4.3.3 电解原理 课件 -2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

电解原理 一、惰性电极电解熔融CuCl2 思考1：熔融CuCl2中含有哪些微粒? 思考2：在通电时这些微粒如何移动？ 思考3：通电时在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应？产物是什么？ Ⅰ通电前 － ＋ 阴极 阳极 Ⅱ通电后 通电前（电离）：CuCl2 = Cu2+ + 2Cl－，Cu2+、Cl－为自由移动的离子； 通电后（电解）：Cu2+　移向阴极， Cl－　移向阳极； 电极反应： 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑（氧化反应） Cu2+ ＋ 2e－ = Cu（还原反应） 阳极： 阴极： 总反应式：CuCl2 Cu + Cl2↑ 电解 阳极：产生使湿润的KI淀粉试纸变蓝的气体。 如何检验两极的产物？ 阴极：石墨棒上覆盖一层红色的铜。 (1)纯水中有哪些微粒？导电性如何？ (4)加入稀硫酸或氢氧化钠对电解水起了什么作用？ (3)H2是怎么产生的？O2又会是如何产生的？体积比？ (2)在接通电源时，微粒如何运动？ 二、惰性电极电解水——原理分析 阳极 ： 阴极： 总反应：2H2O＝＝ O2↑ +2H2↑ 电解 2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 4H2O +4e－ ＝ 2H2 ↑ + 4OH－ 4.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。 离子的流向：一般来说阳极吸引阴离子、阴极吸引阳离子 三、电解原理： 1.电解: 使电流通过电解质而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。 2.电解池: 借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置. 3.电化学上规定： 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 电解的过程就是电解质溶液导电过程。 5.离子放电： 阴离子失电子、阳离子得电子的过程。 6.构成条件: (1)外加直流电源 (2)与电源相连的两个电极： (3)电解质溶液或熔化的电解质 四、惰性电极电解氯化铜溶液 Cl-→Cl2↑ H2O（OH-）→O2↑ 阴极区： Cu2+→Cu H+→H2↑ 阳极区： 阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- 阴极：Ag+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+ 在溶液中只考虑此部分、有信息的按信息写 在溶液中只考虑此部分 （有信息的按信息写） 一般在熔化状态下放电 放电顺序： 得电子能力：Cu2+>H+ 失电子能力： Cl->OH- 电极反应： 2Cl－ － 2e－ = Cl2↑（氧化反应） Cu2+ ＋ 2e－ = Cu（还原反应） 阳极： 阴极： 总反应式：CuCl2 Cu + Cl2↑ 电解 五、活性电极电解氯化铜溶液 Cu Fe 电极反应： Cu－ 2e－ = Cu2+（氧化反应） Cu2+ ＋ 2e－ = Cu（还原反应） 阳极： 阴极： 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 镀层金属 待镀金属 镀层金属阳离子的溶液 阳极 阴极 镀层的质量与电压大小、电解质溶液的浓度等有关 Cu Fe 电解一段时间后发现阳极有黄绿色气体生成，写出生成该气体的电极反应 电解质溶液换成哪种溶液更合适？ 溶液中CuSO4的浓度会发生改变吗？ 2天后依然有光泽 光亮均匀的铜镀层 用1 mol/L CuSO4溶液作电镀液→ 效果差 用1 mol/L CuSO4溶液配制的 铜氨溶液作电镀液→ 镀层光亮均匀，效果好 问题：分析使用铜氨溶液电镀，能得到均匀镀层的原因。 通过反应 ，降低c(Cu2+)，使得 Cu2+放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的 Cu2+，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用。 拓展： CuSO4溶液与铁制品直接反应生成的置换铜真的是铜么？ 光亮均匀的铜镀层 资料： 1、阴极放电（得电子）顺序： Ag+ > Cu2+ > H +（水） > H前金属离子 2、阳极放电（失电子）顺序： 氧化性 还原性 （Pt除外）金属电极 > S2– > I– > Br– > Cl– > OH– (水) > (NO3－、SO42–等高价含氧酸根) 活性电极 放电顺序： 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 举 例 电极反应 物质类别 实例 电解 类型 举 例 电极反应 溶液PH 变化 溶液复原方法 物质类别 实例 仅溶剂 水电解 仅溶质 电解 溶质和 溶剂同 时电解 含氧酸 H2SO4 强碱 NaOH 活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 无氧酸 HCl 阳极：4OH-→4e-＋O2+2H2O 阴极：4H+ + 4e- → 2H2↑ 减小 增大 不变 H2O 阳极：2Cl- → 2e-＋Cl2↑ 阴极：2H++2e- → H2↑ 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl- → 2e- ＋Cl2↑ 阴极：Cu2++2e- → Cu↓ 减少 CuCl2 