化学高考最新大一轮复习课件第六单元化学反应与能量6.3.pptx

第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护,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。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-,基础梳理,考点突破,电解原理1.电解,2.电解池(1)定义:电解池是把转变为的装置。(2)电解池的构成条件:有外接直流电源。有与相连的两个电极。形成闭合回路。电解质溶液或电解质。,还原,氧化,电能化学能,电源,熔融,-4-,基础梳理,考点突破,阴极,还原反应,Cu2+2e-=Cu,阳极,氧化反应,2Cl-2e-=Cl2,正,氧化,负,还原,阴,阳,-5-,基础梳理,考点突破,自主巩固下图图是原电池,图是电解池,图中Zn电极为极;电子由电源极到Zn电极,电子在Zn电极与溶液中的结合生成,发生反应;溶液中的Cu2+、H+向电极移动,、OH-向电极移动,在石墨电极电子生成,发生反应。,阴,负,Cu2+,Cu,还原,Zn,石墨,OH-,失,O2,氧化,-6-,基础梳理,考点突破,-7-,基础梳理,考点突破,-8-,基础梳理,考点突破,-9-,基础梳理,考点突破,-10-,基础梳理,考点突破,例1(2016山东沂水二中期末)下列叙述错误的是()A.如图所示装置通电一段时间后,石墨电极上可能会有铜析出B.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生氧化反应C.电解精炼铜时,同一时间段内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小D.用惰性电极电解Na2SO4溶液,阴、阳两极产物的物质的量之比为21,答案,解析,-11-,基础梳理,考点突破,例2(2016湖南益阳三模)用惰性电极电解2L0.5molL-1的硝酸银溶液,当在电路中通过0.1mol电子后,调换正、负极,电路中又通过了0.2mol电子,此时溶液pH为(假设溶液体积不变)()A.1B.2C.3D.无法确定,A,-12-,基础梳理,考点突破,答题模板1.有关电解池解题的思维路径,-13-,基础梳理,考点突破,2.电解池电极反应式的书写步骤一判判断电解池的阴、阳极二看看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极(除Au、Pt外的金属电极一般为活性电极),-14-,基础梳理,考点突破,跟踪训练1.(2016安徽淮南一模)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,-15-,基础梳理,考点突破,2.(2016吉林东北师大附中最后一卷)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:,电解一段时间后向c极和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(),-16-,基础梳理,考点突破,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.若四个电极材料均为石墨,当析出6.4gCu时,两池中共产生气体3.36L(标准状况下),答案,解析,-17-,基础梳理,考点突破,电解原理的应用1.电解饱和食盐水,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,-18-,基础梳理,考点突破,2.电解精炼铜,粗铜,精铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-19-,基础梳理,考点突破,3.电镀铜,精铜,待镀金属,Cu2+,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-20-,基础梳理,考点突破,4.电冶金,2Cl-2e-=Cl2,2Na+2e-=2Na,2Cl-2e-=Cl2,Mg2+2e-=Mg,6O2-12e-=3O2,4Al3+12e-=4Al,-21-,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)氯碱工业所用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。,-22-,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)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+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(),-23-,基础梳理,考点突破,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,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。4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目跟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。,-24-,基础梳理,考点突破,例3(2016课标全国乙,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+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成,B,-25-,基础梳理,考点突破,解析:在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1mol电子,有0.25molO2生成,D选项错误。,-26-,基础梳理,考点突破,例4(2015上海化学)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。,完成下列填空:(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式:。(2)离子交换膜的作用为、。(3)精制饱和食盐水从图中位置补充,氢氧化钠溶液从图中(选填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。,-27-,基础梳理,考点突破,答案:(1)2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-(2)阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸(3)ad,-28-,基础梳理,考点突破,解析:(1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子产生Cl2。该电解反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-。(2)图中的离子交换膜是阳离子交换膜,可以允许阳离子通过,不能使阴离子通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室与氯气发生反应,阻止Cl-进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从阳极补充,即从图中a位置补充,由于阴极H+不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d位置流出;水不断消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是稀的NaCl溶液。,-29-,基础梳理,考点突破,方法技巧电化学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:(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。,-30-,基础梳理,考点突破,(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4mole-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。