化学反应与能量第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护.ppt

第三节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,一、电解原理 1. 电解：使_通过电解质溶液或熔融电解质而在_引起_的过程。 2. 电解池：把_转化为_的 装置叫电解池(也叫电解槽)。 3. 电解池的组成 (1)两个导体作电极，与电源正极相连的为 _极，与电源负极相连的为_极； (2)电解质溶液或熔融电解质； (3)一个直流电源且形成闭合回路。,【想一想】 如何判断一个装置是原电池还是电解池？ 【答案】首先看有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。然后依据原电池的形成条件分析判断。,4. 工作原理(以电解CuCl2溶液为例),【温馨提示】电解质的电离是电解质溶液导电的前提条件。电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。 二、电解原理的应用 1. 电解饱和食盐水 (1)电极反应 阳极：_；阴极：_。 (2)总反应方程式：_。 (3)应用：氯碱工业制_、_和_。 2. 电镀铜或电解精炼铜 (1)两极材料：待镀金属或纯铜作_，镀层金属或粗铜作_。 (2)电极反应 阳极：_；阴极：_。 3. 电解冶炼Na(如电解熔融NaCl获得Na) (1)电极反应 阳极：_；阴极：_。 (2)总反应方程式：_。 (3)应用：冶炼_等活泼金属。,【想一想】 电镀铜和电解精炼铜的过程中，电解质溶液中Cu2的浓度变化吗？ 【答案】电镀铜的过程中，Cu2的浓度基本不变；电解精炼铜的过程中，Cu2的浓度逐渐减小。 三、金属的电化学腐蚀与防护 1. 金属腐蚀：金属与周围的气体或液态物质发生_反应而引起损耗的现象。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。,2. 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,科目一考试 / 2016年科目一模拟考试题,科目二考试 2016年科目二考试技巧、考试内容、考试视频,3. 电化学腐蚀分类(以钢铁的腐蚀为例),【想一想】 把纯铁丝放入稀硫酸中放出H2，该过程属于析氢腐蚀吗？ 【答案】不属于析氢腐蚀，属于化学腐蚀。,4. 金属的防护方法 (1)电化学防护法 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属(Zn)，让被保护的金属作原电池的_。 外加电流的阴极保护法 用被保护的钢铁设备作_，惰性电极作_，外接直流电源。 (2)其他方法 改变金属内部结构，如把金属制成防腐的_(如不锈钢)； 加涂防护层如_、_、_、_或_等方法。,【答案】一、1. 电流 阴、阳两极 氧化还原反应 2. 电能 化学能 3. (1)阳 阴 4. 逐渐覆盖一层红色物质 刺激性气味的气体 蓝 逐渐变浅 Cu22e=Cu 2Cl2e=Cl2 还原反应 氧化反应 CuCl2CuCl2 负 阴 阴 得到 阳 失去 阳 正 二、1. (1)2Cl2e=Cl2 2H2e=H2 (2)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 (3)Cl2 H2 NaOH 2. (1)阴极 阳极 (2)Cu2e=Cu2 Cu22e=Cu 3(1)2Cl2e=Cl2 2Na2e=2Na (2)2NaCl(熔融)2Na Cl2 (3)Na、Mg、Al 三、1. 氧化还原 2. 干燥气体或非电解质 不纯金属或合金 较活泼 电化学腐蚀 3. 很弱的酸性 中性 酸性 2H2OO24e=4OH 2H2e=H2 Fe2e=Fe2 2FeO22H2O=2Fe(OH)2 Fe2H=Fe2H2 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O 吸氧 4. (1)正极 阴极 阳极 (2)合金 喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀 表面钝化,电极名称、电极产物的判断及有关反应式的书写 【例1】 (2010高考海南卷，9)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( ) A. 电解时以精铜作阳极 B. 电解时阴极发生还原反应 C. 粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu=Cu22e D. 电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 【解析】电解精炼铜就是利用电解法将粗铜中的铜提取出来，因此粗铜作阳极，连接电源正极，电极反应是Cu 2e=Cu2 ；精铜作阴极，连接电源负极，电极反应是Cu22e=Cu。粗铜含有金属活动性比铜弱的少量Ag、Pt等金属，故Ag、Pt等金属随着粗铜中铜的溶解而沉积在阳极底部，形成阳极泥。 【答案】BD,电解池电极的判断 2. 电解时电解产物的判断 (1)阳极产物的判断：若阳极是活性电极(除C、Pt、Au以外的金属)，则阳极金属材料失去电子而被氧化成阳离子； 若阳极是惰性电极(C、Pt、Au)，则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子放电顺序为：S2IBrClOH含氧酸根。 (2)阴极产物的判断：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应。阳离子放电顺序为：AgFe3Cu2HFe2Zn2 Al3Mg2NaCa2K。,Fe3得电子能力大于Cu2，第一阶段只能被还原为Fe2。 3. 电解时电极反应式的书写 (1)首先判断电极名称(阴极、阳极)。 (2)其次分析电极材料。判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。 (3)再次分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应、判断电极产物，写出电极反应式。 【温馨提示】电解水溶液时，应注意位于放电顺序中H和OH之后的离子一般不放电。 4. 电解总反应方程式的书写 (1)必须注明反应条件：通电或电解。 (2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H或OH放电，但在书写电解总反应方程式时要将反应物中的H或OH均换成水，在生成物中出现的是碱或酸。 【知识关联】与氧化还原反应、原电池等知识联系。,1. 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是( ) A. 逸出气体的体积：a电极的小于b电极的 B. 一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C. a电极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2 D. a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 【解析】用惰性石墨电极通直流电电解稀Na2SO4水溶液实际是电解水。根据电解原理，a极：2H2e=H2，该电极附近的溶液中剩余OH，显碱性，故该极附近石蕊试液呈蓝色；b极：4OH4e=2H2OO2，该电极附近的溶液中剩余H，显酸性，该极附近呈红色。 【答案】D,惰性电极电解电解质溶液的规律 【例2】 (2011山东济宁一中期末)如下图所示的装置，C、D、E、F都是惰性电极。将电源接通后，向乙装置的溶液中滴入酚酞溶液，在E极附近显红色。则以下说法不正确的是( ) A. 电源B极是正极 B. 甲、乙装置的C、D、E、F电极 均有单质生成，其物质的量比为 1222 C. 欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag， 电镀液选择AgNO3溶液 D. 甲装置中D电极附近溶液的pH变小 【解析】乙装置E极附近的溶液遇酚酞显红色，说明E极是电解池的阴极，C、G也为电解池的阴极；A是电源的负极，B是电源的正极；D、F、H是电解池的阳极。C、D、E、F电极生成的单质分别为Cu、O2、H2、Cl2，其物质的量比为2122 。用丙装置给铜镀银，则G电极反应式为：Age=Ag ，H电极反应式为：Age=Ag。 【答案】B,【温馨提示】若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大。用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物(按方程式对应系数确定的比例)的化合物。,2. (2010福建泉州一中期中)用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( ) A. 稀NaOH溶液 B. HCl溶液 C. NaCl溶液 D. 酸性AgNO3溶液 【解析】根据用惰性电极电解电解质溶液的类型可知，电解稀NaOH溶液属于电解水型，阴极和阳极的产物分别是H2和O2，A正确。B中生成的气体是H2和Cl2，C中生成的气体是H2和Cl2，D中生成的气体只有O2。 【答案】A,电解池的有关计算 【例3】 用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(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)，电极上应析出银的质量是( ) A. 27 mg B. 54 mg C. 108 mg D. 216 mg 【解析】首先写出电极反应方程式，阳极：4OH4e=2H2OO2 阴极：4Ag4e=4Ag。根据电子守恒建立关系式：4H4OH4e4Ag，物质的量关系为：n(e)n(H)n(Ag)；所以，m(Ag)n(Ag)108 g/ mol0.5 L103 mol/L108 g/mol103mgg154 mg 【答案】B,1. 电解池有关计算的类型 主要包括：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或元素的化合价、化学式等。 2. 解题方法：电子守恒法、总离子方程式法、关系式法、差量法等。,3. 电解100 mL含c(H)0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是( ) A. 0.10 mol/L Ag B. 0.02 mol/L Zn2 C. 0.20 mol/L Cu2 D. 0.20 mol/L Pb2 【解析】根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04 mol的电子时，能析出金属的只有选项A和C，根据Age=Ag和Cu22e=Cu可知分别析出0.01 mol的Ag和0.02 mol的Cu，其质量分别为1.08 g和1.28 g。 