化學電解與電鍍蘇教選修

化學電解與電鍍蘇教選修第1頁/共52頁1.電極一.電解原理陽極與電源正極相連惰性電極只導電,不參與氧化還原反應(C/Pt)活性電極既導電又參與氧化還原反應(Cu/Ag)陰極與電源負極相連陽極陰極第2頁/共52頁離子自由移動陽離子（Cu2+,H+)向陰極移動陰離子（Cl-,OH-)向陽極移動離子定向移動電解中以電解CuCl2為例:電解前CuCl2=Cu2++2Cl-H2OH++OH-第3頁/共52頁(陽氧陰還)陽極：2Cl-2e=Cl2(氧化）(2Cl=Cl2)2.電極反應陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電。陰極：Cu2++2e=Cu(還原）放電：第4頁/共52頁

電流通過電解質溶液而在陰陽兩極上發(fā)生氧化還原反應的過程叫電解。

借助電流引起氧化還原反應的裝置即把電能轉化為化學能的裝置叫電解池。3.電解:電解池形成條件:(1)與電源相連的兩個電極

(2)電解質溶液(或熔化的電解質)(3)形成閉合回路第5頁/共52頁反應原理電解結果:4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO34OH--4e-=2H2O+O2Ag++e-=Ag陰離子移向陽離子移向電子流向陽極陰極AgNO3溶液e-e-氧化反應還原反應電解基礎知識知識應用小結下一頁返回例：以石墨電極電解硝酸銀負極出電子電子回正極第6頁/共52頁②電解池的兩極也可由兩極的反應來決定的：發(fā)生氧化反應的為陽極，發(fā)生還原反應的為陰極。①如果裝置中已標有電源的（＋）、（－）極，可以由電解池中的電極與電源的（＋）（－）極的連接情況直接判斷,與負極連接的為電解池的陰極，與正極連接的為電解池的陽極。電極判斷第7頁/共52頁電離電解條件過程特點聯(lián)系電解質溶于水或受熱融化狀態(tài)電解質電離后，再通直流電電解質電離成為自由移動的離子例：CuCl2=Cu2++2Cl-陰陽離子定向移動，在兩極上失得電子成為原子或分子。如：CuCl2==Cu+Cl2只產(chǎn)生自由移動的離子發(fā)生氧化還原反應生成了新物質電解必須建立在電離的基礎上第8頁/共52頁比較項目電解池原電池能量轉換電能轉化為化學能化學能轉化為電能反應能否自發(fā)進行不自發(fā)自發(fā)電極反應陽極，氧化反應失去電子

接電源正極作為負極，對負載送出電子陰極，還原反應獲得電子

接電源負極作為正極，接受由負載流回的電子電池內(nèi)離子的遷移方向陰離子向正極（陽極）遷移陽離子向負極（陰極）遷移陰離子向負極（陽極）遷移陽離子向正極（陰極）遷移第9頁/共52頁(1)陰極

:氧化性越強,越易放電(溶液中陽離子得電子)

----與電極材料無關.4.離子的放電順序Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+活性電極＞S

2->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3

->SO42-(等含氧酸根離子）>F-(2)陽極:

還原性越強,越易放(陽極本身或溶液中陰離子失電子)----與電極材料有關.若陽極為活性電性,則陽極本身失電子溶解.若陽極為惰性電極,則溶液中陰離子失電子.第10頁/共52頁注意:

離子放電順序與電極材料﹑離子本身的氧化性﹑還原性及離子濃度等因素有關.(1)離子濃度相同或相近時,由離子的放電順序確定.如:用惰性電極電解0.1mol/LAgNO3與0.1mol/LCu(NO3)2混合溶液,Ag先析出,Cu后析出.又如:用惰性電極電解0.1mol/LFeCl3和0.1mol/LCuCl2混合溶液,陰極初始反應為:Fe3++e-=Fe2+,開始并沒有Cu析出.(2)離子濃度不同,將影響離子放電順序.如:

