高考化学一轮复习 第8章 第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件.ppt

必考部分 第八章 化学反应与能量 导航高考 考点突破 单元综合测试 随堂演练 自我诊断 课时作业 1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应式和电池反应方程式 2 了解电镀池与精炼池的原理 能分析常见的电镀池和精炼池 3 能够进行有关电解产物的判断和计算 4 认识金属腐蚀的危害 理解金属发生电化学腐蚀的原因 能选用恰当的措施防止铁 铝等金属腐蚀 考纲解读 本讲重点考查 电解池的工作原理 如阴 阳极的判断 电极反应式 电解反应方程式的书写及溶液ph变化等 电解规律及应用 金属的腐蚀与防护 尤其是吸氧腐蚀 2014年高考将电解原电池融合在一起考查的可能性较大 考向分析 考点图析 一 电解原理1 电解 1 定义使 通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在 引起 反应的过程 2 特点 电解过程是非自发的 电解质导电一定发生 变化 2 电解池 1 概念把 转化为 的装置 2 形成条件 与 相连的两个电极 电解质溶液 或 电解质 形成 3 工作原理 以电解cucl2溶液为例 如图所示 电极反应式阴极 发生 反应 阳极 发生 反应 电子流向 电源的负极 离子得电子 离子或 失电子 电源的正极 3 电解原理的应用 1 氯碱工业电极反应式阴极 阳极 总反应式 2 电镀 概念应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 形成条件a 待镀金属作 极 b 镀层金属作 极 c 含有 离子的溶液作电镀液 d 外加直流电源 特点电镀前后电镀液浓度不变 3 铜的电解精炼 阳极材料 含杂质fe zn ni的粗铜 阴极材料 电解质溶液 4 电冶金 金属冶炼的实质金属冶炼的实质是使矿石中的 得到电子 从它们的化合物中 出来 实例电解熔融氯化钠冶炼金属钠 阴极反应 阳极反应 二 金属的腐蚀及其防护1 金属腐蚀的本质金属原子在反应中 电子被 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀金属跟接触到的 或 等直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 的金属跟 接触 因发生 反应而引起的腐蚀 电化学腐蚀包括 和 两类 3 电化学腐蚀的分类 钢铁腐蚀 4 金属防护 1 改变金属内部组织结构 如制成 等 2 金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀或表面钝化等方法 3 电化学保护 牺牲阳极的阴极保护法 原理被保护的金属上连接一种更 的金属 被保护的金属作原电池的 极 外加电流的阴极保护法 原理被保护的金属与电源的 极相连 作电解池的 极 二 1 1 失去氧化m ne mn 2 1 干燥气体非电解质液体 2 不纯电解质溶液原电池析氢腐蚀吸氧腐蚀3 酸性2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 24 1 合金不锈钢 3 原电池活泼正电解负阴 1 下列叙述中不正确的是 a 电解池的阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应b 原电池跟电解池连接后 电子从原电池负极流向电解池阳极c 电镀时 电镀池里的阳极材料发生氧化反应d 电解饱和食盐水时 阴极得到氢氧化钠溶液和氢气 自主检查 答案 b 解析 原电池与电解池相连时 原电池的正极与电解池的阳极相连 负极与电解池的阴极相连 因此电子从原电池的负极流向电解池的阴极 b错 2 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时 钢管不易被腐蚀d 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应是fe 3e fe3 答案 b 解析 钢管与电源正极相连 则钢管作阳极 发生氧化反应而被腐蚀 a项错误 铁遇冷浓硝酸表面钝化 在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀 b项正确 钢管与铜管露天堆放在一起 形成原电池时钢管作负极 发生氧化反应而被腐蚀 c项错误 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应为 fe 2e fe2 d项错误 3 如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溶液 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电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色d a电极附近呈蓝色 b电极附近呈红色 