2013年高中化学第四章第三节电解池精品课件新人教版选修4.ppt

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1、第三节电解池第三节电解池课程标准导航课程标准导航1.理解电解池的工作原理，能写出电极反应和理解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。电池反应方程式。2了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。以及电冶金等电解原理的应用。3掌握电解原理的有关计算。掌握电解原理的有关计算。新知初探自学导引新知初探自学导引自主学习自主学习一、电解原理一、电解原理1电解的概念电解的概念使电流通过使电流通过_溶液而在阴、阳两极引溶液而在阴、阳两极引起起_的过程。的过程。电解质电解质氧化还原反应氧化还原反应2电解池电解池(1)概念：将概念：将_转变为转

2、变为_的装置。的装置。电能电能化学能化学能(2)阳极与阴极阳极与阴极阳极：与电源阳极：与电源_相连的电极。相连的电极。阴极：与电源阴极：与电源_相连的电极。相连的电极。(3)构成条件构成条件(如图如图)_电源；电源；两个电极；两个电极；电解质溶液或熔融电解质；电解质溶液或熔融电解质；_。正极正极负极负极直流直流构成闭合回路构成闭合回路(4)工作原理工作原理电极名称电极名称阴极阴极阳极阳极实验现象实验现象有有_物物质析出质析出 有有_气气体生成体生成离子移动离子移动阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向反应类型反应类型_反反应应_反反应应电极反应电极反应式式Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2电

3、池反应电池反应红色红色黄绿色黄绿色还原还原氧化氧化结论：电解质溶液的结论：电解质溶液的_过程，就是电过程，就是电解质溶液的电解过程。解质溶液的电解过程。导电导电二、电解原理的应用二、电解原理的应用1电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气(1)在在NaCl溶液中存在着溶液中存在着Na、Cl、H、OH四种离子四种离子,且阴、阳离子的放电顺序为且阴、阳离子的放电顺序为: Cl_OH，H _Na。即阴、阳。即阴、阳两极的电极反应分别为：两极的电极反应分别为：阳极：阳极：2Cl2e=Cl2，发生了，发生了_反应。反应。阴极：阴极：2H2e=H2，发生了，发生了_反应。反应。氧化

4、氧化还原还原氯碱工业氯碱工业2电镀电镀(1)定义：电镀是应用定义：电镀是应用_原理在某些金属原理在某些金属表面镀上一薄层其他表面镀上一薄层其他_或或_的方法。的方法。(2)电镀池的构成电镀池的构成电解电解金属金属合金合金3电解精炼铜电解精炼铜2Cl2e=Cl22Na2e=2Na自主体验自主体验判断正误判断正误1在电解池中，与外接电源正极相连的电在电解池中，与外接电源正极相连的电极是阳极。极是阳极。()2用惰性电极电解稀硫酸，实质上是电解用惰性电极电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液水，故溶液pH不变。不变。()3电解任何物质阳极上失电子数与阴极上电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。得

5、电子数相等。()4电解精炼铜时，用纯铜作阳极，粗铜作电解精炼铜时，用纯铜作阳极，粗铜作阴极。阴极。()5工业上用电解熔融氧化镁的方法制取工业上用电解熔融氧化镁的方法制取Mg。()6用用U形管作电解饱和食盐水的实验，通电形管作电解饱和食盐水的实验，通电前在前在U形管的两端滴加几滴石蕊试液，通电形管的两端滴加几滴石蕊试液，通电后阳极处溶液变蓝。后阳极处溶液变蓝。()答案：答案：1. 2.3.4.5.6.要点突破讲练互动要点突破讲练互动电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断探究导引探究导引1 电解饱和食盐水时阴极区溶液为电解饱和食盐水时阴极区溶液为什么呈碱性？什么呈碱性？提示：提示：电解饱和食盐水

6、过程中，因离子放电电解饱和食盐水过程中，因离子放电顺序为顺序为HNa，所以，所以H在阴极上得电子在阴极上得电子而生成而生成H2，破坏了水的电离平衡，促进了水，破坏了水的电离平衡，促进了水的电离；使阴极区溶液中的电离；使阴极区溶液中c(OH)c(H)，所以阴极区溶液呈碱性。所以阴极区溶液呈碱性。要点归纳要点归纳1阳极产物的判断阳极产物的判断阴离子放电顺序：阴离子放电顺序：即：活性阳极即：活性阳极(金属金属)无氧酸根离子无氧酸根离子OH含氧酸根离子。含氧酸根离子。2阴极产物的判断阴极产物的判断与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断。进行判断。阳离子放电

7、顺序：阳离子放电顺序：特别提醒特别提醒即时应用即时应用1(2012东莞高二检测东莞高二检测)用惰性电极电解稀用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一的混合液，最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是()AH2和和Cl2BCu和和Cl2CH2和和O2 DCu和和O2探究导引探究导引2电解精炼铜时，电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度溶液的浓度如何变化？如何变化？提示：提示：由于阳极上溶解的金属为由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有等，而在阴极上只有Cu析出，根据电析出，根据电子守恒，溶解的子守恒，溶解

