高中化学选修4课件_18电解池1

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第四章 电化学基础 16 二月 2021 第三节 电解池 第一课时 有关电解 金属钠是在 1807 年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在 1891 年才获得成功。 1921 年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。 电解是 将电能转化为化学能 的一种重要方法。 2 一、电解原理 （以电解氯化钠为例） 探究： 用惰性（石墨）电极电解熔融的氯化钠 现象： 阳极： 有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的 KI- 淀 粉试纸变蓝（ Cl 2 ) 阴极： 有金属钠析出 阴极 阳极 氯 气 钠 熔融 NaCl 3 ☆分析： 通电前： 分析熔融电解质中的离子情况 阳离子 ： Na + 阴离子 ： Cl - 无规则运动 通电后： （必须直流电） （ 1 ）确定电极名称： 阳极 （接电源正极） 阴极 （接电源负极） 与电极材料无关 （ 2 ）判断电极产物并书写电极反应 : 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极 ： 2Cl - -2e - =Cl 2 ↑ 氧化反应 阴极 ： 2Na + +2e - =2Na 还原反应 总式： 2 NaCl 2Na+Cl 2 ↑ 通电 4 电解 : 使 电流 通过 电解质溶液 而在 阴阳两极 引起 氧化还原反应 的过程。（ 强制性的氧化还原反应 ） 电解池 : 借助 氧化还原反应 ，把 电能 转化为 化学能 的装置。 ★构成条件 : (1) 外加直流电源 (2) 与电源相连的两个电极： 接电源负极的为阴极，阴极 送出电子 强制发生 还原反应 接电源正极的为阳极，阳极 收回电子 强制发生 氧化反应 仔细理解个中含义，这是电解的关键！ (3) 电解质溶液或熔化的电解质 5 电子的流向 : 由电源决定！ 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。 （注：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动） 离子定向移动的方向 : 阳离子 向 阴极 移动 , 阴离子 向 阳极 移动 . 惰性电极与活性电极： 惰性电极 ( 铂、金、石墨 ) ： 仅仅导电，不参与反应 活性电极（除铂、金外的金属）： 既可以导电、又可以参与电极反应 6 电解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。 以电解氯化铜为例 实验： 用惰性（石墨）电极电解氯化铜溶液 现象： 阳极： 有气泡，有刺激性气味，并能使 湿润的 KI- 淀 粉试纸变蓝（ Cl 2 ) 阴极： 碳棒上有一层红色的铜析出 阴极 阳极 氯 气 铜 CuCl 2 溶液 7 实验分析： 通电前： 分析电解质溶液中的离子情况 阳离子 ： H + 、 Cu 2+ 阴离子 ： OH - 、 Cl - 做无规则运动 通电后： （必须直流电） （ 1 ）确定电极名称： 阳极 （接电源正极） 阴极 （接电源负极） 与电极材料无关 8 （ 3 ）判断电极产物并书写电极反应 : 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电 阳极 ： 2Cl - -2e - =Cl 2 ↑ 氧化反应 阴极 ： Cu 2+ +2e - =Cu 还原反应 总式： （ 2 ）判断离子的放电顺序： 阳离子 ： Cu 2+ >H + 阴离子 ： Cl - >OH - （ 4 ）分析电解质溶液的变化情况： CuCl 2 溶液浓度降低 CuCl 2 Cu+Cl 2 ↑ 电解 9 电解饱和食盐水反应原理 思考 : （ 1 ）电解池的两极各产生什么现象 ? 若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象 ? （ 2 ）怎样初步检验两极产物的生成 ? （ 3 ）结合教材，分析产生这种现象的原因。 在 U 型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。接通直流电源 实验装置 10 如果二支电极均用铁棒作电极，电解食盐水，阴阳极产物又如何？ 阴极产物不变！即表明阴极无论用什么材料对阴极产物没影响；那阳极呢？ 是 OH - 失电子 ? 还是 Cl - 失电子 ? 还是 Fe 失电子 ？ 仔细分析！ ★ 离子放电顺序： 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫 放电。 