電解1mol/LZnCl2溶液,因C(Zn2+)＞C(H+),所以Zn2+先放電,出現(xiàn)“鋅前得氫,鋅后得金屬.”現(xiàn)象.第11頁/共52頁（1）電解含氧酸、強堿溶液及活潑金屬的含氧酸鹽，實質上是電解水。（2）電解不活潑金屬的含氧酸鹽，陽極產(chǎn)生氧氣，陰極析出不活潑金屬。（3）電解活潑金屬無氧酸鹽，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極析出非金屬。（4）電解熔融物﹑不活潑金屬無氧酸鹽﹑無氧酸，實際上是電解電解質本身。電解規(guī)律第12頁/共52頁電解含氧酸(如:H2SO4﹑HNO3﹑H3PO4等)﹑活潑金屬含氧酸鹽(如:Na2SO4﹑KNO3等)﹑強堿(如:NaOH﹑KOH﹑Ca(OH)2﹑Ba(OH)2等)實質上是電解水.陽極產(chǎn)生O2，陰極產(chǎn)生H2陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:

2H++2e-=H2↑總反應:2H2O===2H2+O2↑思考電解過程中溶液濃度及PH值如何變化?溶液濃度增大.PH值變化有三種情況含氧酸------減小活潑金屬含氧酸鹽------不變強堿------增大通電第13頁/共52頁電解不活潑金屬的含氧酸鹽（如：CuSO4﹑AgNO3等）電解質和水同時電解，陽極產(chǎn)物是O2，陰極產(chǎn)物是析出不活潑金屬．如：電解CuSO4溶液陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:Cu2++2e-

=

Cu總反應：2CuSO4+2H2O===2Cu+O2↑+2H2SO4又如：電解AgNO3溶液陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極：

Ag++e-=Ag總反應：4AgNO3+2H2O===4Ag+O2↑+4HNO3思考電解過程中溶液濃度和ＰＨ值如何變化？濃度減小，ＰＨ值減?。娡姷?4頁/共52頁電解活潑金屬無氧酸鹽(如:NaCl﹑KBr等).電解質和水同時電解.陽極產(chǎn)生非金屬,陰極產(chǎn)生H2如:電解食鹽水陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑總反應:2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑思考電解過程中溶液濃度和PH值如何變化?溶液濃度減小,PH增大.通電第15頁/共52頁電解無氧酸(如:HCl)﹑不活潑金屬無氧酸鹽(如：CuCl2).實質是電解質本身電解．電解鹽酸陽極：2Cl--2e-=Cl2↑陰極：2H++2e-=H2↑總反應：2HCl===H2↑+Cl2↑電解CuCl2陽極:2Cl--2e-=Cl2陰極:Cu2++2e-=Cu總反應：CuCl2===Cu+Cl2↑思考電解過程中溶液的濃度和ＰＨ值如何變化？溶液濃度減小，ＰＨ值無氧酸-----增大CuCl2-----略減小通電通電第16頁/共52頁電解物質電極反應電解對象濃度變化PH變化電解質復原所加物質Na2SO4(ag)HCl(ag)CuCl2(ag)NaCl(ag)KBr(ag)CuSO4(ag)AgNO3(ag)用惰性電極電解下列溶液陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:2H++2e-=H2↑陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:Cu2++2e-=Cu陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑陽極:2Br--2e-=Br2陰極:2H++2e-=H2↑陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:Cu2++2e-=Cu陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:Ag++e-=AgH2OHClCuCl2NaCl﹑H2OKCl﹑H2OCuSO4﹑H2OAgNO3﹑H2O增大減小減小減小減小減小減小不變增大增大增大減小減小H2OHClCuCl2HClHBr稍小CuOAg2OH2SO4(ag)NaOH(ag)陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:2H++2e-=H2↑H2O增大減小H2O陽極:4OH--4e-=2H2O+O2↑陰極:2H++2e-=H2↑H2O增大增大H2O第17頁/共52頁電解后溶液的PH變化分析1、H+和OH-均放電——決定原溶液的性質如：電解H2SO4、NaOH、Na2SO42、只有H+放電，而OH-不放電——PH增大如：電解HCl、NaCl3、只有OH-放電，而H+不放電——PH減小如：電解CuSO44、H+、OH-都不放電——考慮水解及氣體溶于水的情況如：電解CuCl2（理論派與實驗派結論？）第18頁/共52頁記憶歌訣負極出電子，電子回正極。陰氫陽氧電解水，陰堿陽酸電解鹽；電極增重定為陰，電極減輕準是陽。電極名，陰負陽正相對應；看電極，陽為活性先腐蝕；找離子，先強后弱寫反應；總反應，兩極相加就可以。第19頁/共52頁練習1﹑用Pt作電極電解某種溶液,通電一段時間后,溶液的PH值變小,并且在陽極得到0.56L氣體,陰極得到1.12L氣體(兩氣體均在相同條件下測定).由此可知溶液可能是()A﹑稀鹽酸

