電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解

1、基本概念基本概念: :(1)(1)電解電解: :讓直流電通過(guò)電解質(zhì)溶液或者熔融的電解質(zhì)讓直流電通過(guò)電解質(zhì)溶液或者熔融的電解質(zhì), ,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生在兩個(gè)電極上分別發(fā)生_反應(yīng)和反應(yīng)和_反應(yīng)的過(guò)程。反應(yīng)的過(guò)程。(2)(2)電解池電解池: :將電能轉(zhuǎn)化成將電能轉(zhuǎn)化成_的裝置。的裝置。(3)(3)電解池的構(gòu)成條件及工作原理。電解池的構(gòu)成條件及工作原理。構(gòu)成條件構(gòu)成條件: :直流電源、固體電極材料、直流電源、固體電極材料、_、形成、形成_。氧化還原化學(xué)能電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)閉合回路第第2 2節(jié)節(jié) 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電解電解以電解熔融氯化鈉為例講一下電解池以電解熔融氯化鈉為例講一下電解

2、池工作原理。工作原理。電解池陰、陽(yáng)極的判斷電解池陰、陽(yáng)極的判斷陽(yáng)極陽(yáng)極材料：材料：活性電極活性電極( (除鉑、金以外的金屬除鉑、金以外的金屬) )：惰性電極惰性電極 ( (石墨、鉑、金石墨、鉑、金) )：記住這句話：記住這句話：電解質(zhì)導(dǎo)電的過(guò)程就是電解過(guò)程，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。電解質(zhì)導(dǎo)電的過(guò)程就是電解過(guò)程，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。陰極陰極不參與電解反應(yīng)。不參與電解反應(yīng)。陰離子放電；陽(yáng)極自身失電子陽(yáng)極自身失電子；活性陽(yáng)極先于陰離子放電活性陽(yáng)極先于陰離子放電【歸納提高】陰極：陰極：陽(yáng)極：陽(yáng)極：AgAg+ +FeFe3+3+CuCu2+2+ H H+ + 活潑金屬陽(yáng)離子活潑金屬陽(yáng)離子S S2-2-IIBrBrC

3、lCl OHOH 含氧酸根離子含氧酸根離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子陰極：陰極：4H4H+ +4e+4e- - =2H=2H2 2 陽(yáng)極：陽(yáng)極：4OH4OH- - -4e-4e- - = 2H= 2H2 2O+ OO+ O2 2總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：(2)(2)鹽酸鹽酸陰極：陰極：2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl2Cl- - - 2e- 2e- - =Cl=Cl2 2總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： 2HCl = H2HCl = H2 2+ Cl+ Cl2 2通電通電2H2H2 2O = 2HO = 2H2 2 + O + O2 2通電通電(1)(1)稀硫酸稀硫酸（

4、3 3）AgNOAgNO3 3溶液溶液4Ag+ +4e- = 4Ag4OH-4e- = 2H2O + O2 4Ag+2H2O = 4Ag + O2+ 4H+ 通電陰極：陰極： 2Cu2Cu2+2+4e+4e- -=2Cu=2Cu陽(yáng)極：陽(yáng)極： 4OH4OH- -4e-4e- - =2H =2H2 2O +OO +O2 2（4 4）CuSOCuSO4 4溶液溶液2Cu2Cu2+2+2H+2H2 2O= 2Cu + OO= 2Cu + O2 2 + 4H+ 4H+ +通電通電總反應(yīng)：總反應(yīng)： 陽(yáng)極：陰極： 總反應(yīng)：2Cl- -2e- = Cl2 2H+ + 2e-= H2陽(yáng)極：陰極：總反應(yīng)式： 通電

5、2Cl-+2H2O = 2OH-+ Cl2+ H2(5)(5)氯化鉀溶液氯化鉀溶液(6)NaOH(6)NaOH溶液溶液陽(yáng)極：4OH- -4e- = 2H2O+O2陰極：4H+4e- =2H2總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2H2H2 2O = 2HO = 2H2 2+ O+ O2 2通電通電電解質(zhì)類型電解質(zhì)類型 實(shí)例實(shí)例電解對(duì)象電解對(duì)象電解類型電解類型最高價(jià)含氧酸最高價(jià)含氧酸強(qiáng)堿強(qiáng)堿最高價(jià)含氧酸強(qiáng)堿鹽最高價(jià)含氧酸強(qiáng)堿鹽無(wú)氧酸無(wú)氧酸 無(wú)氧酸不活潑金屬鹽無(wú)氧酸不活潑金屬鹽無(wú)氧酸活潑金屬鹽無(wú)氧酸活潑金屬鹽含氧酸不活潑金屬鹽含氧酸不活潑金屬鹽HNO3H2ONaOHH2ONaNO3H2O電解水型HClHClCuCl

