴离子按放电顺序失电子 还原性减弱 放电能力减弱 阴离子 放电顺序 溶液中只考虑部分 S2- > I- > Br- > Cl- > OH- >含氧酸根> F- 阳极 产物 Mn+或 非金属 单质 阳极 直接按阳离子放电顺序得电子 阴极产物 H2或金属M 电解池的阴极、阳极反应 常见电解类型 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液 电解质 溶液中离子 放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 复原物质 H2SO4 NaOH NaOH Na2SO4 Na2SO4 H＋ 、OH－、SO42- H＋ 、OH－、Na+ Na+ 、SO42- 、H＋ 、OH－ OH－>SO42- H＋>Na+ OH－>SO42- H＋>Na+ 4OH－－4e－= O2↑＋2H2O 4H＋＋4e－=2H2↑ 减小 增大 不变 加入H2O 电解池的阴极、阳极反应 电解水型 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液 电解质 溶液中离子 放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 复原物质 HCl CuCl2 —— H＋ 、Cl- 、OH－ Cu2+ 、Cl- 、H＋ 、OH－ Cl- > OH－ Cu2+>H＋ 2Cl－－2e－= Cl2↑ 2H＋＋2e－= H2↑ 增大 加入HCl Cl- > OH－ Cu2+＋2e－= Cu 加入CuCl2 常见电解类型 电解池的阴极、阳极反应 电解电解质型 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液 电解质 溶液中离子 放电顺序 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 复原物质 NaCl CuSO4 Na+ 、Cl- 、H＋ 、OH－ Cu2+ 、SO42- 、H＋ 、OH－ Cl- > OH－ Cu2+>H＋ 2Cl－－2e－= Cl2↑ 2H＋＋2e－= H2↑ 增大 加入HCl Cu2+＋2e－= Cu 加入CuO或CuCO3 H＋>Na+ OH－>SO42- 4OH－－4e－= O2↑＋2H2O 减小 常见电解类型 电解池的阴极、阳极反应 电解质和水都发生电解型 电极区域 (1)若阴极为H＋放电，则阴极区_____________________； (2)若阳极为OH－放电，则阳极区_____________________ ； 电解质溶液 (1)电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)，故原溶液若呈酸性，则pH___________；原溶液若呈碱性，则pH ___________ ；原溶液若呈中性，则pH ___________ 。 (2)电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎___________ 。 (3)电解过程中，只产生H2，溶液中OH－浓度增大，pH ___________ 。 (4)电解过程中，只产生O2，溶液中H＋浓度增大，pH ___________ 。 电解池的相关规律 c(H＋)增大 c(OH－)增大 变小 变大 不变 不变 变大 变小 电解池的阴极、阳极反应 电解后溶液pH的变化规律 1.对于电解质溶液复原的问题，不仅要求溶质不变，还要注意溶质的浓度也不变。恢复电解质溶液，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。 2.一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。 若两极产物分别是H2和Cl2，则应加入HCl气体而不是稀盐酸； 若两极产物分别是Cu和O2，则加入CuO或CuCO3都可以使电解质溶液复原，因为CuCO3(可以写成CuO·CO2)在与酸反应时，生成的CO2气体会逸出，但不能加入 Cu(OH)2 和Cu2(OH)2CO3。 电解池的相关规律 电解池的阴极、阳极反应 电解质溶液复原 【典例1】用如图所示装置电解硫酸铜溶液，下列表述中错误的是 A．c极发生氧化反应 B．若两极均为惰性电极，d极电极反应式为： C．溶液中阳离子往d极移动 D．若c极电极材料为Cu，电解开始后，溶液中Cu2+浓度持续减小 D 【典例2】某溶液中含有NaCl和H2SO4两种溶质，它们的物质的量之比为3：1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据两极放电离子的来源不同，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( ) A.阴极自始至终只析出H2 B.阳极先析出Cl2，后析出O2 C.电解的最后阶段为电解水 D.溶液的pH不断增大，最后为7 D 工业上铜的冶炼 1．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　) A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 D 2．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　) A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式： ①中阳极：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，②中正极：Zn－2e－=Zn2＋ D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动 B 3．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　) A．该装置可能是原电池，也可能是电解池 B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 B 4.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　)  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 选项 a电极 d电极 Q离子 A 阳极 正极 阳离子 B 阴极 正极 阳离子 C 阳极 负极 阴离子 D 阴极 负极 阴离子 5．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是(　　) B 课时1 电解池的工作原理 电解原理 电解池的阴极、阳极反应 含义 电解池 电解池阴、阳极 常见电解类型 工作原理 相关规律 感谢 您的聆听 THANKS