8、的Cu的量小于析出的的量小于析出的Cu的量，的量，所以溶液中所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。的浓度逐渐减小。惰性电极电解电解质溶液的惰性电极电解电解质溶液的规律规律要点归纳要点归纳1盐溶液盐溶液放电顺序：放电顺序：特别提醒特别提醒(1)若阴极为若阴极为H放电，则阴极区放电，则阴极区c(OH)增大增大, pH增大增大;若阳极区若阳极区OH放电放电,则阳极区则阳极区c(H)增大，增大，pH减小减小;若阴、阳极同时有若阴、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外饱和溶液例外)。(2)电解质溶液恢复原状的方法：电解质溶液恢复原状的

9、方法：“少什么加少什么加什么，少多少加多少，一般加阳极产物与阴什么，少多少加多少，一般加阳极产物与阴极产物的反应物极产物的反应物”。即时应用即时应用2下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放依次分别盛放100 g 5.00%的的NaOH溶液、足溶液、足量的量的CuSO4溶液和溶液和100 g 10.00%的的K2SO4溶溶液，电极均为石墨电极。液，电极均为石墨电极。(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为浓度为10.47%,乙中乙中c电极质量增加。电极质量增加。据此回答问题：据此回答问题：电源的电源的N端

10、为端为_极；极；电极电极b上发生的电极反应为上发生的电极反应为_；列式计算电极列式计算电极b上生成的气体在标准状况上生成的气体在标准状况下的体积：下的体积：_；电极电极c的质量变化是的质量变化是_g；电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：变化，简述其原因：甲溶液甲溶液_；乙溶液乙溶液_；丙溶液丙溶液_；(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？否继续进行，为什么？_。解析：解析：(1)乙中乙中c电极质量增加，说明电极质量增加，说明c处发处发生的反应为：生的反应为：Cu22e=Cu，c电极

11、应为电极应为阴极，则阴极，则M为负极，为负极，N为正极。为正极。甲中放的是甲中放的是NaOH溶液，电解时实质上是溶液，电解时实质上是电解水，电解水，b电极上发生的电极反应为：电极上发生的电极反应为：4OH4e=2H2OO2。而要求算出。而要求算出b电极上电极上产生的气体体积，就必须先根据丙中产生的气体体积，就必须先根据丙中K2SO4浓度的变化计算出转移电子的数目。浓度的变化计算出转移电子的数目。设丙中电解水的质量为设丙中电解水的质量为x g，由电解前后溶质，由电解前后溶质质量相等可得：质量相等可得：10010%(100 x) 10.47%，x4.5 g，所以整个反应转移了，所以整个反应转移了0

12、.5 mol电子，根据电极方程式可计算出电子，根据电极方程式可计算出b电电极放出的极放出的O2为为0.125 mol，其体积为，其体积为2.8 L，c电极上析出的铜为电极上析出的铜为0.25 mol,其质量为其质量为16 g。甲中电解的是水，甲中电解的是水，NaOH浓度增大；乙中浓度增大；乙中水电离出来的水电离出来的OH放电，放电，H浓度增大；丙浓度增大；丙中电解的也是水，虽然中电解的也是水，虽然K2SO4浓度变大，但浓度变大，但pH不变。不变。(2)铜全部析出时溶液变为铜全部析出时溶液变为H2SO4溶液，电解溶液，电解仍可以进行。仍可以进行。16碱性增大，因为电解后，水量减少碱性增大，因为电

13、解后，水量减少,溶液中溶液中NaOH浓度增加酸性增大，因为阳浓度增加酸性增大，因为阳极上极上OH生成生成O2，溶液中，溶液中H浓度增加酸浓度增加酸碱性大小没有变化，因为碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性(2)能继续进行，因为能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应溶液，反应也就变为水的电解反应题型探究权威预测题型探究权威预测电解原理的应用电解原理的应用 (2010高考海南卷改编题高考海南卷改编题)利用电解法可利用电解法可将含有将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提

14、纯，等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A电解时以精铜作阳极电解时以精铜作阳极B电解时阳极发生还原反应电解时阳极发生还原反应C精铜连接电源负极，其电极反应是精铜连接电源负极，其电极反应是Cu=Cu22eD电解后，电解槽底部会形成含少量电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥等金属的阳极泥【解析解析】电解法精炼金属铜时，粗铜作阳电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，极，失去电子逐渐溶解，Cu2得到电子后析得到电子后析出，附着在阴极上，故精铜作阴极；在电解出，附着在阴极上，故精铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，池中，阴极接电源的负极，

15、发生还原反应，阳极接电源的正极阳极接电源的正极,发生氧化反应，发生氧化反应，A、B、C错误；错误；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子先失去电子,变成变成Fe2、Zn2进入溶进入溶液，然后是铜失去电子液，然后是铜失去电子,变成变成Cu2进入溶液进入溶液, 因因Ag、Pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D正确。正确。【答案答案】D【规律方法规律方法】分析电解原理应用的主要思分析电解原理应用的主要思路：路：通电前：判断电解质溶液的电离过程通电前：判断电解质