6、2CuCl2電解質(zhì)分解型NaCl溶質(zhì)和水放氫生堿AgNO3溶質(zhì)和水放氧生酸電解的類型（惰性電極）【歸納小結(jié)】電解飽和食鹽水反應(yīng)原理電解飽和食鹽水反應(yīng)原理思考思考:（1）電解池的兩極各產(chǎn)生什么現(xiàn)象）電解池的兩極各產(chǎn)生什么現(xiàn)象?若在兩極附近均滴加酚酞試液，會(huì)若在兩極附近均滴加酚酞試液，會(huì)有什么現(xiàn)象有什么現(xiàn)象?（2）怎樣初步檢驗(yàn)兩極產(chǎn)物的生成）怎樣初步檢驗(yàn)兩極產(chǎn)物的生成?（3）結(jié)合教材，分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象）結(jié)合教材，分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。的原因。 在在U型管里裝入飽和食型管里裝入飽和食鹽水，用一根碳棒作陽(yáng)鹽水，用一根碳棒作陽(yáng)極，一根鐵棒作陰極，極，一根鐵棒作陰極，接通直流電源。接通直流電源。實(shí)驗(yàn)裝置

7、實(shí)驗(yàn)裝置1.電解食鹽水電解食鹽水現(xiàn)象：現(xiàn)象：陽(yáng)極：有氣泡產(chǎn)生，陽(yáng)極：有氣泡產(chǎn)生，使?jié)駶?rùn)的淀粉使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試試紙變藍(lán)紙變藍(lán)陰極：有氣泡產(chǎn)生，陰極：有氣泡產(chǎn)生，滴加酚酞溶液變紅滴加酚酞溶液變紅陽(yáng)極：陽(yáng)極：2Cl-2e- =Cl2陰極：陰極：2H+2e- =H2總式：總式：2NaCl+2H2O= 2NaOH+H2+Cl2(條件條件:通電通電)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置（1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽）生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽陰極：碳鋼陰極：碳鋼 陽(yáng)極：鈦陽(yáng)極：鈦陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)(Cl、OH離子和氣體不能通過(guò)離子和氣體不能通過(guò))，把電解槽隔成陰極室，把電

8、解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室。和陽(yáng)極室。 （2）離子交換膜的作用：）離子交換膜的作用：a、防止氫氣和氯氣混合而引起爆炸；、防止氫氣和氯氣混合而引起爆炸；b、避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成、避免氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成 ，而影響氫，而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。氧化鈉的產(chǎn)量。氯堿工業(yè)氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿離子交換膜法制燒堿+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡鹽水淡鹽水NaOH溶液溶液精制飽和精制飽和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）離子交換膜離子交換膜 陽(yáng)陽(yáng) 極極金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng)陰陰 極極碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng)陽(yáng)陽(yáng)極極室室陰陰極極室室粗鹽的成分：粗鹽的成分： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、S

9、O42雜質(zhì)，會(huì)與雜質(zhì)，會(huì)與堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜堿性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，損壞離子交換膜精制食鹽水精制食鹽水雜質(zhì)的除去過(guò)程：雜質(zhì)的除去過(guò)程：粗鹽水粗鹽水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制鹽水鹽水)SO(BaCl242除過(guò)量)(除泥沙及沉淀過(guò)濾)Ba.Ca(CONa2232除過(guò)量)CO(23除適量鹽酸)Mg.Ca(22除陽(yáng)離子交換塔)Fe.Mg(NaOH32除過(guò)量2.2.銅的電解精煉銅的電解精煉一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線

