高考化学总复习 专题六 电解池、金属的腐蚀与防护教学案 苏教版.doc

课时3电解池、金属的腐蚀与防护2018备考最新考纲1理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能写出电极反应和电池反应方程式。3.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。考点一电解原理(考点层次b共研、理解、整合)1电解在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。提醒：注意电解与电离两概念的联系与区别联系：电解是在电解质电离的基础上完成的。区别：电解需外加电源，是化学过程，电离一般在水溶液或熔融状态下完成，为物理过程。2电解池(1)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子移动方向电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。电子和离子移动方向图示提醒：正确理解电子不下水(电解质溶液)。3电解过程思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。提醒：不要忘记水溶液中的h和oh，不要把h、oh误加到熔融电解质中。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序agfe3cu2h(酸)fe2zn2h(水)al3mg2naca2k。阳极：活泼电极s2ibrcloh含氧酸根离子。提醒：“活泼电极”一般指pt、au以外的金属。最常用的放电顺序：阳极：活泼金属cloh；阴极：agfe3cu2h。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意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。教材高考1(sj选修4p221改编)判断正误(1)电解池的阳极发生氧化反应，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)电解稀硫酸制h2、o2时铜作阳极()(4)电解nano3溶液时，随着电解进行，溶液的ph减小()2(rj选修4p836改编)1 l 1 moll1的agno3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断不正确的是()a此时溶液呈酸性b阳极上产生112 ml o2c转移的电子数是1.2041022d反应中有0.02 mol金属被氧化答案b3(溯源题)(2016北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；下列对实验现象的解释或推测不合理的是。a、d处：2h2o2e=h22ohb处：2cl2e=cl2c处发生了反应：fe2e=fe2根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜探源：本考题源于sj选修4 p19“图121电解氯化铜溶液示意图”演示实验，对电解正负极的判断；电解和电离的区别，电极方程式的书写以及电解现象等方面进行考查。拓展性题组题组一电解基本原理及规律1基础知识判断，正确的打“”，错误的打“”(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应()(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程()(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现()(4)电解cucl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色()(5)电解盐酸、硫酸等溶液，h放电，溶液的ph逐渐增大()(6)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应()(7)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的ph不变()(8)用惰性电极电解cuso4溶液一段时间后，加入cu(oh)2一定能使电解质溶液恢复到电解前的情况()2某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是()abcda电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析电子由电源的负极流出，故a是阴极、d是正极，溶液中阳离子移向阴极。答案b3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boh向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性cso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解析电解na2so4溶液，实质上发生的是2h2o2h2 o2，电解的过程中溶液 ph 不变，a项错；阳极因4oh 4e=o22h2o 而破坏附近水的电离使c(h)c(oh)呈酸性，b 项错；在阴、阳极上分别是h、oh放电，c 项错。答案d4用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的ph依次为升高、不变、降低的是()aagno3cucl2cu(no3)2bkclna2so4cuso4ccacl2kohnano3dhclhno3k2so4解析由电解电解质溶液的四种类型可知：类型化学物质ph变化放o2生酸型cuso4、agno3、cu(no3)2降低放h2生碱型kcl、cacl2升高电解电解质型cucl2升高hcl升高电解h2o型nano3、na2so4、k2so4不变koh升高hno3降低答案b【归纳总结】以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律类型电极反应特点类别(实例)电解对象电解质浓度ph电解质溶液复原电解水型阴：4h4e=2h2(或4h2o4e= 4oh2h2)阳：4oh4e=2h2oo2(或2h2o4e=4ho2)强碱(如naoh)水增大增大加水含氧酸(如h2so4)水增大减小加水活泼金属的含氧酸盐(如na2so4、kno3)水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电无氧酸(如hcl)，除hf外电解质减小增大通氯化氢不活泼金属的无氧酸盐(如cucl2)，电解质减小加氯化铜放h2生碱型阴极：h2o放h2生碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如nacl)电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放o2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：h2o放o2生酸不活泼金属的含氧酸盐(如cuso4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜或碳酸铜拓展根据以上电解规律判断由h、k、mg2、ag、cu2、no、cl、oh所组成的电解质溶液中，电解对象为水的电解质的化学式为hno3、kno3、mg(no3)2、koh，电解质本身放电的为hcl、cucl2。题组二重点突破：电极方程式的判断与书写5下列离子方程式书写正确的是()a用cu片作阳极电解饱和食盐水2cl2h2ocl2h22ohb用两个铜片作电极电解agno3溶液：4ag2h2oago24hc.