提示:在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19C来计算电路中通过的电量。,-31-,基础梳理,考点突破,跟踪训练3.(2016北京理综,12)用石墨电极完成下列电解实验。,-32-,基础梳理,考点突破,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-=Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜,答案,解析,-33-,基础梳理,考点突破,4.(2015福建理综,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O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1molO2,有44gCO2被还原D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O,答案,解析,-34-,基础梳理,考点突破,-35-,基础梳理,考点突破,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(Na2FeO4)低于最高值的原因:。,-36-,基础梳理,考点突破,(2)(2015山东理综,节选)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。,-37-,基础梳理,考点突破,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)LiOH2Cl-2e-=Cl2B,-38-,基础梳理,考点突破,解析:(1)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气,电极反应式为2H+2e-=H2,铁电极发生氧化反应,电极反应式为Fe+8OH-6e-=+4H2O。溶液中的氢氧根离子减少,因此电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室;根据题意Na2FeO4易被H2还原,电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,防止Na2FeO4与H2反应使产率降低;根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,在M点,c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;在N点,c(OH-)过高,铁电极上有红褐色氢氧化铁生成,使Na2FeO4产率降低。(2)B极产生H2,根据反应:2H+2e-=H2,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H+)减小、c(OH-)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应式为2Cl-2e-=Cl2;在电解过程中Li+向阴极附近移动,即向B极迁移。,-39-,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电子变为金属阳离子,金属发生反应。2.化学腐蚀与电化学腐蚀,失去,氧化,原电池,较活泼,无,有微弱,电化学,-40-,基础梳理,考点突破,酸性较强,酸性较弱或中性,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,吸氧,-41-,基础梳理,考点突破,原电池,电解池,-42-,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。,-43-,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(),-44-,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(),-45-,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。,-46-,基础梳理,考点突破,例5(2015重庆理综,11)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119g、20.7g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为。(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是。A.降低了反应的活化能B.增大了反应的速率C.降低了反应的焓变D.增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为。,-47-,基础梳理,考点突破,(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中,负极是(填图中字母“a”或“b”或“c”);环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为;若生成4.29gCu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为L(标准状况)。,-48-,基础梳理,考点突破,答案:(1)四(2)101(3)AB(4)Ag2O+2CuCl=2AgCl+Cu2O(5)c2Cu2+3OH-+Cl-=Cu2(OH)3Cl0.448,-49-,基础梳理,考点突破,-50-,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。,-51-,基础梳理,考点突破,跟踪训练6.(2016广东广州五校期末)下列现象与电化学腐蚀无关的是()A.生铁比纯铁易生锈B.纯银饰品久置表面变暗C.黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿D.与铜管连接的铁管易生锈,答案,解析,-52-,基础梳理,考点突破,7.(2016北京海淀零模)下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是(),答案,解析,-53-,电解原理及其应用,-54-,例题(2016山西第一次适应性考试)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法,如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是()A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2LCO2时,转移0.5mol电子,答案,解析,-55-,跟踪训练1.(2016广东广州一模)用电解法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+O2B.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,-56-,A.电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为Na+e-=NaB.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21D.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,-57-,-58-,-59-,1,2,3,4,5,6,1.(人教版选修4P832改编)下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,答案,解析,-60-,1,2,3,4,5,6,2.(人教版选修4P835改编)在以银为阳极,铁为阴极的电解槽中电解1L1molL-1的AgNO3溶液,当阴极增重2.16g时,下列判断不正确的是()A.溶液浓度仍为1molL-1B.阳极上产生112mLO2(标准状况)C.转移的电子数是1.2041022D.反应