1、电解池的工作原理及其应用,考纲要求,1. 理解电解池的构成、工作原理及应用,2. 能书写电极反应式和总反应方程式,3. 了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施,一、电解池基本概念 1电解通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生 和的过程。 2能量转化形式转化为 。 电解池（电解槽）：将电能转变为化学能的装置,直流电,氧化反应,还原反应,电能,化学能,3电解池的构成 (1) 。 (2) 溶液或熔融态的 。 (3)两个电极 阳极：与电源 相连的电极，发生 反应 阴极：与电源 相连的电极，发生 反应 (4)形成闭合回路。 4电子流向 电源负极电解池 ，电解池 电
2、源正极,直流电源,电解质,电解质,正极,氧化,负极,还原,阴极,阳极,原电池与电解池的结构对比,5离子移动方向向阳极移动， 向阴极移动。,阴离子,阳离子,阴阳电极判断小结：,1. 从外接电源分析,2. 从电流/电子方向分析,3. 从离子流向分析,4. 从电极产物分析,思考： (1)电解时电子通过电解质溶液吗？ (2)电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？ 电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。 一定有化学反应发生，因为在电解池的两极有电子转移，发生了氧化还原反应，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。,二.电解池工作原理,1.离子的放电,在电极
3、表面阳离子得到电子，阴离子失去 电子的过程叫做放电。,离子的放电顺序主要取决于离子的本性 （离子的氧化性与还原性），还与离子的 浓度、溶液的酸碱性有关。,阴极上得电子顺序：Ag+ Hg2+ Fe3+Cu2+ H+ （酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+H+（H2O）Al3+越活泼的金属，其阳离子越难结合电子。Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。,2.电极反应顺序 （1）阴极（电源负极）：得电子，还原反应,离子 越强，反应越容易。,氧化性,（2）阳极（电源正极）：失电子，氧化反应 活泼电极失电子（Au、Pt、Ti等除外） 惰性电极，溶液中阴离子（一般）失电子,惰性电极: 传递电子但不放
4、电，如C、Pt、Au、Ti等 阳极上失电子顺序： 活性电极（金属电极）S2-I- Fe2+ Br -Cl-OH-含氧酸根离子F-。,离子 越强，反应越容易。,还原性,注意：含氧酸根一般不放电，但具有较强还原性的离子（如: SO32-、MnO42-）在电解过程中也会被氧化（生成SO42-、MnO4-）。,思考：电解HCl和FeCl2的混合溶液时阳极反应式和阴极反应式,某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。下列叙述正确的是 A.铅笔端作阳极，发生还原反应 B.铂片端作阴极，发生氧化反应
5、C.铅笔端有少量的氯气产生 D.a点是负极，b点是正极,D,3. 电极反应式书写,书写步骤： （1）阴极： 分析溶液中存在的阳离子（氧化性强的阴离子），放电顺序最优先离子，An+ + ne- =A 放电完，排第二的离子放电 （2）阳极： 分析电极材料。活泼电极X- ne- =Xn+ 惰性电极，存在阴离子（或阳离子），找 出放电顺序最优先离子，Rn- - ne- =R,思考：,分别用惰性电极电解下列物质的水溶液，写出有关的电极反应式和总反应式。（1）含氧酸：H2SO4溶液HNO3溶液 （2）无氧酸：盐酸氢溴酸（3）强碱：NaOH溶液 KOH溶液 （4）活泼金属无氧酸盐：KCl溶液 NaCl溶液（
6、5）活泼金属含氧酸盐：Na2SO4溶液 （6） 不活泼金属无氧酸盐：CuCl2溶液（7）不活泼金属含氧酸盐：AgNO3 CuSO4溶液,想一想：如何判断电解时溶液的浓度变化？ pH值变化？电解后怎样对溶液复原？,1. 判断溶液中浓度变化 通过电极反应式看电解的物质 本质电解水，则物质浓度增大 本质电解电解质，则物质浓度减小 水和电解质都参与，一般忽略水体积变化， 电解质n减小，C减小,三.电极反应规律,2. 判断溶液中pH变化, 阳极区阴极区pH变化看极区电极反应式 溶液pH变化看电极总反应式,（1）电解只生成H2不生成O2，则溶液的pH_ （2）电解生成O2而不生成H2，则溶液的pH _ （
7、3）电解时既生成H2又生成O2，则实际为电解水若为酸性 pH ，若碱性溶液，则溶液的pH ，若为中性，则pH 。,增大,减小,减小,增大,不变,电解过程中溶液pH的变化规律,3. 电解后溶液的复原,总原则：消耗什么补充什么 消耗水，补水 消耗电解质，补电解质,(2011大纲全国)用石墨做电极电解CuSO4溶 液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起 始状态，应向溶液中加入适量的 ACuSO4 BH2O CCuO DCuSO45H2O,C,4. 惰性电极电解电解质溶液的规律,阳极 S2- I- Br - Cl- OH- 含氧酸根 F-,与区：电解本身型 如HCl、CuCl2 与区：放氢生碱型 如N
8、aCl、MgBr2 与区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 与区：电解水型 如Na2SO4、 H2SO4 、NaOH,阴极 Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+ H+ Al3+Mg2+Na+,4. 惰性电极电解电解质溶液的规律,从H+ 、Cu2+ 、Na+ 、Cl-、SO42-五种离子中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，用电解质的化学式填空（使用惰性电极电解）电解过程中溶液的pH增大的有_电解过程中溶液的pH减小 的有 _ 电解过程中溶液的pH不变的有_,NaCl 、HCl,CuSO4、H2SO4,Na2SO4,练习：,(2012 海南)下列各组中，每种电解质溶液电解时只生