用石墨作电极电解alcl3溶液：2cl2h2ocl2h22ohd用石墨作电极电解cuso4溶液2cu22h2o2cuo24h解析a项，用cu作阳极电解饱和食盐水，cu电极本身失电子：cu2e=cu2，阴极2h2o2e=h22oh，二者相加得cu2h2ocu(oh)2h2；b项，铜在阳极失电子，cu2e=cu2，阴极为2ag2e=2ag，总电解反应为cu2agcu22ag；c项，阴极6h2o6e=3h26oh，阳极6cl6e=3cl2，得6cl6h2o3cl23h26oh，6cl对应2al3，2al36oh=2al(oh)3，所以离子方程式为：2al36cl6h2o3cl23h22al(oh)3。答案d6(1)用惰性电极电解agno3溶液：阳极反应式_阴极反应式_总反应离子方程式_(2)用al作电极电解naoh溶液阳极反应式_阴极反应式_总反应离子方程式_(3)mno2可作超级电容器材料。用惰性电极电解mnso4溶液可制得mno2，其阳极的电极反应式是_。(4)将烧碱吸收h2s后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：s22e=s(n1)ss2=s写出电解时阴极的电极反应式：_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_。答案(1)4oh4e=o22h2o4ag4e=4ag4ag2h2o4ago24h(2)2al6e8oh=2alo4h2o6h2o6e=3h26oh或6h6e=3h22al2oh2h2o3h22alo(3)mn22h2o2e=mno24h(4)2h2o2e=h22ohs2h=(n1)sh2s【反思归纳】1做到“三看”，正确书写电极反应式(1)一看电极材料，若是金属(au、pt除外)作阳极，金属一定被电解(注fe生成fe2而不是生成fe3)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。2规避“四个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中h、oh之后的离子一般不参与放电。(4)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。考点二电解原理的应用(考点层次b共研、理解、整合)1电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：2cl2e=cl2(氧化反应)阴极反应式：2h2e=h2(还原反应)(2)总反应方程式2nacl2h2o2naohh2cl2离子反应方程式：2cl2h2o2ohh2cl2(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。将电解槽隔成阳极室和阴极室。2电解精炼铜3电镀铜4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na、ca、mg、al等总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2nacl(熔融)2nacl22cl2e=cl22na2e=2na冶炼镁mgcl2(熔融)mgcl22cl2e=cl2mg22e=mg冶炼铝2al2o3(熔融)4al3o26o212e=3o24al312e=4al教材高考1判断(sj选修4p271改编)(1)在镀件上镀铜时镀件作阳极()(2)用电解法精炼粗镍时粗镍作阴极()(3)用惰性电极电解饱和食盐水时，能使酚酞变红的为电解池的阳极()(4)电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阳极()2(rj选修4p834改编)电解法精炼含有fe、zn、ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是()a电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极b粗铜与电源负极相连，发生氧化反应c阴极上发生的反应是cu22e=cud电解后fe、zn、ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥答案c3(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so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。判断下列叙述是否正确(1)通电后中间隔室的so离子向正极迁移，正极区溶液ph增大()(2)该法在处理含na2so4废水时可以得到naoh和h2so4产品()(3)负极反应为2h2o4e=o24h，负极区溶液ph降低()(4)当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的o2生成()【名师评析】考点电化学基础知识点电解原理的应用，涉及电解原理、电解液中离子移动方向、电极方程式的书写、电子转移(守恒)等知识。能力读解考查信息运用以及应用所学知识解决实际问题的能力。难度(区分度)中等，预测区分度为0.58。评价从多角度考查了电化学基础知识。突出了知识重点，而且考查了运用信息的能力，但在电解池中，正、负极区的说法与平时教学不太吻合，给解题带来难度。学习启示加强电化学基础教学，提高获取信息的能力，注意引导灵活掌握知识(如四电极的统一)。探源：本题源于sj选修4 p20“交流与讨论”与“观察与思考”及其知识拓展，对电解原理在废水处理上的应用进行了考查。拓展性题组题组一源于教材的电解原理基本应用1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)cuh2so4=cuso4h2可以设计成电解池，但不能设计成原电池()(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料()(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等()(4)任何水溶液电解时，必须导致氧化还原反应()(5)用铜做阳极、石墨做阴极电解cucl2溶液时，阳极电极反应式为2cl2e=cl2()(6)用惰性电极电解mgcl2溶液所发生反应的离子方程式为2cl2h2ocl2h22oh()(7)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e，阳极减少64 g()(8)电镀铜时，cu2浓度不变，电解精炼铜时，cuso4溶液中cu2浓度降低()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4oh4e=2h2oo2b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是熔融的氯化镁解析氯碱工业中阳极是cl放电生成cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极cu2放电析出cu，溶液中cu2浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案d【易错警示】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混合爆炸，又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo，影响烧碱质量。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，其活泼性小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。拓展氯碱工业中如果去掉离子交换膜，最终所得溶质为naclo，写出它的一种用途杀菌消毒。题组二电解原理在工农业生产中的拓展应用3(污水处理)(2016云南二测)某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。工作示意图如下。