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl- → 2e- ＋Cl2↑ 阴极： 增大 HCl 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阳极： 阴极：2Cu2++4e- → 2Cu↓ 减小 CuO、 CuCO3 2H2O－4e－＝ 4H+ +O2↑ 4H2O +4e－ ＝ 2H2 ↑ + 4OH－   电离 电解 完成的条件     过程及特点     以氯化铜为例     相 互 联 系   六、电离与电解的比较 电解质溶于水 或熔化状态下 电解质电离后, 再通以直流电 电解质电离成为 自由移动的离子 阴阳离子定向移动, 在两极上放电 CuCl2 ＝ Cu2++2Cl— CuCl2 ＝ Cu+Cl2 电解 电解必须建立在电离的基础上 七、电解池与原电池有哪些异同 ①两电极接直流电源 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ①活泼性不同的两电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 形成条件 将电能 转变成化学能的装置 将化学能 转变成电能的装置 定义 装置 实例 电解池 原电池 装置 电解原理的应用 设计使Cu与稀H2SO4反应可以发生的装置？ 电解反应是最强的氧化还原手段，非自发的氧还反应在电解条件下发生 1、电解法冶练金属 2Al2O3 (熔融) == 4Al + 3O2↑ 通电 MgCl2 (熔融) == Mg + Cl2↑ 2NaCl (熔融) == 2Na + Cl2↑ 为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？ 通电 通电 冰晶石 阴极：2Na++2e- =2Na 阳极：2Cl--2e- =Cl2 阴极：Mg2++2e- =Mg 阳极：2Cl--2e- =Cl2 阴极：4Al3++12e- = 4Al 阳极：6O2--12e- = 3O2 Al2O3的熔点2045℃ 冰晶石Na3AlF6 将Al2O3的熔点降低到大约1000 ℃ 2、氯碱工业（电解饱和食盐水） 阴极： 阳极： 2Cl– – 2e– ＝ Cl2↑ 2NaCl + 2H2O == 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 总反应： 通电 2H2O + 2e– ＝ H2↑+2OH– （阴极附近变红） （产生使湿润的淀粉－Ki试纸变蓝的气体） 通过上述装置制备Cl2和NaOH会有什么问题？如何解决？ － + 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） 阳离子交换膜 阳 极 金属钛网 阴 极 碳钢网 阳极室 阴极室 只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过) 3、电解精炼铜 　　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-2e- = Zn2+ Fe –2e- = Fe2+ Ni-2e- = Ni2+ Cu-2e- = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极:Cu2+ + 2e- = Cu 阳极泥 电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？ CuSO4溶液 略变小 工业上处理含Cr2O72—的酸性工业废水用以下方法：①往工业废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe为电极进行电解，经过一段时间有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。 阴极：2H++2e-＝H2↑ 阳极：Fe - 2e-＝Fe2+ 6Fe2++Cr2O72-+14H+＝6Fe3++2Cr3++7H2O 4、处理废水 3OH-+Fe3+ ＝ Fe(OH)3 3OH-+Cr3+ ＝ Cr (OH)3 能力提升之三.电解池与实际应用 10．电浮悬浮凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，右图是电解污水的实验装置示意图，实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物（不导电）。下列有关推断明显不合理的是 A．阴极的电极反应式为：O2 + 4e－ + 2H2O = 4OH－ B．通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3 C．通电过程中会产生气泡，把悬浮物带到水面 形成浮渣弃去 D．如果实验用污水导电性不良，可加入少量 Na2SO4固体以增强导电性 电解的应用→处理废水 28 （海淀一模）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。 某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图如下： （1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的 。 a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH e．CH3CH2OH （2）电解池阳极的电极反应分别是① ； ②4OH－  4 e－＝ 2H2O ＋ Ｏ2↑。 （3）电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是 。 28 电解精炼铜 纯铜 粗铜 $