9、成氢气和氧气的是 ( )AHCl、CuCl2、Ba(OH)2BNaOH、CuSO4、H2SO4CNaOH、H2SO4、Ba(OH)2DNaBr、H2SO4、Ba(OH)2答案 C,(2012安徽理综卷，11)某兴趣小组设计如图所 示的微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合 K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1， 闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描 述正确的是,A. 断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为： 2H 2Cl = Cl2H2（通电） B. 断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红 C. 断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为： Cl22e=2Cl D. 断
10、开K1，闭合K2时，石墨电极作正极,电解池的应用,惰性电极电解熔融离子化合物,掌握NaCl型，活泼金属无氧酸盐的熔融电解,KCl、CaCl2、 NaCl、MgCl2（AlCl3共价化合物）,掌握Al2O3型，活泼金属氧化物的熔融电解,应用：冶炼活泼金属K、Ca、 Na、Mg,应用：冶炼活泼金属Al,1. 活泼金属的冶炼（为什么不能用水溶液？）,（1）惰性电极电解熔融NaCl,阳极: 阴极: 总反应:,2Cl- - 2e- Cl2 氧化反应 2Na+ + 2e- 2Na 还原反应,（2）惰性电极石墨电解熔融Al2O3,4 Al3+ + 12e- = 4 Al 6 O2- - 12e- = 3 O
11、2,阴极： 阳极： 总反应式： 加冰晶石(Na3AlF6)，及时更换阳极碳棒,2. 氯碱工业,氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础，生产氯气、烧碱及相关产品。,电解质溶解于水：NaCl Na+ + Cl-（ H+ +OH- ） 通直流电阳极（+）：2Cl- - 2e- Cl2阴极（-）： 2H2O + 2e- = 2OH- + H2 或2H+ + 2e- H2 总化学方程式：,氯碱工业装置,实际生产： 阳极：钛网（涂钛、钌等氧化物涂层：延长 寿命、提高电解效率） 阴极：碳钢网,阳离子交换膜作用： 隔开两极区，只允许阳离子通过，防止Cl2 与OH-接触而反应使NaOH不纯。 阻止Cl2和H2混合爆炸
12、,食盐水的精制,(2013重庆名校联考)有一种节能的氯碱工业 新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关 流程如图所示(电极未标出)：,回答下列有关问题： (1)电解池的阴极反应式为_。 (2)通入空气的电极为_， 燃料电池中阳离子的移动方向_(填“从左向右”或“从右向左”)。 (3)电解池中产生2 mol Cl2，理论上燃料电池中消耗_mol O2。 (4)a、b、c的大小关系为：_。,3.铜的电解精炼,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: Cu
13、2+ + 2e- = Cu,阳极泥,问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,阳极泥: 沉积在电解槽底的不活泼金属单质,还原性：ZnFeNiCu,注意： 电解精炼时， CuSO4电解液浓度略有降低。 一般粗金属作阳极，纯金属作阴极，电解液含精炼的金属阳离子。,3.铜的电解精炼,4.电镀,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,电极： 阳极镀层金属 阴极镀件(待镀金属制品),阳极：Cu - 2e- = Cu2+,阴极： Cu2+ + 2e- = Cu,4.电镀,电镀液：含有镀层金属阳离子 电镀时，电镀液浓度基本不变,金属的电化学腐蚀与防护,一、金属的腐蚀,什么是
14、金属腐蚀？其本质是什么？,1.概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象,2.本质：,金属原子失去电子被氧化的过程,二、金属腐蚀的类型,1.化学腐蚀:,金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2等） 或直接发生化学反应而引起的腐蚀,2.电化学腐蚀:,不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池 反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀,影响因素：金属本性、接触物质的氧化性及温度,影响因素：电解质溶液酸碱性及金属活性,化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,三、电化学腐蚀分类,【思考】为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈， 在潮湿空气中却易生锈？,1. 析氢腐蚀,【条件】,水膜呈较强酸性,正极：