阳极 ： ① 金属材料作电极时： 金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，此时轮不到阴离子在电极上放电。 ？ ② 用 惰性电极 (Pt 、 Au 、石墨、钛等 ) 时： 溶液中阴离子的 放电顺序 （由难到易原则）是： S 2- >SO 3 2- >I - >Br - >Cl - >OH - > 即便 OH - 微量时也轮不到 NO 3 - 、 SO 4 2- 、 F - 这些离子放电（失电子） Ag + > Fe 3+ >Cu 2+ > H + （ 大量） > Pb 2+ >Sn 2+ >Fe 2+ >Zn 2 + >(H + )>（ 微量） 注：当离子浓度相差较大时，放电顺序可能要发生变化，在水溶液中这些离子 Al 3+ 、 Mg 2+ 、 Na + 、 Ca + 、 K + 永远也不会得电子？ 阴极 : 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的只能是溶液中的阳离子。 阳离子在阴极上放电顺序是： 12 牢记：放电顺序 ★电解规律！ 哪来规律？记住前边放电顺序就不需要这些所谓的规律了 ！ 阴极 阳极 氯 气 铜 实例 电极反应 浓度 PH 值 复原 CuCl 2           阳极： 2Cl - -2 e - =Cl 2 ↑ 阴极： Cu 2+ + 2e - =2Cu↓ 减小 减小 CuCl 2 CuCl 2 溶液 CuCl 2 Cu+Cl 2 ↑ 电解 Ⅰ、 13 阳极 阴极 氧气 氢 气 实例 电极反应 浓度 PH 值 复原 Na 2 SO 4           阳极 : 4OH - -4e - = 2H 2 O+O 2 ↑ 阴极 : 4H + + 4e - = 2H 2 ↑ 变大 不 变 加 H 2 O Na 2 SO 4 溶液 2H 2 O 2H 2 ↑ +O 2 ↑ 电解 Ⅱ 、 14 阳极 阴极 氯气 氢 气 实例 电极反应 浓度 PH 值 复原 NaCl           阳极 : 2Cl - -2e - =Cl 2 ↑ 阴极 : 2 H + + 2e - = H 2 ↑ 2NaCl+2H 2 O 2NaOH+H 2 ↑ + Cl 2 ↑ 电解 减小 增 大 加 HCl NaCl 溶液 Ⅲ 、 15 实例 电极反应 浓度 PH 值 复原 CuSO 4 阳极 阴极 氧 气 铜 阳极 : 4OH - - 4e - = 2H 2 O+O 2 ↑ 阴极： Cu 2+ + 2e - = Cu 减小 减小 加 CuO CuSO 4 溶液 2 CuSO 4 + 2H 2 O 2 Cu + O 2 ↑+ 2H 2 SO 4 电解 Ⅳ 、 16 电解规律（惰性电极）小结 阳极： S 2- > I - > Br - > Cl - > OH - > 含氧酸根 > F - Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ 与 Ⅲ 区：电解本身型 如 CuCl 2 、 HCl Ⅰ 与 Ⅳ 区：放氢生碱型 如 NaCl Ⅱ 与 Ⅲ 区：放氧生酸型 如 CuSO 4 、 AgNO 3 Ⅱ 与 Ⅳ 区：电解水型 如 Na 2 SO 4 、 H 2 SO 4 、 NaOH 阴极： Ag + >Fe 3+ >Cu 2+ >H + >Fe 2+ >Zn 2+ > （ H+ ） >Al 3+ >Mg 2+ >Na + 17 （ A ） （ B ） （ C ） （ D ） CuSO 4 AgNO 3 AgNO 3 NaHSO 4 Ag Cu Cu C Pt Pt Ag Ze 1. 写出下列装置的电极反应式，并判断 A 、 B 、 C 溶液 PH 值的变化。 巩固练习 18 2. 如上图所示，通电后 A 极上析出 Ag ，对该装置的有关叙述正确的是   A.P 是电源的正极 B.F 极上发生的反应为： 4OH - - 4e - =2H 2 O+O 2 ↑ C. 电解时，甲、乙、丙三池中，除 E 、 F 两极外，其余电极均参加了反应 D. 通电后，甲池的 PH 减小，而乙、丙两池溶液的 PH 不变   B 19 3. 在下图所示装置中， a 、 b 都是惰性电极，通电一段时间后， b 极附近溶液呈红色。下列说法正确的是 A ． X 是正极， Y 是负极 B ． X 是负极， Y 是正极 C ． CuSO 4 溶液的 PH 值逐渐减小 D ． CuSO 4 溶液的 PH 值不变 a •X Y • b Pt Cu CuSO 4 溶液 NaCl 和酚酞溶液 AC 20 4. 用两支惰性电极插入 50mLAgNO 3 溶液中， 通电电解。当电解液的 pH 值从 6.0 变为 3.0 时 ( 设电 解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体 积变化可以忽略 ) ，电极上析出银的质量大约是： A 、 27mg B 、 54mg C 、 108mg D 、 216mg B 21