答案 d 解析 a与电源负极相连 是阴极 发生还原反应 na2so4溶液中的h 放电 4h 4e 2h2 b为阳极 发生氧化反应 4oh 4e o2 2h2o 所以a b不正确 a极周围由于h 放电呈碱性 石蕊显蓝色 b极周围由于oh 放电呈酸性 石蕊显红色 4 下列四种装置中 盛200ml硫酸铜溶液 盛200ml0 01mol l 1硫酸 盛200ml氯化锌溶液 盛200ml氯化钾溶液 1 上述四种装置中 为电解池的是 用编号回答 装置 中两电极的电极反应式分别是 注明电极名称 2 用离子方程式回答 通电时装置 中的总反应是 溶液中可能发生的副反应是 3 若将装置 中的外加电源拆去 用导线将两个电极连接 则fe极上发生的反应是 c极上发生的反应是 解析 1 电解池的标志是有外加电源 中都有直流电源 但是 中阳极为活性电极zn 溶液为氯化锌溶液 看出 是电镀池 是电解池 2 装置 中就是用惰性电极电解氯化钾溶液 生成氢气 氯气 koh 其中cl2与koh会发生氧化还原反应 3 若将装置 中的外加电源拆去 用导线将两个电极连接 因为氯化钾溶液是中性溶液 所以装置 就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀 一 电解池的电极及电极产物的判断1 电解池电极的判断 2 电解时电极产物的判断 1 阳极产物的判断首先看电极 如果是活性电极 金属活动性顺序表ag以前 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如是惰性电极 pt au 石墨 则要看溶液中离子的失电子能力 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子放电顺序s2 i br cl oh 含氧酸根 f 2 阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反 其中ag fe3 cu2 h fe2 zn2 al3 mg2 na 1 阳极放电顺序一定要先看电极 2 阴极发生得电子的还原反应 与电极材料无关 是溶液中的阳离子得电子 其顺序基本上与金属活动性顺序一致 即越活泼的金属 其阳离子越不易得电子 若溶液中h 浓度比较小时 则h 放电顺序处于zn2 和al3 之间 特别提醒 二 用惰性电极电解电解质溶液的规律 规律方法 若阴极为h 放电 则阳极区c oh 增大 若阳极为oh 放电 则阴极区c h 增大 若阴极 阳极同时有h oh 放电 相当于电解水 电解质溶液浓度增大 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 但在书写总反应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 同时使阴极 阳极反应式得失电子数目相同 将两个电极反应式相加 即得到总反应的化学方程式 用惰性电极电解时 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 一般加入析出阴极产物与阳极产物的化合物 a 石墨电极上产生氢气b 铜电极发生还原反应c 铜电极接直流电源的负极d 当有0 1mol电子转移时 有0 1molcu2o生成 解析 由电解总反应可知 cu参加了反应 所以cu作电解池的阳极 发生氧化反应 b选项错误 石墨作阴极 阴极上是溶液中的h 反应 电极反应为 2h 2e h2 a选项正确 阳极与电源的正极相连 c选项错误 阳极反应为2cu 2oh 2e cu2o h2o 当有0 1mol电子转移时 有0 05molcu2o生成 d选项错误 答案 a 规律方法 分析电解原理时应注意以下几个问题 1 首先要判定是否为电解池 若有外接电源 则为电解池 2 电解池的阳极反应首先要考虑阳极材料 若为惰性电极 溶液中的阴离子被氧化 若为金属活泼电极 则被氧化的是电极本身 阴极是溶液中的阳离子放电 不必考虑电极材料 3 若溶液中的阴阳离子有多种 一定要根据离子放电顺序判定哪种离子先放电 如果给出离子的物质的量限制数据 还要依据电子守恒判断电极反应的始终 1 用惰性电极电解cuso4溶液 下列说法正确的是 a 阳极发生的电极反应为 cu2 2e cub 阴极发生的电极反应为 4oh 4e 2h2o o2 c 若有6 4g金属铜析出 则放出的氧气为0 05mold 电解过程中 阳极附近溶液的ph增大 答案 c 变式训练 解析 用惰性电极电解cuso4溶液时 阳极发生的反应是4oh 4e 2h2o o2 随着反应的进行 oh 的浓度逐渐降低 所以阳极附近溶液的ph应该减小 故选项a d错误 阴极反应为cu2 2e cu 故选项b错误 1mol铜离子变成铜单质 需要得到2mol电子 而反应生成1mol氧气 则oh 需要失去4mol电子 故选项c正确 2 2011 全国 10 用石墨作电极电解cuso4溶液 通电一段时间后 欲使电解液恢复到起始状态 应向溶液中加入适量的 a cuso4b h2oc cuod cuso4 5h2o 答案 c 解析 