1、第3节 电解池 金属的腐蚀与防护,考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。(宏观辨识与微观探析) 2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。(科学态度与社会责任),-3-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,电解原理 1.电解池 (1)电解池:把 转化为 的装置。 (2)构成条件: 与直流电源相连的两个电极; 电解质溶液(或熔融盐); 形成闭合回路。,电能,化学能,-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。总反应离子方程式:C
2、u2+2Cl- Cu+Cl2 电极。 阴极:与电源 相连, 电子,发生 反应。 阳极:与电源 相连, 电子,发生 反应。 电子和离子的移动方向。 电子:从电源 流出后,流向电解池的 ;从电解池的 流出,流向电源的 。 离子:阳离子移向电解池的 ,阴离子移向电解池的 。,氧化,还原,负极,得到,还原,正极,失去,氧化,负极,阴极,阳极,正极,阴极,阳极,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.电极反应式的书写步骤与方法,-6-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解池的阳极发生氧
3、化反应,阴极发生还原反应 ( ) (2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极 ( ) (3)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸最终变蓝 ( ) (4)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变 ( ) (5)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现 ( ) (6)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况),理论上需要转移NA个电子 ( ),-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.下列关于电解Na2SO4溶液的叙述正确的是( ) A.随着电解的进行,溶液的pH升高 B.OH-向阳极移动,阳极附近溶液呈碱性 C.
4、 向阳极移动,Na+向阴极移动,分别在对应的电极上析出 D.阴极上H+得电子被还原成H2,使阴极附近的溶液呈碱性,D,解析 电解Na2SO4溶液,实质上发生的是2H2O 2H2+O2,电解的过程中溶液pH不变,A项错误;阳极因发生反应4OH-4e-=O2+2H2O而破坏附近水的电离使c(H+)c(OH-),则阳极附近溶液呈酸性,B项错;在阴、阳极上分别是H+、OH-放电,C项错。,-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向1 电解基本原理及规律 例1(2018课标全国,13)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除
5、。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,该装置工作时,下列叙述错误的是( ) A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-=CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S=CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,答案,解析,-10-,考点一,考点二,必备知识自主
6、预诊,关键能力考向突破,考点三,易错警示(1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时,首先要看阳极是活性材料还是惰性材料。 (2)书写电解化学方程式时,应看清是电解的水溶液还是熔融电解质。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下放电。,-11-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结1.判断电解池阴、阳极的常用方法,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.用惰性电极电解电解质溶液的规律,-13-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,-14-,考点一,考点二,必备知识自主预诊
7、,关键能力考向突破,考点三,对点演练 下图装置中X和Y均为石墨电极,电解质溶液为500 mL某蓝色溶液,电解一段时间后,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成;溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。下列有关说法中错误的是( )A.X电极是阴极 B.Y电极产生气体的体积为0.224 L C.电解后溶液的pH=1 D.要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的CuO或CuCO3,答案,解析,-15-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向2 电解的有关计算 例2500 mL KNO3和Cu(NO3)
8、2的混合溶液中c(N O 3 )=0.6 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( ) A.原混合溶液中c(K+)为0.2 molL-1 B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H+)为0.2 molL-1,答案,解析,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结电化学的计算技巧 原电池和电解池的相关计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算
9、、溶液pH的计算,根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法: (1)根据总反应式计算。 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算。 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是各电极上转移的电子数相等。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。,-17-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(3)根据关系式计算。 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。 如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
10、,(式中M为金属,n为金属离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C来计算电路中通过的电量。,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练 用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( ) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 m
11、ol D.0.8 mol,答案,解析,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,电解原理在工业生产中的应用 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应。 阳极: (反应类型:氧化反应), 阴极: (反应类型:还原反应)。 (2)总反应式。 总反应方程式: 。 总反应离子方程式: 。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.电解精炼铜,粗铜,精铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=C
12、u,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,3.电镀铜,精铜,待镀金属,Cu2+,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-23-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,4.电冶金,2Cl-2e-=Cl2,2Na+2e-=2Na,2Cl-2e-=Cl2,Mg2+2e-=Mg,6O2-12e-=3O2,4Al3+12e-=4Al,-24-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.电镀铜时,Cu2+浓度如何改变?电解精炼铜时,CuSO4溶液的浓度是否改变?,提示 电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变;电
