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2019教育江西省鹰潭市第一中学人教版高中化学选修4 化学反应原理 第四章 第三节 电解池(第1课时)数学_图文

2019教育江西省鹰潭市第一中学人教版高中化学选修4 化学反应原理 第四章 第三节 电解池(第1课时)数学_图文

江西省教育信息技术研究“十二五”规 划2012年度课题《基于网络的高中化学
课件库的建设与应用研究》 (课题编号:GDK-2012-G-72883)
主持人:桂耀荣

2019/7/13

江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣

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新课标人教版高中化学课件系列
选修4 化学反应原理 第四章 电化学基础
第三节 电解池 第1课时

2019/7/13

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电解原理









_ +

电解 电解水 :2 H2O ====2 H2 ↑+ O2↑

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电解原理

1、电解质是指在水__溶_液__或_熔_融__状_态__下_能够导 电的化合物。 2、电离是指电解质在____水_溶_液_______或 ____熔_融_____状态下离解成__自_由__移_动__离_子___ 的过程。 3、原电池是_把_化__学_能__转_化_为__电_能_ 的装置 。 4、构成原电池的条件是
两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭 合回路、自发发生氧化还原反应

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江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣

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电解原理

探究实验1

实验 步骤

如图所示,将用导线连接在一起的两 根石墨碳棒插入盛有CuCl2溶液的U型 管中,观察现象。

实验

现象

无现象

结论 没有且不能自发发生原电池反应

分析原因: 甲装置不满足构成原电池的条件

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电解原理

探究实验2

如图所示,将两根石墨





棒分别跟直流电源的正

C

极和负极连接,浸入盛 阳极

C
阴极

有CuCl2溶液的烧杯中 , Cl2 再接通12V直流电,观察 现象。
约3~5min后切断电源。

Cu -- CuCl2溶液

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电解原理
实践探究 1、向氯化铜溶液中通入直流电
A:理论先行

CuCl2= Cu2++2ClH2O H+ + OH-

思考1:氯化铜溶液中含有哪些微粒?

阳离子:Cu2+ H+

阴离子:Cl- OH-

思考2:在通电时这些微粒各向什么区移动?

Cu2+ H+向阴极区移动; Cl- OH-向阳极区移动

思考3:猜想在通电时在阳极和阴极各会发生什么
样的电极反应?产物可能是哪些?

阴极区: Cu2+→Cu 阳极区: Cl-→Cl2↑

H+→H2↑ OH-→O2↑

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电解原理

实验结果交流

B. 实验记录

实验现象

产物验证

氢气?
产物确定

阴极 阳极

有红色固 体析出

—————



有气泡逸出 使淀粉碘化钾试纸变蓝
不能使带火星木条复燃

氯气

氧气?

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电解原理

一、电解原理

1.电解: 使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起

氧化还原反应的过程,叫做电解。

2.电解池: 电能转变为化学能的装置。 C

C

3.构成电解池的条件:
①直流电源;
②阴、阳 阴极:与电源负极相连

[氧化反应]

电极 阳极:与电源正极相连 [还原反应]

③电解质溶液或熔融电解质; ④形成闭合回路。

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电解原理
一、电解原理
4.放电能力
阴离子失去电子,阳离子得到电子的过程叫放电。 离子得失电子的能力
影响离子放电的因素: 离子的浓度

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电解原理
电解质在水溶液中放电顺序
阴极:氧化性强的离子先得电子
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+ >Pb2+ > Sn2+ +>Fe2+>Zn2+ 浓度大时先于 H+放电 >H+ > Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 水中H+先放电
金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强,越容易得电子。
阳极:还原性强的离子先失电子
金属 > S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F-
除Pt、Au

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电解原理
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活性材料作电极时:金属在阳极失电子被氧化
成阳离子进人溶液,阴离子不容易在电极上放电。 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)是:
S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子)>F-

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电解原理
离子放电顺序:
阴极: 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发
生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子在阴极上放电顺序是:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+ 注:当离子浓度相差较大时,放电顺序要发生变化,相同时按H+, 不同时按(H+)

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电解原理
5.实验微观解释
①离子移动 通电前:CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-, Cu2+、Cl-为自由移动的离子; 通电后:Cu2+ H+移向阴极, Cl- OH-移向阳极;
②电极反应:
阳极: 2Cl- - 2e- = Cl2↑(氧化反应) 阴极: Cu2+ + 2e- = Cu(还原反应)
总反应式:CuCl2 电解 Cu + Cl2↑

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Cl- Cl- Cl-

Cu2+

Cl-

Cl-

Cu2+

Cu2+ Cl-

Ⅰ通电前 -+

阴极

阳极

Cu2+
Cl-

ClCl- Cl-

Cu2+

Cu2+ Cl-

Cl-

Ⅱ通电后

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电解原理
③电解池中离子和电子的移动方向
-e- +


阴极


阳极

Cu

e-

oooo

oooo oooo oooo

Cl2

oooo

oooooooooooo ooooooooooo

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Cu2+

Cl? Cl?

电解氯化铜溶液实验装置

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单击电子流动
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电解原理
电子的流向: 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

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电解原理

结一结: ①电极反应:阳氧化、阴还原
②离子流向: 异性相吸

(阳氧)

③电子流向:电子从负极流向阴极,经溶液离子 导电,再从阳极流回正极

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电解原理

思考?