本题考查了电解规律以及电解质溶液的复原 用石墨作电极电解硫酸铜溶液 阳极反应式为 4oh 4e o2 2h2o 阴极反应式为 cu2 2e cu 即阳极冒出氧气 阴极析出铜 通电一段时间后要想使电解液恢复原状 应加入氧化铜固体 电化学计算包括两极产物的定量计算 溶液ph计算 相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算 电量与产物量的互算等 不论哪类计算 均可概括为下列三种方法 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型的计算 其依据是电路上转移的电子数目相等 2 根据总反应式计算 凡是总反应式中反映出的物质的量的关系都可以列比例式计算 3 根据关系式计算 由得失电子守恒关系建立各量间的关系 如串联电池各电极产物的关系 4e o22cl22br24h 2h22cu4ag4oh 例2 在如图所示的装置中 若通入直流电5min时 铜电极质量增加2 16g 试回答 1 电源电极x名称为 2 ph变化 a b c 填 增大 减小 或 不变 3 通电5min时 b中共收集224ml气体 标准状况 溶液体积为200ml 则通电前cuso4溶液的物质的量浓度为 设电解前后溶液体积无变化 4 若a中kcl溶液的体积也是200ml 电解后 溶液的ph为 设电解前后溶液体积无变化 解析 1 c装置的铜电极质量增加 铜极为阴极 由此可确定x极为负极 2 a装置是电解kcl溶液 溶液中氢氧根离子浓度增大 b装置阴极上先析出铜 当铜离子消耗完后将析出氢气 而阳极上析出氧气 溶液中氢离子浓度增大 c装置阴极析出银单质 阳极上的银失去电子变成银离子 理论上溶液的物质的量浓度不变 答案 1 负极 2 增大减小不变 3 0 025mol l 4 13 要注意电解的阶段性 如含cl 的溶液中cl 电解完后继续通电会使oh 放电 cu2 在阴极上被电解完后h 又会放电等 串联电解池中阴极 阳极交叉排列 相同时间内各电极转移电子数相等 温馨提示 变式训练 答案 c 4 用铂电极电解cuso4和kno3的混合溶液500ml 经过一段时间后 两极均得到标准状况下11 2l的气体 则原混合溶液中cuso4的物质的量浓度为 a 0 5mol lb 0 8mol lc 1 0mol ld 1 5mol l 答案 c 1 金属腐蚀的比较 2 金属腐蚀的快慢规律 1 不同类型的腐蚀规律电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 2 电化学腐蚀规律 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 活动性不同的两金属 活泼性差别越大 活泼金属腐蚀越快 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 且氧化剂的浓度越高 腐蚀越快 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 例3 钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀 发生的原电池反应为2fe 2h2o o2 2fe oh 2 以下说法正确的是 a 负极发生的反应为fe 2e fe2 b 正极发生的反应为2h2o o2 2e 4oh c 原电池是将电能转变为化学能的装置d 钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀 解析 由给出的原电池反应可知 此腐蚀为吸氧腐蚀 负极反应为fe 2e fe2 或表示为fe fe2 2e 正极发生的反应为2h2o o2 4e 4oh 故a正确 b错 原电池是将化学能转化为电能的装置 c错 由于吸氧腐蚀与氧气 水有关 所以钢柱在空气与水交界处比水下部分更容易腐蚀 故d错 答案 a 5 双选 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 a 纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗b 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 变式训练 c 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法d 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 答案 ac 解析 本题考查了金属的腐蚀与防护 纯银器表面在空气中易形成氧化银而使银器表面变黑 所以是化学腐蚀 a正确 铁与锡构成原电池 铁作负极 加快了铁的腐蚀 b错 海轮外壳中的金属与连接的锌块构成原电池 锌作负极 可以保护海轮 c正确 外加直流电源保护器件时 必须连接电源负极 d错 6 如下图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 a b c d 答案 c 解析 