電解池 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能

第二節(jié)

電

解

池

自1800年，伏特發(fā)明了伏打電池后，科學(xué)家們紛紛開始利用伏打電池研究電的化學(xué)效應(yīng)，對水、鹽溶液，熔融固體化合物進(jìn)行通電實驗，其中英國化學(xué)家戴維在點(diǎn)解釋議案中發(fā)現(xiàn)了鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇等多種元素，成為發(fā)現(xiàn)最多新元素的科學(xué)家。1833年，英國科學(xué)家法拉第，經(jīng)過一系列的實驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)把電流作用在氯化鈉的水溶液時，能夠獲得氯氣，這一發(fā)現(xiàn)為氯堿工業(yè)的發(fā)展有重要的促進(jìn)作用石墨飽和食鹽水情境——電解池的前世今生

氯堿工業(yè)電解精煉銅電

鍍電化學(xué)合成電解處理廢水【實驗4-2】在U形管中注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極材料，把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的石墨棒附近。接通直流電源，觀察U形管內(nèi)的現(xiàn)象和試紙顏色的變化。CuCl2溶液石墨棒石墨棒oooooooooooooooooooo－＋陰極陽極CuCl2oooooooooooooooooooooooe-e-【思考與討論】與直流電源負(fù)極相連的電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。與直流電源正極相連的電極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)。陽離子Cu2+和H+向陰極移動陰離子OH-和Cl-向陽極移動Cu2+在陰極放電：Cl-在陽極放電：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反應(yīng)）Cu2+

＋2e－

=Cu（還原反應(yīng)）總反應(yīng)式：CuCl2Cu+Cl2↑電解1．電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽極、陰極引起氧化還原反應(yīng)的過程。注意：①電流應(yīng)是直流電②熔融態(tài)的電解質(zhì)也能被電解2．電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置(也稱電解槽)。3．電解池的構(gòu)成：①外加直流電源③電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)④形成閉合回路②陰、陽兩極一、電解原理

⑤能發(fā)生氧化還原反應(yīng)

可以是自發(fā)的反應(yīng)，也可以是非自發(fā)的反應(yīng)

兩極一液一電源，氧化還原是條件

4.幾種流向的問題（1）電流：電源正極→電解池陽極→電解質(zhì)溶液→電解池陰極→電源負(fù)極）（2）電子流向：

電源

極→電解池

極；電解池

極→電源

極（3）離子：

陽離子→電解池

極陰離子→電解池

極負(fù)正陽陰陰陽電流(I)流向5.電解規(guī)律①活性電極：電極自身放電即電極自身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，如：Fe、Cu、Ag

②惰性電極：電極自身不反應(yīng)，只導(dǎo)電。如：Au、Pt、C(1)判斷陰、陽極分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。陰極材料只要導(dǎo)電就可以

陰極：

陰極上放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關(guān)。

得電子能力（氧化性）強(qiáng)的離子先放電。Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>…>K+這5種金屬離子在水中不放電，只有在熔融狀態(tài)下放電，制備單質(zhì)時只有電解熔融氯化物或熔融氧化物。這4種金屬離子濃度較大時，先于H+放電。Fe3+得電子能力比Cu2+強(qiáng)，但第一階段Fe3+只被還原為Fe2+(2)分析電解質(zhì)溶液中的全部離子并分為陰、陽兩組提示:不要忘記水溶液中的H+和OH-,不要把H+、OH-誤加到熔融電解質(zhì)中。(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序

活潑金屬作陽極,則金屬首先失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。

若是惰性電極作陽極，則只有溶液中陰離子放電。

失電子能力（還原性）強(qiáng)的離子先放電。陽極：活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根（NO3-、SO42-、CO32-）>F-小結(jié)：看電極→找離子→分陰陽→排順序→寫反應(yīng)①電解水型：電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應(yīng)式陰極反應(yīng)式pH變化復(fù)原加入物質(zhì)減小增大不變H2O4OH-－4e－=O2↑＋2H2O4H＋＋4e－=2H2↑H2SO4、NaOH、Na2SO4等含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬的含氧酸鹽。（4）電解規(guī)律(用惰性電極電解時)②電解電解質(zhì)型：電解質(zhì)HClCuCl2陽極反應(yīng)式陰極反應(yīng)式Cu2＋＋2e－=CupH變化

