1、第3节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,-2-,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。 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。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,电解原理 1.电解,2.电解池 (1)定义:电解池是把电能转变为化学能的装置。 (2)电解池的构成条件: 有外接直流电源; 有与电源相连的两个电极; 形成闭合回路; 电解质溶液或熔融电解质。,-4-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-5-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 下图图是原电池,图是电解池,图中Zn电极
2、为阴极;电子由电源负极到Zn电极,电子在Zn电极与溶液中的Cu2+结合生成Cu,发生还原反应;溶液中的Cu2+、H+向Zn电极移动, 、OH-向石墨电极移动,OH-在石墨电极失电子生成O2,发生氧化反应。,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,1.判断电解池阴、阳极的常用方法,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.以惰性电极电解电解质溶液的规律,-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例1(2017全国)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
3、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 D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案,解析,-10-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例2(2018石家庄模拟)工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力,工作原理如右图所示。下列说法中不正确的是( )A.石墨棒可用铜棒代替,其作用是传递电流 B.通电一段时间后,溶液的pH减小 C.通电后电子被强制从石墨棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜 D.可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率,答案,解析,-11-,考点一,考点二,
4、基础梳理,考点突破,考点三,方法技巧 分析电解过程的思维程序 (1)首先判断阴、阳极,确定阳极材料是惰性电极还是活性电极。 (2)再分析电解质溶液的组成,找全离子,并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。 (3)然后考虑阴极、阳极离子的放电顺序。 阴极上阳离子的放电顺序: Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(水),阳极上阴离子的放电顺序: 活性电极S2-I-Br-Cl-OH-。,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(4)确定电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要遵循原子守恒和电荷守恒。,(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。,
5、-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 1.工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12,以下说法中正确的是( )A.a极与电源的负极相连 B.产物丙为硫酸溶液 C.离子交换膜d为阴离子交换膜 D.b电极反应式:4OH-4e-=O2+2H2O,答案,解析,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。已知铅蓄电池的总反应为: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 电解一段时间后向c极和
6、d极附近分别滴加酚酞溶液,c极附近溶液变红,下列说法正确的是( ),A.d极为阴极 B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:C.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜 D.若四个电极均为石墨电极,当析出6.4 g Cu时,两池中共产生气体3.36 L(标准状况下),答案,解析,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,电解原理的应用 1.电解饱和食盐水,-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-19-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,特别提醒(1)氯碱工业所用
7、的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中混有的Ca2+、Mg2+、 。 (2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。 (3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高;电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解精炼铜时,两极得失电子数一定相同 ( ) (2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变 ( ) (3)电解精炼铜时,电解质溶液中的Cu2+
8、浓度不变 ( ) (4)电解精炼铜时,阳极泥中的金属没有得失电子 ( ) (5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3 ( ) (6)氯碱工业阴极产物只有H2 ( ),-21-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,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与Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2与NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。 2.电解或电镀时,电极质量减少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
9、的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 3.电解精炼铜时,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,其他活动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。 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。,-22-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答案,解析,-23-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例4(2018全国)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。示意图如下所示,其中电极分别
10、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+,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,-24-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例5(2018华中师大附中期末)用惰性电极电解100 mL 3 molL-1的Cu
11、(NO3)2溶液,一段时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L,停止电解,向电解后的溶液中加入足量的铁粉,充分作用后溶液中Fe2+浓度为(设溶液体积不变)( ) A.3 molL-1 B.2.75 molL-1 C.2 molL-1 D.3.75 molL-1,B,-25-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-26-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,方法技巧 电化学计算题计算技巧 原电池和电解池的计算,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、溶液pH的计算,根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法
12、: (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,其依据是电路中转移的电子数相等。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。,-27-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,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:,(式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 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。
13、 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。,-28-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 3.用石墨电极完成下列电解实验。,-29-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,下列对实验现象的解释或推测不合理的是( ) A.a、d处:2H2O+2e-=H2+2OH- B.b处:2Cl-2e-=Cl2 C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+ D.根据实验一的原理,实验二中m处析出铜,答案,解析,-30-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,4.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2
14、O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O,答案,解析,-31-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-32-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。 电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为。 c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c
15、(Na2FeO4)低于最高值的原因: 。,-33-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。,-34-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答案:(1)阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢 N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低 (2)LiOH 2Cl-2e-=Cl2 B,-35-
16、,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-36-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。 2.化学腐蚀与电化学腐蚀,-37-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀,-38-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-39-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe2+,而不是生成Fe3+。 (2)金属腐蚀时,电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在,但前者更普遍,危害也更严重。 (3)铜暴露在潮湿的空气
17、中发生的是化学腐蚀,而不是电化学腐蚀,生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。,-40-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 ( ) (2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-=Fe3+ ( ) (3)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈 ( ) (4)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀 ( ) (5)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀 ( ) (6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极 ( ),-4
18、1-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(7)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 ( ) (8)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用 ( ),-42-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,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,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
19、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,同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。,-43-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例6(2018北京理综)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。,-44-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,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C
20、u活泼,答案,解析,-45-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,易错警示 影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面。就金属本身的性质来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。由于在通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,因此,电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。,-46-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训
21、练 6.(2017全国)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,-47-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,7.如右图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是( )A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H+2e-=H2 B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高 C.