13、解精炼铜时,粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属在阳极失去电子,阴极上只有Cu2+得电子,所以CuSO4溶液的浓度会降低。,-25-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是( )A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH-4e-=2H2O+O2 B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜 D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁,答案,解析,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,考向 电解原理的应用 例(1)(2018课标全国,27节选)焦亚硫酸
14、钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题: 制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)(2017江苏化学,16节选)电解Na2CO3溶液的原理如下图所示。阳极的电极反应式为 ,阴极产生的物质A的化学式为 。,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破
15、,考点一,考点二,考点三,归纳总结电解原理应用的四点注意事项 1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。 2.电解或电镀时,电极质量减小的电极必为金属电极阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。 3.电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。
16、 4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,对点演练 (2016课标全国,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的 离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e-=O2
17、+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成,答案,解析,-31-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,金属的电化学腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质 金属原子 变为 ,金属发生氧化反应。,失去电子,金属阳离子,-32-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀:,电解质溶液,-33-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例):,注意铁锈的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)
18、3, 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,吸氧,-34-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,3.金属腐蚀的防护措施,原电池,电解池,-35-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗 ( ) (2)金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 ( ) (3)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀 ( ) (4)当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用 ( ) (5)牺牲阳极的阴极保
19、护法是利用电解原理防腐蚀 ( ) (6)将钢闸门与浸入海水的锌块用导线相连,可防止钢闸门被腐蚀 ( ),-36-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.(2018湖南衡阳八中高三月考)埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是 ( )潮湿的碱性土壤 A.该方法将电能转化成化学能 B.在此装置中钢管道作正极 C.该方法称为“外加电流的阴极保护法” D.镁块上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,答案,解析,-37-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向 金属的腐蚀与防护 例(2018北京理综,12)验证牺牲
20、阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。,-38-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,下列说法不正确的是( ) A.对比,可以判定Zn保护了Fe B.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用的方法 D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼,答案,解析,-39-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错警示金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀,金属活动性顺序中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。,-40-,考点一,考
21、点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结判断金属腐蚀快慢的规律 (1)纯度越高的金属,腐蚀速率越小。 (2)不纯的金属或合金,在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 (3)对于活动性不同的两种金属的合金,活动性差别越大,形成原电池时氧化还原反应速率越大,活泼金属腐蚀越快。 (4)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀应用原电池原理有保护措施的腐蚀应用电解原理有保护措施的腐蚀。或电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。 (5)其他条件相同时,同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶
22、液弱电解质溶液非电解质溶液。,-41-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2017课标全国,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,答案,解析,-42-,2,3,4,1,-43-,1,2,3,4,1.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制
23、得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性Fe2+Ni2+Cu2+)( ) A.阳极发生还原反应,其电极反应式为:Ni2+2e-=Ni B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,答案,解析,-44-,1,2,3,4,2.(2017课标全国,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为:Al3+3e-=Al
24、D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案,解析,-45-,1,2,3,4,3.(2018广东汕头一模)在日常生活中,我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是( )A.按图装置实验,为了更快更清晰地观察到液柱上升,可采用酒精灯加热具支试管的方法 B.图是图所示装置的原理示意图,图的正极材料是铁 C.铝制品表面出现白斑可以通过图装置进行探究,Cl-由活性炭区向铝箔表面迁移,并发生电极反应:2Cl-2e-=Cl2 D.图装置的总反应为4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑,答案,解析,-46-,1,2,3,4,4.(2019黑龙江大庆实验中学高三上月考)铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强。控制一定的条件,用如图所示的电化学氧化法,可在铝表面生成坚硬致密、耐腐蚀的氧化膜。下列有关叙述正确的是( )A.阴极上有金属铝生成 B.电极A为石墨,电极B为金属铝 C.OH-在电极A上放电,有氧气生成 D.阳极的电极反应式为2Al-6e-+3H2O=Al2O3+6H+,答案,解析,