B﹑KNO3溶液C﹑CuSO4溶液D﹑稀硫酸D2﹑下例過程需要通電后才可進行的是()

a﹑電離b﹑電解c﹑電鍍d﹑電泳e﹑電化腐蝕A﹑abcB﹑bcdC﹑bdeD﹑全部B第20頁/共52頁3﹑用惰性電極電解下例溶液一段時間后,再加入一定量的另一種物質(方括號內(nèi)),溶液能與原溶液完全一樣的是()A﹑CuCl2〔CuSO4〕B﹑NaOH〔NaOH〕

C﹑NaCl〔HCl〕D﹑CuSO4〔Cu(OH)2〕

C4﹑國外新近研制的溴-鋅蓄電池的基本構造是用碳棒作電極,溴化鋅作電解液.有四個電極反應:a﹑Zn-2e-=Zn2+b﹑Zn2++2e-

=ZnC﹑Br2+2e-=2Br-d﹑2Br--2e-=Br2哪么充電時的陽極反應和放電時的負極反應分別是()A﹑daB﹑bcC﹑caD﹑bdA第21頁/共52頁5﹑圖中x﹑y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質量增加,b極板有無色無臭的氣體放出,符合這一情況的是()a極板b極板X電極Z溶液A鋅石墨負極CuSO4B石墨石墨負極NaOHC銀鐵正極AgNO3D銅石墨負極CuCl2AabZ溶液xy..第22頁/共52頁電解原理應用氯堿工業(yè)1﹑反應原理:陽極:2Cl--2e-=Cl2↑陰極:2H++2e-=H2↑總反應:2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑通電工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH﹑Cl2和H2,并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品,稱為氯堿工業(yè).第23頁/共52頁2﹑設備:

離子交換膜電解槽----------由陽極﹑陰極﹑離子交換膜﹑電解槽框和導電銅棒等組成,每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成.電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成,為了延長電極使用壽命和提高電解效率,鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦﹑釕等氧化物涂層;陰極由碳鋼網(wǎng)制成,上面涂有鎳涂層;陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室.陽離子交換膜有一種特殊的性質,即它只允許陽離子通過,而阻止陰離子和氣體通過.這樣即能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起燭爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質量和產(chǎn)量.第24頁/共52頁3﹑原料精制:

精制的目的是除去粗鹽水中的泥沙﹑Ca2+﹑Mg2+﹑Fe3+﹑SO42-雜質,以免成品混入雜質,同時也可以避免電解過程中產(chǎn)生Mg(OH)2之類的不溶性雜質堵塞隔膜孔隙.最后通過陽離子交換樹脂除去少量的Ca2+﹑Mg2+.精制時加入的試劑順序為:BaCl2→Na2CO3→NaOH→HCl除SO42-除Ca2+﹑過量的Ba2+

除Mg2+﹑Fe3+除CO32-,并調節(jié)溶液PH值有關離子方程式:Ca2++CO32-=CaCO3↓Ba2++SO42-=BaSO4↓,Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,H++OH-=H2O(NaOH)(Na2CO3)第25頁/共52頁電解精煉銅陽極:

粗銅(含少量Zn﹑Fe﹑Ni﹑Ag﹑Au等)陰極:

純銅電解液:

CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)陽極:

Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+(Au﹑Ag沉積下來,形成陽極泥)陰極:Cu2++2e-=CuCuSO4溶液濃度基本保持不變-------因陽極上銅溶解的速率與陰極上銅沉積的速率相同.第26頁/共52頁電鍍銅電鍍:

利用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬或合金的過程.陽極:Cu(鍍層金屬)Cu-2e-=Cu2+陰極:

待鍍金屬Cu2++2e-=Cu電解液:

含鍍層金屬離子的電解質溶液電解煉銅要記清，粗銅陽極純銅陰，銅鹽溶液電解質，銀鉑金成陽極泥。電鍍原理記周詳，鍍件陰極鍍層陽，鍍層離子電解液，工業(yè)實際更優(yōu)良。第27頁/共52頁電解計算依據(jù)：所有電極上轉移電子的物質的量相等①電極產(chǎn)物變化量②溶液中離子濃度的改變量③多池串聯(lián)時各電極上產(chǎn)物的量④阿佛加德羅常數(shù)的求算

Q=It=e·NA·n(e-)第28頁/共52頁例題1在下列兩個電解池中，a﹑b兩極都是石墨電極。將電源接通，通電16分5秒，電流強度為5安培，Pt電極質量增加5.40g。試回答下列問題(已知一個電子的電量為1.6×10-19庫侖)（1）在a、b極上析出質量各為多少g？（2）Ag電極溶解多少g？根據(jù)該池給出的實驗數(shù)據(jù)，計算阿伏加德羅常數(shù)是多少？AgNO3PtCuSO4abAg第29頁/共52頁分析:

AgNO3PtCuSO4abAg電極反應:A（陽）:4OH--4e-=2H2O+O2↑B（陰）:2Cu2++4e-=2CuAg（陽）:4Ag-4e-=4Ag+Pt:（陰）4Ag++4e-=4Ag關系式:O2(a極板)～2Cu(b極板)～4Ag(Ag極板)～4Ag(Pt極板)

0.05mol0.05mol0.025mol0.0125mol0.4g1.6g5.4gQ=It=e·NA·n(e-)則:5×965=1.6×10-19×NA×0.05NA=6.03×1023第30頁/共52頁例題21L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作陽極，F(xiàn)e作陰極的電解槽中電解，當陰極增重2.16g時。下列判斷(設電解按理論進行，溶液不蒸發(fā))正確的是(

)

A．溶液的濃度變?yōu)?.08mol/L

B．陽極上產(chǎn)生112mLO2(標準狀況)

C．轉移的電子數(shù)是1.204×1022個

D．反應中有0.01mol的Ag被氧化

C第31頁/共52頁例3、電解硫酸溶液時，放出25mL(標況)O2，若以等量的電量在同樣條件下電解鹽酸溶液，所放出的氣體的體積最接近下列數(shù)據(jù)中的(

)

A．45mL

B．50mL

C．75mL

D．100mL

D第32頁/共52頁例4、用惰性電極電解pH＝6的CuSO4溶液500mL，當電極上有16mg銅析出時，溶液(設電解前后溶液體積變化可忽略，陰極上無H2析出)的pH約為(

)

A．1

B．3

C．6

D．9

B第33頁/共52頁例5、如圖4—15所示，四種裝置工作一段時間后，測得導線上均通過了0.002mol電子，此時溶液的pH由小到大的排列順序為(不考慮水解和溶液的體積變化)()①③②④第34頁/共52頁例6、將兩個鉑電極插入500mLCuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積的變化)。此時溶液中氫離子濃度約為(

)

A．4×10—3mol/L

B．2×10—3mol/L

C．1×10—3mol/L

D．1×10—7mol/L

A第35頁/共52頁例7、用惰性電極電解VL某二價金屬的硫酸鹽溶液一段時間后，陰極有Wg金屬析出，溶液的pH從6.5變?yōu)?.0(體積變化可以忽略不計)。析出金屬的相對原子質量為(

)