10、，就會(huì)大大降低電線的粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會(huì)大大降低電線的導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。粗銅粗銅 含雜質(zhì)含雜質(zhì)(Zn Fe Ni Ag Au 等等)純銅純銅陽(yáng)極：陽(yáng)極： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e-Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni CuAg Au 陰極陰極: Cu2+ + 2e- Cu陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥問(wèn)：電解完后，問(wèn)：電解完后，CuSO4溶液的濃度有何變化？溶液的濃度有何變化？CuSO4溶液溶液粗銅粗銅3. 3. 電電鍍鍍電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金

11、屬或合電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程，它是電解原理的又一重要應(yīng)用。金的過(guò)程，它是電解原理的又一重要應(yīng)用。電鍍可以使金屬更電鍍可以使金屬更加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力。例如，鋼鐵是人們最常用的。例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵金屬，但鋼鐵有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。銅、鉻、鎳等。鐵鐵片片銅銅片片硫酸銅溶液硫酸銅溶液電極：電極： 陽(yáng)極陽(yáng)極鍍層金屬鍍層金屬

12、或惰性電極或惰性電極 陰極陰極待鍍金屬制品待鍍金屬制品 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。 溶液中溶液中CuSO4的濃度保持不變的濃度保持不變或變小或變小陽(yáng)極：陽(yáng)極：6O2-12 e- =3O2 陰極：陰極：4Al3+ + 12e- =4Al4.冶煉鋁冶煉鋁通電通電總式：總式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理:助熔劑：冰晶石（助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉）六氟合鋁酸鈉）陽(yáng)極材料陽(yáng)極材料(碳碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充思考思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁

13、而不用不用AlCl3?冶煉鋁設(shè)備圖冶煉鋁設(shè)備圖陽(yáng)極陽(yáng)極C電解質(zhì)電解質(zhì)煙罩煙罩熔融熔融態(tài)鋁態(tài)鋁鋼殼鋼殼鋼導(dǎo)電棒鋼導(dǎo)電棒陰極陰極C耐火耐火材料材料電解池、電解精煉池、電鍍池的比較電解池、電解精煉池、電鍍池的比較電解池電解池電解精煉池電解精煉池電鍍池電鍍池定義定義形成形成條件條件電極電極名稱名稱電極電極反應(yīng)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置的裝置應(yīng)用電解原理在某些應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其金屬表面鍍上一層其他金屬的裝置他金屬的裝置兩電極接直流電源兩電極接直流電源電極插入電解質(zhì)溶液電極插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路形成閉合回路鍍層金屬接電源正極鍍層金屬接電源正極待鍍金屬接電源負(fù)極待鍍

14、金屬接電源負(fù)極電鍍液須含有鍍層金電鍍液須含有鍍層金屬的離子屬的離子陽(yáng)極：與電源正極相連陽(yáng)極：與電源正極相連陰極：與電源負(fù)極相連陰極：與電源負(fù)極相連陽(yáng)極：鍍層金屬陽(yáng)極：鍍層金屬陰極：鍍件陰極：鍍件陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)應(yīng)用電解原理將不純應(yīng)用電解原理將不純的金屬提純的裝置的金屬提純的裝置不純金屬接電源正極不純金屬接電源正極純的金屬接電源負(fù)極純的金屬接電源負(fù)極電解質(zhì)溶液須含待提電解質(zhì)溶液須含待提純金屬的離子純金屬的離子陽(yáng)極：不純金屬陽(yáng)極：不純金屬陰極：純金屬陰極：純金屬陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)

15、陰極：還原反應(yīng)1. a 、b哪一極為正極？哪一極為正極？2. 若要給鐵叉鍍鋅，若要給鐵叉鍍鋅， a極選用什么材料？極選用什么材料？ 選擇何種溶液？選擇何種溶液？3. 若要給鐵叉鍍金，若要給鐵叉鍍金， a極選用什么材料？極選用什么材料？ 選擇何種溶液？選擇何種溶液？思考思考:e-金屬性強(qiáng)弱的判斷金屬性強(qiáng)弱的判斷 已知已知M+N2+=M2+N Pt極電解相同濃度極電解相同濃度P和和M的硫酸鹽，陰極先析出的硫酸鹽，陰極先析出M N與與E有導(dǎo)線相連有導(dǎo)線相連放入放入E的硫酸鹽溶液的硫酸鹽溶液,電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：E2+2e-=E，N-2e-=N2+，則四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱為，則四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱

16、為 答案：答案：PMNE工業(yè)上采用工業(yè)上采用Fe、C為電極電解為電極電解K2MnO4溶液制溶液制KMnO41.電解時(shí)電解時(shí),應(yīng)以應(yīng)以 作陰極，電解過(guò)程中陰極附近溶液作陰極，電解過(guò)程中陰極附近溶液pH將會(huì)將會(huì) , 2.陽(yáng)極反應(yīng)式為陽(yáng)極反應(yīng)式為 , 3.總電解反應(yīng)式為總電解反應(yīng)式為 . 3.2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2答案答案:1.Fe 增大增大 2.MnO42_e e- - =MnO4 電解計(jì)算電解計(jì)算電子守恒法電子守恒法例一例一 ： 鉑電極電解鉑電極電解1LCu(NO3)2和和KNO3混合混合溶液溶液,通電一段時(shí)間通電一段時(shí)間,兩極均產(chǎn)生兩極均產(chǎn)生11.2L(S.T.

17、P)氣體。求電解后溶液的氣體。求電解后溶液的pH,并確定析出銅的物并確定析出銅的物質(zhì)的量。質(zhì)的量。解析：陽(yáng)極解析：陽(yáng)極 4OH-4e-=2H2O+O2 陰極陰極 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 陽(yáng)極轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為陽(yáng)極轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為: 0.54 = 2mol,消耗消耗OH- 2mol,即產(chǎn)生即產(chǎn)生H+ 2mol。 陰極生成陰極生成0.5molH2,消耗消耗H+ 1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1molL-1 pH=0 生成生成H2轉(zhuǎn)移的電子轉(zhuǎn)移的電子:0.5 2=1mol,故還有故還有1mole- 用于還原用于還原Cu2+,可析出銅為可析出銅為0.5mol。

18、O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH計(jì)算計(jì)算關(guān)系式：關(guān)系式：例二例二 ： 用石墨電極電解用石墨電極電解100mL H2SO4與與CuSO4的混合的混合液，通電一段時(shí)間后，兩極均收集到液，通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24L（標(biāo)況）氣（標(biāo)況）氣體，則原混合液中體，則原混合液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為（的物質(zhì)的量濃度為（ ） A.1molL-1 B.2molL-1 C.3molL-1 D.4molL-1A陽(yáng)極O2為0.1mol，電子為0.4mol則H2為0.1mol，所以Cu為0.1mol，濃度為A例三例三 ： 某硝酸鹽晶體化學(xué)式為某硝酸鹽晶體化學(xué)式為M(NO3)xnH2O，式量為，式量為2

19、42，將，將1.21g該晶體溶于水配成該晶體溶于水配成100mL溶液，用惰性電溶液，用惰性電極進(jìn)行電解。當(dāng)有極進(jìn)行電解。當(dāng)有0.01 mol 電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中金屬離電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中金屬離子全部析出，此時(shí)陰極增重子全部析出，此時(shí)陰極增重0.32g。求：。求：金屬金屬M(fèi)的相對(duì)原子質(zhì)量及的相對(duì)原子質(zhì)量及 x、n 值；值；電解溶液的電解溶液的pH（溶液體積仍為（溶液體積仍為100mL）。）。 Mx+ + xe- = M0.005mol 0.01mol 0.32g所以：x = 2 ；M = 64 ；n = 3產(chǎn)生H+為0.01mol，pH=11.1.右圖中右圖中x x、y y分別是直分別是直流電源的兩極流電源的兩極, ,通電后發(fā)通電后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)a a極板質(zhì)量增加極板質(zhì)量增加,b,b極板極板處有無(wú)色無(wú)臭氣體放出處有無(wú)色無(wú)臭氣體放出, ,符合這一情況的是符合這一情況的是A 練練 習(xí)習(xí)2. 根據(jù)金屬活動(dòng)順序表，根據(jù)金屬活動(dòng)順序表，Cu不能發(fā)生如下反應(yīng)：不能發(fā)生如下反應(yīng)： Cu + 2H2O=Cu(OH)2+ H2。但選擇恰當(dāng)電極材但選擇恰當(dāng)電極材料料 和電解液進(jìn)行電解，這個(gè)反應(yīng)就能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。下列四和電解液進(jìn)