【答案】C,金属的电化学腐蚀与防护 【例4】 (2010高考北京卷，6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A. 钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B. 铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C. 钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀 D. 钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3 【解析】根据外加电流的阴极保护法，钢管必须接在电源的负极上才能被保护，A错。钢管是铁与碳的合金，而铁与铜构成原电池时，铁做负极被腐蚀，C错。钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe2e=Fe2，D错。 【答案】B,影响金属腐蚀快慢的因素 1. 与构成原电池的电极材料有关。两电极材料的活动性差距越大，氧化还原反应的速率就越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。一般地，金属腐蚀的快慢顺序为：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀有防护措施的腐蚀。 2. 与金属所接触的电解质的强弱有关。同一种金属在相同浓度的不同电解质中的腐蚀快慢顺序为：强电解质弱电解质非电解质。,4. 如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于_腐蚀。 (2)若试管内液面上升，则原溶液呈_性，发生 _腐蚀，负极电极反应：_， 正极电极反应：_。 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，负极电极反应：_，正极电极反应：_。 【解析】根据金属腐蚀的条件、原理及实验结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，即铁钉发生了析氢腐蚀。 【答案】(1)电化学 (2)弱酸性或中 吸氧 2Fe4e=2Fe2 O24e2H2O=4OH (3)较强的酸 析氢 Fe2e=Fe2 2H2e=H2,(2009高考广东理科基础卷，25)钢铁生锈过程发生如下反应： 2FeO22H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。下列说法正确的是( ) A. 反应、中电子转移数目相等 B. 反应中氧化剂是氧气和水 C. 与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D. 钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 【解析】本题考查钢铁的腐蚀。反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。 【答案】A,3. 用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1103mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是( ) A. 阳极上析出3.6 mL O2(标准状况) B. 阴极上析出32 mg Cu C. 阴极上析出11.2 mL H2(标准状况) D. 阳极和阴极质量都无变化 【解析】本题考查电解的有关计算。用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴极的电极反应为：2Cu24e=2Cu，阳极的电极反应为：4OH4e=O22H2O。当有1103 mol的OH放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，此时转移电子数为1103 mol，则在阴极上析出32 mg Cu。 【答案】B,4. (2010高考新课标卷，26(2) 利用电解可提纯Cu，在该电解反应中阳极物质是_，阴极物质是_，电解质溶液是_。 【解析】电解提纯Cu的方法是将粗铜作为电解池的阳极，精铜作为电解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。 【答案】粗铜 精铜 CuSO4溶液,5. (2010高考全国卷，29)下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸色：红色，碱色：黄色)回答下列问题：,(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)； A管溶液由红变黄 B管溶液由红变黄 A管溶液不变色 B管溶液不变色 (2)写出A管中发生反应的反应式：_； (3)写出B管中发生反应的反应式：_ _； (4)检验a管中气体的方法是_； (5)检验b管中气体的方法是 _; (6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。,【解析】本题考查电解原理、电极反应式的书写和H2、O2的检验方法。 (1)由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg22H2OMg(OH)22H水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。在A管溶液