电解硫酸钠溶液中会有怎样的结果:

Na2SO4 =

2Na++

2—
SO4

H2O H+ + OH—
阳离子 H+ >Na+ 离子放电的顺序

阴离子 OH->SO42-

阳极 : 4OH--4e-=2H2O +O2↑ 阴极: 4H+ +4e-=2H2 ↑ 总反应:2H2O=电=解 O2↑ +2H2↑

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电解原理
写电极反应【方法小结】
1.分析溶液中存在的所有离子(包括水的电 离)、并分成阳离子组和阴离子组。

2.根据放电规律,阳离子在阴极发生还原反应, 而阴离子在阳极发生氧化反应,完成电极反应 式。(注意得失电子守恒)

3.由阴阳两电极反应式,合并得总反应式。 (弱电解质必须保持分子形式)

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电解原理
想一想、做一做
[例]以石墨碳棒为电极,请写出电解下列溶液时,在阴、 阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。
CuSO4溶液: 阳阴极极::42OCHu-2-+ 4+e4-e=-=2H22COu+O2↑ 或(4H2O 4H++4OH-)
电解
总反应式:2Cu2++2H2O=Cu+O2↑+4H+
想一想,H+应该在哪一极生成?

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电解原理
电解池与原电池有哪些异同

装置

原电池

电解池

装置 实例

定义 将化学能转变成电能的装置

形成 条件

①活泼性不同的两电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路

将电能转变成化学能的装置
①两电极接直流电源 ②电解质溶液 ③形成闭合回路

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电解原理
电解池与原电池有哪些异同(续)

装置
电极 名称

原电池
负极:较活泼金属 正极:较不活泼金属(或能导电 的非金属)

电解池
阳极:与电源正极相连 阴极:与电源负极相连

电极 反应

负极:氧化反应,金属失电子
正极:还原反应,溶液中的阳离 子得电子

阳极:氧化反应,溶液中的阴离 子失电子或电极金属失电子
阴极:还原反应,溶液中的阳离 子得电子

电子 流向

导线

负极

正极

电源负极→电解池阴极电解池阳 极→电源正极

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电解原理
试一试
练习:以石墨作电极,电解下列溶液,写出电 极反应及电解总反应式。
AgNO3溶液
阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑或(4H2O=4H++4OH-) 阴极:4Ag++4e-=4Ag 总反应式:4Ag++2H2O通==电4Ag +O2 ↑+4H+

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电解原理
三、电解规律(用惰性电极电解时)
⑴、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液
时,如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液
例如:电解硫酸钠溶液
阳极 : 4OH--4e-=2H2O +O2↑ 阴极: 4H+ +4e-=2H2 ↑ 总反应:2H2O=电=解 O2↑ +2H2↑
实质:电解水
电解后溶液中溶质的质量分数 增大 ,若要恢复
原来的浓度,只需加入一定量的 水 即可。

2019/7/13

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电解原理
⑵、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的 无电氧解酸盐盐酸溶液,如电解盐酸、CuCl2溶液等

阳极: 2Cl -- 2e-=Cl2↑

阴极: 2H+ +2e-= 总反应:2HCl=电=解

H2 ↑ Cl2↑

+

H2↑

实质:电解质本身被电解
电解后溶液中溶质的质量分数 减小 ,若要恢复
原来的组成和浓度,需加入一定量的 溶质 (通入一 定量的HCl气体)

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电解原理
⑶、电解不活泼金属的含氧酸盐时,电解质和 水都有一部分被电解,如电解CuSO4溶液、 AgNO3溶液等。
电解CuSO4溶液
阳极 : 4OH--4e-=2H2O +O2↑ 阴极: 2Cu2+ +4e-=2Cu
总反应: 2CuSO4 +2H2O电=解 2Cu+O2↑ +2H2SO4 电解后原溶液中溶质的质量分数减小,若要恢
复原来的组成和浓度,需加入一定量金属氧化物。

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电解原理
⑷、电解活泼金属的含氧酸盐溶液时,电解质和水 都有一部分被电解,如电解NaCl溶液等。
阳极 (C): 2Cl -- 2e-=Cl2↑ 阴极 (C): 2H+ +2e-= H2 ↑ 总反应:2NaCl+2H2O=电=解 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑
电解后原溶液中溶质的质量分数减小,若要恢 复原来的组成和浓度,需通入一定量的HCl。

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电解原理

电解规律(惰性电极)小结





阳极:S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-

阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+





Ⅰ与Ⅲ区:电解本身型 如CuCl2 、HCl

Ⅰ与Ⅳ区:放氢生碱型 如NaCl

Ⅱ与Ⅲ区:放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 Ⅱ与Ⅳ区:电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH

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电解原理
电解 类型

电解质溶液用惰性电极电解的示例:

举例 物质类别

实例

电极反应

溶液PH 变化

仅溶剂 水电解
仅溶质 电解
溶质和 溶剂同 时电解

含氧酸 强碱
活泼金属的 含氧酸盐
无氧酸
不活泼金属 的无氧酸盐
活泼金属的 无氧酸盐
不活泼金属的 含氧酸盐

H2SO4 NaOH
Na2SO4
HCl CuCl2 NaCl

减小

阳极:4OH--4e-→ O2↑+2H2O 增大

阴极:4H+ + 4e- → 2H2↑

不变

阳极:2Cl- -2e-→ Cl2↑ 阴极:2H++2e- → H2↑ 阳极:2Cl- -2e- → Cl2↑ 阴极:Cu2++2e- → Cu↓ 阳极:2Cl- -2e- → Cl2↑ 阴极:2H++2e- → H2↑

增大 减少 增大

CuSO4

阳极:4OH- -4e- → O2↑+2H2O 阴极:2Cu2++4e- → 2Cu↓

减小

溶液复原方法
H2O HCl CuCl2 HCl CuO

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Thanks 谢谢您的观看!

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