下列说法正确的是()a电极a在装置中作正极b装置中膜a是阳离子交换膜c电极b的电极反应式是2no10e12h=n26h2od若有机物表示为c4h8o2，每转移10 mol电子，电极a上产生22.4 l co2(标准状况)解析在电极a上，有机物被氧化为co2，该电极上发生氧化反应，则电极a为原电池的负极，a项错误；no在电极b上被还原为无毒气体n2，则电极b为原电池的正极，其电极反应式为2no10e12h=n26h2o，c项正确；电极b上消耗溶液中的阳离子，故海水中的阳离子通过膜b(阳离子交换膜)进正极室，而海水中的阴离子透过膜a(阴离子交换膜)进入负极室，b项错误；c4h8o2中的c为1价，转移10 mol电子时，电极a上产生2 mol co2气体，d项错误。答案c4(物质制备)(1)(2017重庆一中月考)现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是()a左槽中发生的反应为2cl2e=cl2b右槽中的反应式：2h2e=h2ch从电解池左槽迁移到右槽dfecl3溶液可以循环利用(2)2014新课标全国，27(4)h3po2也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式_。分析产品室可得到h3po2的原因_。早期采用“三室电渗析法”制备h3po2将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 h3po2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。 其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是：_。解析(1)根据装置图可知fe2在电解池的左槽中被氧化生成fe3，则左槽是电解池的阳极，右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为fe2e=fe3，a项错误；阴极(右槽)的电极反应式为2h2e=h2，b项正确；电解池中h从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽)，c项正确；反应池中的反应为2fecl3h2s=2fecl22hcls，故fecl3溶液可循环利用，d项正确。(2)阳极发生氧化反应，由于oh的放电性大于so，则在反应中oh失去电子，电极反应式为2h2o4e=4ho2。阳极室h2o放电产生h，h进入产品室，原料室中的h2po穿过阴膜扩散至产品室，两者发生反应：hh2poh3po2。如果撤去阳膜，h2po或h3po2可能被氧化为po。答案(1)a(2)2h2o4e=o24h阳极室的h穿过阳膜扩散至产品室，原料室的h2po穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成h3po2poh2po或h3po2被氧化题组三电解过程中的定量计算5(2017雅礼月考)用惰性电极电解100 ml cuso4溶液一段时间后，可以通过添加0.1 mol cu(oh)2将溶液的量与浓度完全复原，则电解时电路中通过的电子为()a0.1 molb0.2 molc0.4 mold0.8 mol解析本题解题关键是通过加入cu(oh)2将溶液完全复原这一信息，确定该电解过程分为两个过程，分别为电解cuso4溶液和h2o，可分别进行计算。根据题意知，通过添加0.1 mol cu(oh)2将溶液的量与浓度完全复原，可知电解时cu2放电完全，且电解了一部分水。由0.1 mol cu(oh)2可知，电解时阴极产生了0.1 mol cu和0.1 mol h2，结合电极反应式知，通过的电子为0.4 mol。答案c6500 ml kno3和cu(no3)2的混合溶液中c(no)0.6 moll1，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 moll1b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 mold电解后溶液中c(h)为0.2 moll1解析石墨作电极电解kno3和cu(no3)2的混合溶液，阳极反应式为：4oh4e=2h2oo2，阴极先后发生两个反应：cu22e=cu,2h2e=h2。从收集到o2为2.24 l这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 l h2的过程中转移0.2 mol电子，所以cu2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol电子，电解前cu2的物质的量和电解得到的cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(k)2c(cu2)c(no)，c(k)c(h)c(no)，不难算出：电解前c(k)0.2 moll1，电解后c(h)0.4 moll1。答案a【思维建模】突破电化学定量计算的三种方法实例：通过4 mol e为基准可构建电极产物之间的如下关系式：(m为金属，x为其化合价)考点三金属的腐蚀与防护(考点层次a自学、识记、辨析)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金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的干燥气体(如o2、cl2、so2等)或非电解质液体(如石油)等接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(ph43)水膜酸性很弱或呈中性电极材料及反应负极fe：fe2e=fe2正极c：2h2e=h2c：o22h2o4e=4oh总反应式fe2h=fe2h22feo22h2o=2fe(oh)2联系吸氧腐蚀更普遍提醒：铁锈的成分为：fe2o3xh2o，其形成过程还涉及到如下反应：4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3；2fe(oh)3=fe2o3xh2o(铁锈)(3x)h2o。3金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理a负极：比被保护金属活泼的金属；b正极：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法电解原理a阴极：被保护的金属设备；b阳极：惰性金属。(2)改变金属的内部结构组成，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。提醒：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。教材高考1判断(sj选修4p2710改编)(1)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿()(2)生铁比纯铁容易生锈()(3)铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈()(4)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈()2(rj选修4p871改编)钢铁发生吸氧腐蚀时，正极发生反应的电极反应式为()afe2e=fe2bfe3e=fe3co22h2o4e=4ohd2h2e=h2答案c3填空（sj选修4p274改编）以下装置中（杯中均盛有海水）zn片腐蚀由快到慢的顺序为。4(溯源题)(2015上海化学，14)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。判断下列有关说法是否正确(1)d为石墨，铁片腐蚀加快()(2)d为石墨，石墨上电极反应为：o22h2o4e4oh()(3)d为锌块，铁片不易被腐蚀()(4)d为锌块，铁片上电极反应为：2h2eh2()探源：本题源于教材sj选修4 p24“图1-28铁吸氧腐蚀的原理示意图”对金属腐蚀类型及常见的防腐方法进行了考查。诊断性题组1基础知识判断，正确的划“”，错误的划“”(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()(3)干燥环境下金属不被腐蚀()(4)al、fe、cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(5)钢铁发生电