復(fù)原加入物質(zhì)2Cl－－2e－=Cl2↑2H＋＋2e－=H2↑增大HClCuCl2HCl、CuCl2等無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液的電解電解質(zhì)NaClCuSO4陽極反應(yīng)式陰極反應(yīng)式pH變化復(fù)原加入物質(zhì)2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O－4e－=O2↑＋4H＋2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－=2Cu增大減小HClCuO或CuCO3④放氧生酸型：③放氫生堿型：2CuSO4+

2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4電解2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑電解

陽極：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅡ與Ⅳ區(qū)：如Na2SO4、H2SO4

、NaOH陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+電解本身型：放氫生堿型：放氧生酸型：電解水型：Ⅰ與Ⅲ區(qū)：如CuCl2

、HClⅠ與Ⅳ區(qū)：如NaClⅡ與Ⅲ區(qū)：如CuSO4、AgNO3電解后溶液的復(fù)原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照原子個數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則。二、電解原理的應(yīng)用

1.電解飽和食鹽水：（氯堿工業(yè)）食鹽水中的離子：H＋、Na＋、Cl－、OH－濕潤的淀粉—KI試紙變藍(lán)離子移動方向：

移向陽極，

移向陰極Cl－、OH－H＋、Na＋現(xiàn)象：陰極有無色氣體產(chǎn)生，陰極端溶液變紅，陽極產(chǎn)生的黃綠色氣體能使淀粉—KI溶液變藍(lán)。陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－電解飽和食鹽水必須解決兩個主要問題：①避免Cl2接觸NaOH溶液會反應(yīng)，使產(chǎn)品不純，反應(yīng)方程式：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O②避免生成的Cl2和H2混合，原因：遇火或強(qiáng)光會爆炸解決方法：使用離子交換膜生產(chǎn)設(shè)備：陽離子交換膜電解槽－+Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡鹽水NaOH溶液精制飽和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）陽離子交換膜陽極陰極陽極室陰極室陽離子交換膜：只允許陽離子通過，將電解槽隔成陽極室和陰極室。可避免H2和Cl2混合；也避免Cl2和NaOH反應(yīng)從而影響NaOH的產(chǎn)量?！舅伎肌咳绻朐阼F制品表面鍍上銅，該如何設(shè)計實驗？2.電鍍應(yīng)用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。目的：增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。①電極式：陽極：Cu-2e-=Cu2+陰極：Cu2++2e-=Cu②電鍍液：含Cu2+離子的電解質(zhì)溶液①電極：陽極：鍍層金屬陰極：待鍍金屬制品（即鍍件）②電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液實際電鍍時，為了得到均勻、光潔、致密的鍍層，往往需要在電鍍液中加入各種助劑。黃銅礦粗銅（含有鋅、鐵、鎳、銀、金、鉑等微量雜質(zhì)）如果用粗銅制電線會大大降低其導(dǎo)電能力3.銅的電解精煉【交流研討】結(jié)合現(xiàn)象，思考：①陽極和陰極材料分別是？②粗銅中的雜質(zhì)金屬如何除去？③電解精煉后，CuSO4溶液有何變化？CuSO4溶液陽極：

不及銅活潑的貴重金屬（銀、金等）不放電沉入槽底形成陽極泥，可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料。陰極：Cu2++2e-=Cu（Cu2+氧化性最強(qiáng)且濃度最大）比銅活潑的金屬先反應(yīng)Zn–2e-=Zn2+Fe–2e-=Fe2+Ni–2e-=Ni2+（先反應(yīng)）Cu–2e-=Cu2+（后反應(yīng)，是主要反應(yīng)）

隨著電解的進(jìn)行電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度變小KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法加熱分解法物理提取法4.電冶金金屬冶煉：使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質(zhì)的過程。原理：Mn++ne-=M由于電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉金屬的一種重要方法。對于冶煉Na、Ca、Mg、Al這樣的活潑金屬，電解法幾乎是唯一可行的工業(yè)方法。熔融NaCl陰極陽極e-e-Na+Cl-總反應(yīng)：2NaCl=2Na+Cl2↑電解陰極：2Na++2e-

＝2Na陽極：2Cl－－2e-

＝Cl2↑電解熔融的Al2O3制備Al陰極:陽極:總反應(yīng):4Al3++12e-=4Al6O2--12e-=3O2↑2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑電解助熔劑：冰晶石（Na3AlF6

六氟合鋁酸鈉）