15、,负极：,电池反应：,Fe - 2e- = Fe2+,2H+2e- =H2,Fe +2H+ =Fe2+H2,三、电化学腐蚀分类,2. 吸氧腐蚀,条件：,水膜呈中性或弱酸性或碱性,负极：,正极：,电池反应：,进一步：,2Fe - 4e- = 2Fe2+,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3 = Fe2O3nH2O + (3-n)H2O,注意： 在金属活动性顺序表中，“H”前面的金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀；“H”后面的金属只能发生吸氧腐蚀。 钢铁发生吸氧腐蚀时，
16、电极反应是Fe2e =Fe2，而不是Fe3e=Fe3。,吸氧腐蚀实验,导管内水柱上升,若将NaCl溶液改成稀HCl与NaCl混合溶液,金属腐蚀例题：,全程设计91页，对点练习：,金属腐蚀快慢的判断方法 (1)电解原理引起的腐蚀阳极原电池原理引起 的腐蚀负极化学腐蚀有防护措施的腐蚀。 (2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率： 强电解质弱电解质非电解质。 (3)原电池原理引起的腐蚀速率：两电极金属活动性相差越大，越易腐蚀。 (4)对于同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。,四、电化学腐蚀快慢,铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？,金属腐蚀危害巨大,以下自行车部件采用了什么防护措施?,
17、五、金属的防护方法：,1. 改变金属内部组成结构（不锈钢、青铜器）,2. 在金属表面覆盖保护层,（1）涂矿物质油脂，油漆或覆盖搪瓷塑料。,（2）镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法。,（3）形成致密氧化膜（烤蓝）。,3. 电化学保护法,六、金属的电化学防护,1.牺牲阳极的阴极保护法,原理：,应用 原理，让被保护金属作 极，,原电池,正,负,找另一种活泼性较强金属作 极,原理：应用 原理，将被保护的钢铁设 备做 极，用惰性电极做辅助 极。,2. 外加电流的阴极保护法,阴,阳,电解池,写出下列装置的电极反应，并判断A、B、C溶 液pH值变化。,负极,正极,2012重庆理综，29(节选)人工肾脏可采用间接电
18、化学方法除去代谢产物中的尿素，如图所示。,(1)电源的负极为_(填“A”或“B”)。 (2)阳极室中发生的反应依次为_、_。,(3)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将_；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为_g(忽略气体的溶解)。,原电池和电解池的计算包括：两极产物的定量计算、溶液的计算、相对原子质量的计算和阿伏伽德罗常数测定的计算、根据电荷守恒量求产物的量与根据产物的量求电荷量。可以概括以下三类方法：,七、关于电化学计算的基本方法归纳,电量计算： Q=It = n(e-)NA1.610-19 C F= 96500 C/mol = NA1.610-19 C,1.
19、 根据电子守恒法计算：依据是电路中转移的电子数目相等。用于串联电路、阴阳两极产物、正负极产物、电荷量等类型的计算。 2. 根据总反应式计算：先写出电极反应再写出总反应式，根据总反应式计算。 3. 根据关系式计算：由电子守恒关系建立已知量与未知量之间的笔记关系。常见微粒间的计量关系式为：4e-2H2O22H2O4H+4OH-2Cl24Cl-4Ag+4Ag2Cu2+2Cu,（1）单一溶液的电解,用两个惰性电极插入500mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气逸出，且电解液体积变化可以忽略），电极上析出的质量是 A. 27mg B. 54mg C.
20、108mg D. 216mg,4 AgNO3 + 2H2O = 4Ag + O2+ 4HNO3 HNO3物质的量(10-310-6)0.5 0.510-3mol， 析出银的质量为0.510-3mol108g/mol=54mg,（2）混合溶液的电解,将0.2mol AgNO3 、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水，配成100mL的溶液，用石墨做电极电解一段时间后，在一极析出0.3moLCu，此时在另一极收集到气体体积为（标况） 4.48L B. 5.6L C. 6.72L D. 7.84L,B,在1L K2SO4和CuSO4的混合液中，c( SO42-)= 2moL/L，用石
21、墨做电极电解，两极均收集到22.4L气体（标况），则原混合液中K+的物质的量浓度为？,（2）混合溶液的电解,（3）非惰性电极做阳极的电解,用质量均为100g的铜做电极，电解AgNO3 溶液， 一段时间后，两电极质量相差28g,此时两电极质 量分别为： A. 阳极93.6g 阴极121.6g 阳极100g 阴极128g 阳极91.0g 阴极119.0g 阳极86.0g 阴极114.0g,按右图的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质溶液中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68 g，溶液质量增加0.03 g，则A极合金中Cu、Zn的原子个数之比为( )A41 B31 C21 D任意比,（3）非惰性电极做阳极的电解,X,X,Cu,Cu,（4）串联电路的电解：,把两个电解槽串联起来如图示，电解一段时间后，铜阴极的质量增加了0.192g，金属X阴极质量增加了0.195g，已知X的相对原子质量为65，求X离子所带电荷数？,X的硫酸盐,CuSO4,