中fe为负极 杂质c为正极的原电池腐蚀 是钢铁的吸氧腐蚀 腐蚀较慢 实质均为原电池装置 中fe为正极 被保护 中fe为负极 均被腐蚀 但相对来说fe和cu的金属活泼性差别较fe和sn的大 故fe cu原电池中fe被腐蚀更快 是fe作阳极 cu作阴极的电解腐蚀 加快了fe的腐蚀 是fe作阴极 cu作阳极的电解腐蚀 防止了fe的腐蚀 根据以上分析可知 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 典例1 在如图所示的实验装置中 e为一张淀粉 碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸 c d为夹在滤纸两端的铂夹 x y分别为直流电源的两极 在a b中充满koh溶液后倒立于盛有koh溶液的水槽中 再分别插入铂电极 切断电源开关s1 闭合开关s2 通直流电一段时间后 请回答下列问题 易错剖析 1 标出电源的正 负极 x为 极 y为 极 2 在滤纸的c端附近 观察到的现象是 在滤纸的d端附近 观察到的现象是 3 写出电极反应式 a中 b中 c中 d中 4 若电解一段时间后 a b中均有气体包围电极 此时切断开关s2 闭合开关s1 则电流计的指针是否发生偏转 填 偏转 或 不偏转 常见错误 错因剖析 1 因为阴极 阳极分析错误导致正 负极答错 虽然理解了电解koh溶液实际就是电解水 但不能从气体体积的差别判断得失电子的情况 将电极判错 由于a试管中气体是b试管中气体的两倍 所以a中应为h2 b中应为o2 即a为阴极 b为阳极 则x为正极 y为负极 2 不明白电解碘化钾淀粉溶液时 应该是i 和h 放电 c与电源正极相连为阳极 2i 2e i2 故试纸变蓝 不是变紫 d与电源负极相连为阴极 2h2o 2e h2 2oh 酚酞遇碱变红色 只要正负极判断错 本题就回答错 3 对离子放电确定不准 不仔细是导致出错的主要原因 4 答错原因主要是对氢氧燃料电池掌握不准确 实际是因符合原电池的条件 发生缓慢的氢氧燃料电池反应 把化学能转化为电能 正确解答 1 正负 2 试纸变蓝试纸变红 3 4h 4e 2h2 4oh 4e 2h2o o2 4i 4e 2i24h2o 4e 2h2 4oh 4 偏转 1 下图是电解饱和nacl溶液的实验装置 其中c d为石墨电极 则下列有关判断中正确的是 a a为正极 b为负极b c为阴极 d为阳极c 电解过程中 d电极质量增加d 电解过程中 氯离子浓度不变 答案 a 解析 从电流方向可以判断电源中a为正极 b为负极 因此电解池中c为阳极 d为阴极 电解过程中 阴极上h 放电 电极质量不变 阳极上cl 放电 氯离子浓度减小 2 下列描述中 不符合生产实际的是 a 电解熔融的氧化铝制取金属铝 用铁作为阳极b 电解法精炼粗铜 用纯铜作为阴极c 电解饱和食盐水制烧碱 用涂镍碳钢网作为阴极d 在镀件上电镀锌 用锌作为阳极 答案 a 解析 铁作为阳极会失电子 导致熔融的氧化铝中阳离子除铝离子外 还多了亚铁离子 所以选项a不符合实际 电解精炼铜时 粗铜为阳极 铜失电子进入溶液 然后在阴极析出铜 故选项b正确 电解饱和食盐水的目的是制备氢气 氯气和氢氧化钠 所以不需要电极发生反应 故用涂镍碳钢网作为阴极 电镀锌是让溶液中的锌在镀件上析出 为了保证电镀液中锌离子的相对稳定 所以用锌作为阳极 3 下图水槽中盛装的是海水 其中铁被腐蚀最慢的是 答案 b 解析 选项b中zn失电子 所以保护了铁电极 选项c中铁失电子 所以腐蚀较快 选项d为铁连接外接电源正极的电解池 铁直接发生氧化反应 腐蚀快慢顺序是d c a b 4 如下图所示 下列关于实验现象的描述正确的是 答案 c 解析 这是一个电解装置 其中a d选项中是惰性电极 且电解液都含有氯离子 所以b电极应该放出黄绿色的气体 氯气 b选项中的a电极质量不变 c选项中所组成的电解池相当于电镀池 其中b电极的铜溶解 质量减少 而a电极上析出铜 质量增加 5 2011 山东 15 以kcl和zncl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌 下列说法正确的是 a 未通电前上述镀锌装置可构成原电池 电镀过程是该原电池的充电过程b 因部分电能转化为热能 电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 c 电镀时保持电流恒定 升高温度不改变电解反应速率d 镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 答案 c 解析 本题考查了电化学原理的应用中电镀知识点 a选项 电镀前 zn与fe构成原电池 zn为负极 fe为正极 电镀时 fe为阴极 zn为阳极 原电池充电时 原电池负极为阴极 正极为阳极 故不属于原电池的充电过程 选项错 b选项 根据电子守恒 通过电子的电量与析出zn的量成正比 选项错 c选项 电流恒定 电量恒定 单位时间通过的电子的物质的量恒定 即电解速率恒定 选项对 d选项 镀层破损后 zn与fe仍能构成原电池 其中zn为负极被腐蚀 fe为正极被保护