A．B．C．D．

B第36頁/共52頁例8、以鐵為陽極、銅為陰極，對足量的NaOH溶液進行電解，一段時間后得到2molFe(OH)3沉淀，此時消耗水的物質的量共為(

)

A．2mol

B．3mol

C．4mol

D．5molD第37頁/共52頁1、工業(yè)上處理含Cr2O72—的酸性工業(yè)廢水用以下方法：①往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，攪拌均勻；②用Fe為電極進行電解，經(jīng)過一段時間有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生；③過濾回收沉淀，廢水達到排放標準。試回答：練習第38頁/共52頁

(1)電解時的電極反應：陽極______________，陰極______________。

(2)Cr2O72—轉變成Cr3+的離子反應方程式：___________________________________。

(3)電解過程Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎樣產(chǎn)生的?

(4)能否用Cu電極來代替Fe電極?______________(填“能”或“不能”)，簡述理由。

Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2OCr2O72-與Fe2+反應消耗H+、電解過程中產(chǎn)生了OH－,使溶液酸性逐漸減弱、堿性逐漸增強，從而使Cr3+

、Fe3+沉淀。不能。用Cu電極代替Fe,不能產(chǎn)生還原性的Fe2+,Cr2O72不能被還原為Cr3+

第39頁/共52頁2、圖4—17為持續(xù)電解飽和CaCl2水溶液(含酚酞)的裝置(以鉑為電極，A為電流表)，電解一段時間后，在左圖中從1小時起將CO2連續(xù)通入電解液中，請在圖4—17右圖中完成實驗中電流對時間的變化關系圖，并回答有關問題。第40頁/共52頁(1)電解時F極發(fā)生______反應，電極反應式為___________；E極發(fā)生______反應，電極反應式為____________；電解總方程式為__________________；

(2)電解池中產(chǎn)生的現(xiàn)象：①

，②

，③

。

氧化2Cl－-2e-=Cl2↑還原2H++2e-=H2↑CaCl2+2H2O====Ca(OH)2+H2↑

+Cl2↑電解E極先變紅兩極均有氣泡產(chǎn)生溶液中產(chǎn)生沉淀而后溶解第41頁/共52頁3、工業(yè)上用為原料制取KMnO4，主要生產(chǎn)過程分為兩步進行：第一步將MnO2和KOH粉碎，混勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌，制取K2MnO4；第二步將K2MnO4的濃溶液用惰性電極進行電解，在陽極上得到KMnO4，在陰極上得到KOH。

(1)制取K2MnO4的反應方程式是______，連續(xù)攪拌的目的是_______________________。

(2)電解K2MnO4的濃溶液時，兩極發(fā)生的電極反應式，陰極是__________________，陽極是__________________；電解的總反應方程式是______。

讓反應物充分接觸，使反應順利進行2MnO2+4KOH+O2=2K2MnO4+2H2OMnO42－-e-=MnO4－2H++2e-=H2↑2K2MnO4+2H2O

====2KMnO4+2KOH+H2↑

電解第42頁/共52頁4、某硝酸鹽晶體的化學式為M(NO3)x·nH2O，其式量為242。將1.21g該晶體溶于水制成100mL溶液，用惰性電極進行電解，當有0.01mol電子轉移后，可使金屬離子還原，析出0.32g金屬。求：

(1)金屬的相對原子質量及x、n的值。

(2)電解后溶液的pH。

64，x=2,n=3pH=1第43頁/共52頁5、由于Fe(OH)2極易被氧化．所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。應用如圖4—18所示電解實驗可制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。兩電極的材料分別為石墨和鐵。第44頁/共52頁(1)a電極材料應為__，電極反應式為_____。(2)電解液C可以是______(填編號)。

A．純水B．NaCl溶液

C．NaOH溶液D．CuCl2溶液

(3)d為苯，其作用為______，在加入苯之前對C應做何簡單處理?______。

(4)為了在較短時間內(nèi)看到白色沉淀，可采取的措施是(填編號)______。A．改用稀硫酸作電解液B．適當增大電源電壓C．適當減小兩電極間距離D．適當降低電解液的溫度(5)若C為Na2SO4溶液