16、溶液的电离过程(包括电包括电解质和水的电离解质和水的电离)及存在的离子。及存在的离子。通电后：判断阴、阳离子的放电顺序及离子通电后：判断阴、阳离子的放电顺序及离子的移动方向。的移动方向。电解结果：分析两极现象、水的电离平衡、电解结果：分析两极现象、水的电离平衡、离子浓度、溶液酸碱性、离子浓度、溶液酸碱性、pH变化等。变化等。 用两支惰性电极插入用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解液的溶液中，通电电解，当电解液的pH从从6.0变变为为3.0时时(设电解时阴极没有氢气析出且电解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液在电解前后体积变化可以忽略)，电

17、极上析，电极上析出银的质量大约是出银的质量大约是()A27 mgB54 mgC108 mg D216 mg有关电解的计算有关电解的计算【解析解析】在阳极，水电离出的在阳极，水电离出的OH放电，放电，破坏了水的电离平衡，破坏了水的电离平衡，H浓度增大。由题浓度增大。由题意知：意知：n(H)0.5 L(103106)molL15104mol，阴阳两极得失电子数目相等，阴阳两极得失电子数目相等,阴极析出的银的物质的量等于阳极产生阴极析出的银的物质的量等于阳极产生H的物质的量，的物质的量，m(Ag)5104mol108 gmol1103mg/g54 mg。【答案答案】B【规律方法规律方法】电化学计算的

18、常用方法电化学计算的常用方法(1)根据电子守恒计算根据电子守恒计算用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。上转移的电子数相等。(2)根据总反应式中的计量关系计算根据总反应式中的计量关系计算先写出电极反应式，再写出总反应式或直接先写出电极反应式，再写出总反应式或直接运用总反应式，最后根据总反应式列比例式运用总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。计算。(3)根据关系式计算根据关系式计算利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的

19、桥梁，建立所需关系式。如之间的桥梁，建立所需关系式。如4e4Ag2Cu2Cl22H2O24H4OH。电解原理的应用电解原理的应用电化学知识既可以结合学科内知识，如化学电化学知识既可以结合学科内知识，如化学现象的判断和分析、定量实验的操作要求、现象的判断和分析、定量实验的操作要求、氧化还原反应问题的分析等，也可以涉及学氧化还原反应问题的分析等，也可以涉及学热点示例思维拓展热点示例思维拓展科间知识的综合应用，如联系物理学中有关科间知识的综合应用，如联系物理学中有关和电池的连接、阿伏加德罗常数的测定等，和电池的连接、阿伏加德罗常数的测定等，还可与生产和生活实际还可与生产和生活实际(如金属的腐蚀和防如

20、金属的腐蚀和防护护)、金属的回收等问题联系。、金属的回收等问题联系。经典案例经典案例某研究性学习小组的学生为了某研究性学习小组的学生为了从含有从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收的废液中回收Cu，设计了两种方案并进行评价。请回答有，设计了两种方案并进行评价。请回答有关问题：关问题：方案方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，应后，_。在所得滤渣中加入足量的盐酸。在所得滤渣中加入足量的盐酸,充分反应后，再过滤即得到铜。充分反应后，再过滤即得到铜。方案方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的的pH1，用铜和石墨作电

21、极进行电解。当，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到观察到_时，即停止电解，这时要回时，即停止电解，这时要回收的收的Cu已全部析出。已全部析出。(1)方案方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为到弱的顺序为_，过，过滤操作时，需要用到的玻璃仪器是滤操作时，需要用到的玻璃仪器是_。(2)方案方案2在电极上直接回收铜，操作上比方在电极上直接回收铜，操作上比方案案1简便，但方案简便，但方案2也有不足之处，主要表现也有不足之处，主要表现为为_。【解析解析】方案方案1是根据铁的还原性比铜强是根据铁的还原性比铜强,用铁把铜置换出来，分离固体与液体的混合用铁把铜置换出来，

22、分离固体与液体的混合物时应该用过滤的方法。方案物时应该用过滤的方法。方案2是利用电解是利用电解原理，使铜在电解池的阴极析出。氧化性强原理，使铜在电解池的阴极析出。氧化性强弱顺序为：弱顺序为：Fe3Cu2HFe2，所以，所以电解时在阴极上首先发生的反应是电解时在阴极上首先发生的反应是2Fe32e=2Fe2，然后是，然后是Cu22e=Cu，当铜全部析出后即发生反应当铜全部析出后即发生反应2H2e= H2，所以当看到阴极上有气体放出时，说，所以当看到阴极上有气体放出时，说明铜已经全部析出，在阳极上首先放电的是明铜已经全部析出，在阳极上首先放电的是Cl，Cl失电子产生氯气，而氯气有毒会污失电子产生氯气，而氯气有毒会污染环境，同时方案染环境，同时方案2用了电解的方法，成本用了电解的方法，成本较高。较高。【答案答案】方案方案1：过滤方案：过滤方案2：阴极上有：阴极上有气泡产生气泡产生(1)Fe3Cu2HFe2漏斗、烧杯、漏斗、烧杯、玻璃棒玻璃棒(2)有污染性气体有污染性气体Cl2产生；使用了电解装置产生；使用了电解装置,成本较高成本较高