22、K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法 D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 mol气体,答案,解析,-48-,电解原理及其应用,-49-,例题某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离,生成H+和OH-。下列说法错误的是( ),A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.口排出的是淡水,答案,解析,-50-,跟踪训练 1.用电解法
23、可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是 ( )A.阳极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2 B.通电后阴极区附近溶液pH会增大 C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区 D.纯净的KOH溶液从b出口导出,答案,解析,-51-,A.电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为Na+e-=Na B.盖吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数比为21 D.工业上常用电解熔融氯化钠法制钠和氯气(如图),电解槽中石墨极为阳极,铁为阴极,答案,解析,-52-,-53-,-54-,2,1,3,4,5,1.下
24、列关于铜电极的叙述正确的是( ) A.铜锌原电池中铜是负极 B.电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阴极 C.在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极 D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极,C,解析:锌比铜活泼,故铜锌原电池中铜作正极,A项错误;电解熔融氯化钠时用铜作阳极,阳极上Cl-不能失电子生成Cl2,B项错误;电镀时,待镀金属作阴极,镀层金属为阳极,C项正确;电解稀硫酸制H2、O2时,阳极必为惰性电极,D项错误。,-55-,2,1,3,4,5,2.在以银为阳极,铁为阴极的电解槽中电解1 L 1 molL-1的AgNO3溶液,当阴极增重2.16 g时,下列判断不正确的是( ) A.溶液浓度仍为1 molL
25、-1 B.阳极上产生112 mL O2(标准状况) C.转移的电子数是1.2041022 D.反应中有0.02 mol金属银被氧化,B,解析:电镀过程中,电解质溶液的浓度不变,A项正确;电镀过程中阳极反应为Ag-e-=Ag+,阴极反应为Ag+e-=Ag,阳极上无氧气生成,B项错误;2.16 g Ag的物质的量为0.02 mol,故阳极有0.02 mol银被氧化,转移的电子数是1.2041022,C、D项正确。,-56-,4,3,1,2,5,3.最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法隔膜电解法,乙醛分别在阴、阳极发生反应,转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电
26、解质溶液,模拟乙醛废水的处理过程,其装置如图所示。下列说法不正确的是( )A.若以CH4-空气燃料电池为直流电源,燃料电池的a极应通入空气 B.阳极反应为CH3CHO+H2O-2e-=CH3COOH+2H+ C.电解过程中,阴极区Na2SO4的物质的量增大 D.电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生了无色气体,则阳极产生的是O2,答案,解析,-57-,4,3,1,2,5,4.用如图装置研究电化学原理,下列分析中错误的是( ),答案,解析,-58-,5,3,1,2,4,5.(1)铁在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀,最后生成铁锈(Fe2O3xH2O),则发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为
27、。 (2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是 。,-59-,5,3,1,2,4,(3)在实际生产中,可在铁件的表面上镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图甲:电镀时,镀件与电源的 极连接,A电极对应的金属是 (写元素名称),B电极的电极反应式是 。 图乙是一种钠硫高能电池的结构示意图,M由Na2O和Al2O3制得,其作用是导电和隔膜,该电池反应为2Na+xS=Na2Sx。该电池正极反应式为 。用该电池作电源进行图甲所述铁件镀铜时,若电镀池中两电极的质量开始相同,电镀完成后取出洗净、烘干、称量,二者质量差为25.6 g,则理论上该电池负极消耗的质量为 g。,-60-,5,3,1,2,4,-61-,5,3,1,2,4,解析 (1)铁在潮湿的环境中主要发生吸氧腐蚀。 (2)A项装置为原电池,铁棒作负极,发生氧化反应,加快铁棒的腐蚀,A项错误;B项装置为原电池,铁棒作正极,被保护,为牺牲阳极的阴极保护法,B项正确;C项装置不能防止铁棒被腐蚀,C项错误;D项装置为电解池,铁棒作阴极,为外加电流的阴极保护法,D项正确。 (3)电镀池的构成是镀层金属作阳极,镀件作阴极,电解液为含有镀层金属阳离子的盐溶液,在铁件的表面上镀铜时,镀件与电源的负极连接,A电极对应的金属是铜,B电极的电极反应是Cu2+ 2e-=Cu。,-62-,5,3,1,2,4,
